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基于工业以太网交换机,解决面向时间敏感网络的未来工业互联应用

作者:www.cechina.cn2021.12.28阅读 620

  目前,工业自动化市场正逐步从串行现场总线向以太网连接转变,同时,工业物联网日趋普及www.cechina.cn,敏感的工业自动化应用亟需高度可靠的实时以太网连接。自动化企业需要高度可靠的同步网络技术,以支持如汽车制造等需要多组机器人在恶劣嘈杂的条件下井然有序地协同作业的应用环境。这些客户还力争在即将实现的工业物联网中更广泛地应用以太网,以提高作业效率,降低成本。IEEE (电气电子工程师协会)也已明确,为使以太网满足新兴应用的确定性需求,需要实行新的标准,为此,IEEE正在制定全新的时间敏感型网络(TSN)标准。

  然而,业界亟需解决支持并与各种协议兼容的问题,如PROFINET C类(IRT)和B类(RT)、带/不带DLR的以太网/IP、Modbus TCP、EtherCAT、SERCOS和POWERLINK……以前市场上没有任何其他双端口嵌入式交换机支持所有主要工业以太网协议。在2016年之后,亚德诺半导体(ADI)通过市场并购整合,获得一整套面向工业以太网应用的创新解决方案,同时打造业内最佳技术路线图,以满足工业物联网等未来连接需求。这些解决方案进一步完善了ADI的高性能工业自动化解决方案,包括软件可配置IO、现场仪器仪表、高效伺服驱动系统等。这背后就是Fido5000系列以太网交换机。
  fido 5000是一款实时以太网交换机,面向工业以太网应用,也称为REM交换机,也就是实时以太网多协议交换机,它旨在支持当今所有主要工业协议,交换机灵活的架构能够适应协议未来的变化,并且支持未来的协议及其他发展。
  fido 5000 REM交换机可以与任何处理器配合使用,包括所有ARM CPU控制工程网版权所有,Fido 1100或任何其他CPU。此外,该芯片的独特架构采用可配置模块,这意味着REM也将支持未来的时间敏感以太网协议IEEE 802.1,与其他将协议交由用户负责的独立交换机不同,fido 5000 REM交换机为每种协议提供了驱动程序。以便轻松配置交换机并集成协议堆栈,TCP/IP堆栈可以一次性集成,因为它使用常见的一组标准交换机接口API,驱动程序的协议专用接口AP则连接到选定协议的堆栈,而以太网和Powerlink在技术上并不使用交换机。
  可以配置fido 5000来满足这些协议的所有性能和连接要求,REM交换机集成了ADI的优先通道技术(PriorityChannel),确保实时工业以太网消息每次都能得到及时处理,无论何种协议或线路上的流量有多少,此特性有助于减少工厂停机时间,防止设备由于网络流量负载状况而发生故障。fido 5000 REM交换机采用优先通道技术,支持任意处理器、任意协议和堆栈。
  REM芯片和处理器之间通过内存总线进行通信,以实现高性能、低延迟/低抖动的工业以太网。内存总线还提供了采用PriorityChannel技术的主控接口(见下图)。ADI采用软硬件协同设计开发了这一过滤技术,它确保来自以太网的关键数据得到及时处理,而不受协议和网络利用率的影响,因此避免了非时间关键型数据流量的干扰。这意味着,来自实时通道的数据会优先于普通网络数据得到处理。

  除了交换功能之外控制工程网版权所有,fido5000还具有强大的定时器控制单元 (TCU)。TCU设计用于实现各种工业以太网协议的同步机制。通过四个专用输出或四个通用输入/输出,可以实现输入捕捉等其他功能,也可以输出任何方波信号。这些端口均直接与同步时间同相。例如,它能以64位分辨率对四个输入端中任何一处的边沿到达加盖时间戳。在输出端,任何数字信号模式都可以与网络时间同步输出。这意味着可以将用户的应用与网络时间同步,周期时间甚至低至不到31.25 -s。
  除了单芯片fido5000,ADI同时还提供基于fido5000电路板级完整解决方案的RapID平台。RapID平台实现了所有常见的工业以太网协议,可轻松集成到非以太网现场设备中。这使得现场设备能够满足工业4.0应用的要求。常见工业以太网协议的实现均已经过预先认证。RapID平台另一个有趣的功能是动态集成的Web服务器。通过此功能控制工程网版权所有,它允许用户很方便得读取和修改网络参数www.cechina.cn,输入及输出数据。fido5000 REM交换芯片和RapID平台已经为基于当前工业以太网标准和未来TSN标准的时间关键型应用提供了最佳的前提条件。

  现今,尤其是在工业物联网 (IIoT) 或工业4.0的背景下,许多工业自动化技术的供应商和制造商都对独立于制造商的开放式通信平台充满渴望。制造商期望在系统范围内实现越来越多的自动化流程。因此,自动化必须考虑到IT系统对于开放数据访问的需求,以及工业控制系统的实时要求。以太网和工业以太网已经在这方面发挥了重要作用。相较于传统现场总线,这一网络技术具有诸多优势,比如在共享传输介质上高效同步地传输大量数据。PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、POWERLINK等常用工业以太网协议都在某种程度上允许与http或TCP/IP等传统协议共享同一以太网介质。
  目前,世界各地的制造工厂都依赖以太网解决方案来满足工业应用对实时性能和耐用性的要求。与传统现场总线相比,以太网能提供更快的速率,能更好地处理大批量数据,最终还能通过卓越的能效比和更加高效的设备节省更多开支。以太网还能单挑重任,作为唯一的组网技术,把车间的自动化系统连接到用于控制车间的企业IT系统——在提升性能的同时简化网络的整体设计
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