未来的实时以太网标准 ―― ETHERNET Powerlink

: zhd

2007-03-05

定义Ethernet（IEEE 802.3）为自动化领域未来的传输媒介，是有其众多理由的。特别是由于其只需很少安装成本就可实现高速数据传输的特点是很值得注意的，然而，当它被广泛使用时，任何自动化技术的领域都有可能由此产生问题，例如，在网络中使用驱动和高效I/O结点时需要用到定性和同步的数据传输；同步精度达1微秒，刷新时间100微秒，这些都是Ethernet无法满足的要求（尽管它有很高的数据传输率），其原因是：访问路径允许帧数据的冲突，一般情况是采用随机机制来解决这个难题。但如果要求在规定时间内传输数据就不能精确定义帧。
　　
　　ETHERNET Powerlink成功地解决了这个难题，它是建立在标准以太网的基础上并满足了真正的实时性需求，它能成功地预防数据冲突并且尽可能有效地利用网络通道。这种通讯过程被称为“分时通讯网络管理”（SCNM），网络上定义一个站点来担当SCN 主站，其他站点按照从站模式运行。只有主站可以发送数据包，其他从站只有在主站有请求时才能发送数据。
　　
　　SCNM也负责循环同步和时间控制。SCN主站在固定的时间间隔提供一个统一的同步信号，所有的从站都有可能根据该同步标识调整自己内部的任务周期。这样就能保证时间控制精度在1微秒内。这样的话，就算再复杂的运动控制也可以实现。除了同步外，所有挂在Powerlink网络上的I/O信号采用表决法进行传输，而控制数据采用广播方式进行发送。因此，网络上的信息根据发行/请求原则就会被所有其他网络上的站点直接利用。
　　
　　ETHERNET Powerlink在数据量很大和网络接点很多的时候也能保证最高的通讯效率。如果每个站有36 bytes的数据输入和36 bytes的数据输出要完成数据交换，那么ETHERNET Powerlink能够确保6个站点时的循环时间是250微秒、18个站时的循环时间是500微秒，而40个站的循环时间是1毫秒。
　　
　　网络接点数目的多少对同步精度的影响很小，一般总是可以保证精度在1微秒内。一个Powerlink 最多可以挂254个站点，就算在最多数目的站点和大数据量的情况下，Powerlink也可以保证在10毫秒内刷新。
　　
　　在实时数据传输的同时，带宽也为普通的异步通信作了保留，如TCP/IP。因此，在网络中总是存在一个受保护的区域，在这里，可进行定性的数据交换和连续的TCP/IP通信，SCNM协议保护了循环通信和异步通信可以同时执行而互不影响。为避免冲突，ETHERNET Powerlink的结构相对于传统的Ethernet网络有了较大的简化。一个HUB星型拓扑，站间电缆长度100米，是标准Ethernet的扩展极限，而Ethernet Powerlink最大可层叠连接10个HUB，电缆最长100米（100Base-TX）。光纤配合转换器使用可以实现更大的电缆长度。为简化接线，Ethernet Powerlink采用了统一的RJ45接口，这样，就可使用交叉电缆完成所有的接线工作。总而言之，Powerlink是一个满足所有自动化系统（机器，系统）通信要求的方案，包括运动控制区，I/O数据数据交换区、配置区、参数设定区和显示区等。
　　
　　在Ethernet Powerlink网络中，不同的设备可以同时操作，而且彼此之间可以进行数据交换，这使得Ethernet的应用范围可以直接扩展到现场的传感器/执行机构。

zhd

楼主 2007/3/5 11:18:55

ETHERNET Powerlink进展
　　
　　在2001年11月的PLC／IPC／DRIVES展览会上ETHERNET Powerlink被首次介绍给公众。除了在标准快速以太网上实现实时性能以外，Powerlink的通用性也引起了市场对其全面推广的期待。
　　
　　当第一批产品的有效性通过了实际应用的检验以后，贝加莱（B&R）决定在2002年4月的汉诺威工业博览会上正式发布ETHERNET Powerlink技术。来自社会的大量反馈信息让所有人都出乎意料。这一项新技术似乎就是自动化业界所期待的下一代技术。而这一可能要成为现实，就需要将这一产品在独立的操作平台上实现。Zurcher Hochschule Winterthur (瑞士ZHW大学)就是一个理想的、独立于制造商并且满足必要基础性条件的角色。
　　
　　在EDiSoN （嵌入式分布式方案网络）专家网络和瑞士的软（网络）执行工作的架构中，对于那些对Powerlink感兴趣的人，ZHW提供了最好的条件，因此，他们的服务项目包括了咨询、业绩应用、开发支持及其将来对ETHERNET Powerlink产品的认证工作。
　　但同时，人们也盼望在协议在内容和架构上能有更新的能力，所以，Powerlink配备有专门用于制造商自己定义和应用的开放点,从根本上说，我们所有工作的根本目的就是参照IAONA的规定，使Powerlink标准化。
　　更多更新的内容可以查询网站www.ethernet-powerlink.com。
zhd

楼主 2007/3/5 11:19:12

Q&A
　　
　　Q:这个新的协议有哪些方面的优势？
　　
　　A:因为实时性能比较弱的缘故，以太网技术在行业内至今没能得到广泛的应用。ETHERNET Powerlink的出现，第一次打破了以太网在实时性方面的限制。
　　
　　目前，IT技术已经遍及整个自动化领域。通过ETHERNET Powerlink技术在整个自动化行业的广泛应用，用户将会获得最大的利益。比如说直接在网络中连接旋转编码器或变频器，或很简单地加入另一个源点，这些都是很重要的项目应用要求，而仅仅凭一个供应商是解决不了的，现在，ETHERNET Powerlink使得所有的自动化技术都成为了实时以太网的基础。
　　
　　Q:作为一个自动化公司，贝加莱（B&R）为什么推出一个标准协议？
　　
　　现场总线的并行发展使得众多物理介质由于不同的协议和设备而产生不兼容情况。为消除使用以太网进行实时通信时遇到这样的情形，B&R决定发布并推广ETHERNET Powerlink――这个已经经历多次成功应用的方案。原有的Ethernet协议、众多成熟的产品以及作为IT领域产品标准的地位都为新协议的开发创造了完美的条件。实时这个不足，也因Ethernet Powerlink的出现而得到弥补。所有的制造商和终端用户开始有机会在工业自动化应用中用到IT业的即插即用标准技术。

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