Ethernet能夠滿足真正的實(shí)時(shí)要求嗎？當(dāng)一年前Ethernet Powerlink出現(xiàn)的時(shí)候，我們終于可以回答“是”。從它第一次公諸于世至今，這一系統(tǒng)已經(jīng)在大量的應(yīng)用中得到了檢驗(yàn)。
從自動化領(lǐng)域引入Ethernet至今，人們已經(jīng)從當(dāng)初一廂情愿的自我感覺良好到如今切切實(shí)實(shí)的接近了最終目標(biāo)。由于TCP／IP或者UDP／IP等這些通用標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)時(shí)條件下還沒有得到廣泛的應(yīng)用，因此我們有更多的成果值得期待。在最近的試驗(yàn)中，有一些結(jié)論更加明確了：在實(shí)時(shí)應(yīng)用中采用TCP／IP或UDP／IP需要利用交換機(jī)構(gòu)建一個(gè)無沖突的網(wǎng)絡(luò)。
這樣，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成了按交換機(jī)劃分的多個(gè)網(wǎng)段，并按“沖突域” 分配。
這些網(wǎng)段類似于點(diǎn)對點(diǎn)的連接，通過雙向連接避免了沖突，因而滿足了網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建確定性通信關(guān)系的需要。在許多應(yīng)用中，以這種方式實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)條件仍然不夠。由交換機(jī)引起的等待時(shí)間太長并且交換機(jī)軟件帶來了太多的時(shí)滯。而且，處理通訊連接的協(xié)議運(yùn)行時(shí)間也太長了。
為了防止問題的出現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)真正的實(shí)時(shí)性能，必須采用一種完全不同的方法：利用確定的、預(yù)先定義了通信關(guān)系的堆棧實(shí)現(xiàn)TCP／IP或UDP/IP。利用預(yù)先定義的時(shí)間片段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是針對這類應(yīng)用的比較實(shí)際的解決方法。在Ethernet Powerlink中，我們稱其為分時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)管理。
實(shí)時(shí)以太網(wǎng)方案
該方法基于標(biāo)準(zhǔn)快速以太網(wǎng)（100Mbps），并在應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)400ms甚至更低的循環(huán)時(shí)間。經(jīng)過驗(yàn)證，網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯小于1ms。只有HUB集線器才能滿足這樣的實(shí)時(shí)需求，交換機(jī)是不適用的。
不同的應(yīng)用對高速網(wǎng)絡(luò)有不同的需求?？蛻舾鼮殛P(guān)心的是循環(huán)時(shí)間的優(yōu)化、精確度的提高或者更大的設(shè)備靈活性。在滿足這些需求的時(shí)候，簡單安裝一個(gè)與I/O網(wǎng)絡(luò)并行的驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。由于運(yùn)動的復(fù)雜性不斷變化（例如包裝機(jī)械、注塑機(jī)械等等），高速切割加工和組合運(yùn)動都要求在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中以同樣的性能等級傳輸I/O，并與運(yùn)動和PLC程序完全同步，這一點(diǎn)正在日益變得重要。
應(yīng)用的需求
在一個(gè)有著大量驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)中集成數(shù)字量和模擬量I/O相對來說比較困難，Ethernet Powerlink的原理則完全不同：Powerlink是專為完整的自動化系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)的，它包含了I/O、驅(qū)動、顯示和PLC組件。
因此，過程參數(shù)或凸輪仿形可載入過程數(shù)據(jù)直接傳輸至PLC而不會影響循環(huán)通信。當(dāng)設(shè)備以400ms周期運(yùn)行時(shí)，非循環(huán)通信也可以實(shí)現(xiàn)。例如，這可用于程序下載，追跡上載（用于診斷）以及如顯示任務(wù)等其他透明通信。采用Powerlink，快速以太網(wǎng)100Mbps的帶寬可以充分得到利用。
Ethernet Powerlink的優(yōu)勢在19軸的新一代包裝機(jī)械中得到了充分體現(xiàn)。這些系統(tǒng)在循環(huán)周期為800ms的網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。由于工藝的需要，在有著多層嵌套關(guān)系的所有軸之間要求有復(fù)雜的連接。這表示從動軸也是其他部分的主動軸。在19軸的設(shè)備中，至少有5個(gè)軸有著主動軸的功能。除了這些物理軸以外，為了優(yōu)化運(yùn)動控制，系統(tǒng)內(nèi)還添加了虛擬軸。所有這些過程都是動態(tài)的。整個(gè)過程在操作中根據(jù)當(dāng)前工藝參數(shù)不斷的調(diào)試：
—在400ms時(shí)間內(nèi)，直接調(diào)節(jié)驅(qū)動上的鼓序列發(fā)生器。
—根據(jù)當(dāng)前產(chǎn)品質(zhì)量迅速調(diào)節(jié)加工時(shí)間。
由于貝加萊（B&R）Acopos驅(qū)動的智能性能夠保證足夠的伸縮性，在設(shè)備需要極高速運(yùn)動控制時(shí)無需添加PLC或在工控機(jī)中添加軟PLC，因此也就不會增加系統(tǒng)的體積。
即便使用非常小的控制器，利用驅(qū)動中真正的分布式智能化的原理也能創(chuàng)建擴(kuò)展應(yīng)用。而Ethernet Powerlink所提供的高性能網(wǎng)絡(luò)和獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制是一個(gè)基本的前提。通信并不通過主站，相反驅(qū)動之間直接通過廣播服務(wù)通信。這是一個(gè)非常關(guān)鍵的特點(diǎn)，因?yàn)樗苊饬瞬槐匾木W(wǎng)絡(luò)通信循環(huán)并最終提高了設(shè)備運(yùn)行效率。
另一項(xiàng)應(yīng)用表明：19個(gè)站并不是全部的能力：在2ms范圍內(nèi)，50個(gè)軸，多個(gè)其他的周期性I/O站的連接也能夠做到彼此同步。采用Ethernet Powerlink 就能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的優(yōu)化任務(wù)。
產(chǎn)品必須滿足所有要求
滿足所有的要求需要有多個(gè)產(chǎn)品。在過去的一年里，貝加萊（B&R）在與Powerlink相關(guān)的領(lǐng)域進(jìn)行了大量的開發(fā)工作。
首先推出的是可將數(shù)字量和模擬量I/O接入網(wǎng)絡(luò)的總線控制器。B&R 2003系列已經(jīng)有兩種總線控制器，其中一個(gè)帶RJ45接頭，另一個(gè)則集成了4口HUB。更高性能的B&R2005系列也開發(fā)了一個(gè)集成2口HUB的總線控制器。因此，上述兩個(gè)系列產(chǎn)品均可以實(shí)現(xiàn)Ethernet Powerlink連接。
同時(shí)，貝加萊（B&R）也推出了集成2口HUB的接口模塊，專用于連接Acopos伺服驅(qū)動。
現(xiàn)在，在將PLC CPU連入Powerlink網(wǎng)絡(luò)時(shí)，有多種模塊可以選擇：2003，2005，以及PowerPanel（集成了PLC和顯示界面的設(shè)備），均有可連接Powerlink的標(biāo)準(zhǔn)接口模塊。對于基于Intel的高性能系統(tǒng)還有兩種PCI 模塊：Powerlink＋RS232和Powerlink＋CAN。
IPC可使用PCI卡與Ethernet Powerlink通信。除了RJ45接口可增加一個(gè)Powerlink接口以外，還增加了一個(gè)CAN接口。
Ethernet Powerlink可用于貝加萊（B&R）所有的產(chǎn)品系列，因此也適用于所有應(yīng)用實(shí)踐。
未來的開發(fā)
迄今為止，Ethernet Powerlink還只是貝加萊獨(dú)有的開發(fā)產(chǎn)品?，F(xiàn)實(shí)的需求是持續(xù)投入的動力。來自各方面的強(qiáng)烈反饋?zhàn)C明了這一決定的正確。而為了進(jìn)一步的開發(fā)而公開技術(shù)文檔的工作也正在進(jìn)行。
可以說，Ethernet Powerlink已經(jīng)能夠作為完整的方案，去滿足自動化任務(wù)的需求，并提供了在未來進(jìn)一步提升性能的潛力。
