1.POWERLINK概述
ETHERNET POWERLINK（簡(jiǎn)稱EPL）是一種高速實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，它基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)硬件，甚至可以是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)卡，通訊速度為100M，通訊距離為100米，通過(guò)光纖技術(shù)可延長(zhǎng)到數(shù)十公里。
ETHERNET POWERLINK（簡(jiǎn)稱EPL）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織EPSG（www.epsg.org）成立于2001年，2003年推出系列產(chǎn)品。截至2007年11月底，世界各地240多個(gè)OEM用戶在40000多臺(tái)設(shè)備上使用了EPL。EPL在全球有450多個(gè)成員、用戶和支持者。
EPL現(xiàn)在的版本為V2（兼容V1），網(wǎng)絡(luò)刷新周期為50s，數(shù)據(jù)傳送時(shí)間誤差小于1s。EPL每1ms可以刷新1000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（其中40%為模擬量點(diǎn)）?；?000M的EPL產(chǎn)品正在研發(fā)中。
2.POWERLINK冗余技術(shù)
過(guò)程自動(dòng)化常常有總線冗余的要求，機(jī)械自動(dòng)化（比如滑環(huán)）也有部分總線冗余的要求，實(shí)際的需求促成了EPL冗余技術(shù)的發(fā)展。
EPL基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)硬件，因此EPL可采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)冗余技術(shù)：環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、主干冗余。另外還有針對(duì)EPL的線路選擇器冗余技術(shù)。
2.1環(huán)網(wǎng)冗余
以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議主要有：改造過(guò)的快速生成樹(shù)協(xié)議、簡(jiǎn)化的FDDI、簡(jiǎn)化的彈性分組環(huán)RPR、以及各個(gè)廠家的自有協(xié)議。
環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)苇h(huán)冗余和雙環(huán)冗余。雙環(huán)冗余是對(duì)單環(huán)冗余的雙重化配置，冗余特性比單環(huán)更可靠。環(huán)網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)之間采用以太網(wǎng)或光纖。
2.1.1單環(huán)結(jié)構(gòu)
在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域，我們常常在一個(gè)主CPU中插入一塊EPL主站卡，通過(guò)冗余網(wǎng)絡(luò)來(lái)擴(kuò)展出多個(gè)EPL從站。當(dāng)EPL網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)3個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)時(shí)，我們一般建議選擇單環(huán)網(wǎng)冗余。
單環(huán)網(wǎng)的通訊介質(zhì)可以是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，也可以選擇光纖，這要視實(shí)際要求而定。節(jié)點(diǎn)之間距離比較遠(yuǎn)（比如大于100米） 或者環(huán)境電磁干擾很強(qiáng)（比如風(fēng)電機(jī)艙內(nèi)）時(shí)，系統(tǒng)可靠性比成本更要優(yōu)先考慮，一定要使用選用光纖。如果所有EPL節(jié)點(diǎn)在一個(gè)配電間內(nèi)，選擇環(huán)網(wǎng)已經(jīng)足夠。
2.1.1.1工作原理
在一個(gè)環(huán)網(wǎng)內(nèi)，數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)沿缺省方向向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送。如果中間某段網(wǎng)絡(luò)斷了，沿該方向無(wú)法將數(shù)據(jù)發(fā)到該段網(wǎng)絡(luò)后面的節(jié)點(diǎn)上，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢測(cè)到這種情況后，自動(dòng)會(huì)將該段網(wǎng)絡(luò)后面節(jié)點(diǎn)所需的數(shù)據(jù)從另外一個(gè)方向傳送，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會(huì)紀(jì)錄每次通訊狀態(tài)，下一次通訊將沿用上次成功的通訊路徑。
要特別注意的是，環(huán)網(wǎng)交換機(jī)的切換時(shí)間必須足夠快才行，老式的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)切換時(shí)間在300ms，不能用于EPL網(wǎng)絡(luò)冗余，新的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)切換速度可以做到20ms，可以用于一般過(guò)程控制領(lǐng)域，而且在EPL主站上要設(shè)置足夠長(zhǎng)的容忍時(shí)間。
2.1.2雙環(huán)結(jié)構(gòu)
在一些過(guò)程自動(dòng)化中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)大于3個(gè)，而且系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)的可靠性非常高，這時(shí)可用第3方環(huán)網(wǎng)交換機(jī)來(lái)構(gòu)建一個(gè)雙環(huán)網(wǎng)。
雙環(huán)網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)組成，分別負(fù)責(zé)A網(wǎng)和B網(wǎng)通訊，每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的兩個(gè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)之間有通訊電纜連接。
不同節(jié)點(diǎn)之間的通訊介質(zhì)可以是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜，也可以是光線，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜的優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是通訊距離短；光纖的優(yōu)點(diǎn)是抗電磁干擾強(qiáng)，傳送距離遠(yuǎn)（幾公里~幾十公里），缺點(diǎn)是成本高、施工難度大。
2.1.2.2工作原理
雙環(huán)網(wǎng)中A、B兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有單環(huán)網(wǎng)特性，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的A網(wǎng)和B網(wǎng)之間有跨接通路。
標(biāo)準(zhǔn)情況下，數(shù)據(jù)從 “源節(jié)點(diǎn)“到“目的節(jié)點(diǎn)”的通訊用一個(gè)缺省網(wǎng)完成，基于單環(huán)網(wǎng)的工作原理，即使A中某一段網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障業(yè)可以完成。
當(dāng)某節(jié)點(diǎn)損壞一個(gè)A網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，連接該交換的節(jié)點(diǎn)和A網(wǎng)的通訊路徑變?yōu)椴豢捎?，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會(huì)試圖從該節(jié)點(diǎn)的B網(wǎng)交換機(jī)來(lái)和網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)通訊。
當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)損壞一個(gè)A網(wǎng)交換機(jī)，而另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)損壞一個(gè)B網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，數(shù)據(jù)就從B網(wǎng)和A網(wǎng)之間傳送，通訊的路徑是經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)優(yōu)化的。
由于每個(gè)交換機(jī)都會(huì)紀(jì)錄該次成功通訊的路徑，下次通訊將會(huì)沿用上次成功的路徑。遇到網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)路徑重新選擇需要一定延時(shí)，因此EPL通訊設(shè)置中，容忍時(shí)間必須大于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程所花的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間一般在10ms左右，因此只能作為常規(guī)控制用，不能做電廠SOE等高速處理用。
2. 2非環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)
2.2.1線路選擇器技術(shù)
該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用鏈路層HUB來(lái)構(gòu)建2個(gè)網(wǎng)絡(luò)A網(wǎng)、B網(wǎng)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)線路選擇器用2根EPL電纜，分別接入A網(wǎng)和B網(wǎng)。
由于采用數(shù)據(jù)鏈路層HUB，線路切換時(shí)間可以達(dá)到s級(jí)?？梢杂迷陔姀SSOE等高速采集場(chǎng)合。
2.2.1.1工作原理
每幀數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)出發(fā)，同時(shí)發(fā)送給A網(wǎng)和B網(wǎng)。任何時(shí)候，數(shù)據(jù)在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上事相同的。
每個(gè)節(jié)點(diǎn)的線路選擇器（圖中AC810或BC8084內(nèi)置式）每50s檢測(cè)一次2個(gè)EPL網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)質(zhì)量。
如果線路選擇器評(píng)估出兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通訊質(zhì)量一樣，該節(jié)點(diǎn)就用缺省網(wǎng)絡(luò)（或上次所用網(wǎng)絡(luò)）和其它EPL節(jié)點(diǎn)通訊。
如果線路選擇器發(fā)現(xiàn)一個(gè)EPL連接的通訊質(zhì)量好于另外一個(gè)EPL連接，該節(jié)點(diǎn)就從數(shù)據(jù)質(zhì)量好的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
2. 2.2主干網(wǎng)絡(luò)冗余
在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間同時(shí)有多根EPL電纜（通常為2根，也可以是多根）。
2. 2.2.1工作原理
正常的操作中，兩個(gè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)分成多個(gè)數(shù)據(jù)流，分別從不同的EPL上通過(guò)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量；當(dāng)一根EPL網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)，兩個(gè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)全部從剩下的EPL連接上通過(guò)，保證了網(wǎng)絡(luò)的通訊正常。線路恢復(fù)時(shí)間在毫秒級(jí)。
3.幾種網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)比較
3.1自愈速度
從網(wǎng)絡(luò)自愈（或切換）速度看，線路選擇器冗余技術(shù)速度最快（10s級(jí)）；其次是主干網(wǎng)絡(luò)冗余，在毫秒級(jí)；環(huán)網(wǎng)（單環(huán)、雙環(huán)）冗余在幾十毫秒級(jí)。
3.2魯棒性
從網(wǎng)絡(luò)魯棒性看，最可靠的是雙環(huán)網(wǎng)，它相當(dāng)于四重冗余；其次是線路選擇器和主干網(wǎng)絡(luò)冗余，線路選擇器的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷幾乎沒(méi)有變化，主干網(wǎng)絡(luò)冗余在網(wǎng)絡(luò)修復(fù)階段網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷波動(dòng)比較大，項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到；單環(huán)網(wǎng)的時(shí)滯產(chǎn)生在自愈階段，項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮。
3.3經(jīng)濟(jì)性
單環(huán)網(wǎng)和主干網(wǎng)絡(luò)冗余的經(jīng)濟(jì)性最好。需要特別指出的是，主干網(wǎng)絡(luò)冗余采用串級(jí)連接方式，適合于只有2個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，多余2個(gè)節(jié)點(diǎn)宜采用單環(huán)冗余。然后就是線路選擇器冗余，它的冗余工作在線路選擇器中完成，對(duì)A、B兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建沒(méi)有太多的智能要求，可以選擇任何鏈路層HUB。雙環(huán)網(wǎng)冗余要求的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)多，價(jià)格較高，只有對(duì)可靠性要求特別高的場(chǎng)合才用，實(shí)際情況下用的不多。
3.4不同場(chǎng)合的選擇
綜上所述，對(duì)于要求速度很快的應(yīng)用，一般選擇線路選擇器技術(shù)；一般過(guò)程自動(dòng)化項(xiàng)目，選擇單環(huán)網(wǎng)技術(shù)即可；主干網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)更多的用在增加網(wǎng)絡(luò)帶寬的應(yīng)用上；只有對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性要求很?chē)?yán)格的才采用雙環(huán)網(wǎng)冗余。
