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浅道工业以太网的及时性

2018年06月12日 16:39:09 色情网址来源免费不卡

1.工业以太网

自20世纪80年代以后,为了满意工场企业内部新闻结成、归纳自动化的需求,各至公司计划开辟了众种现场总线条约,此中有20种被纳入IEC61158国际标准。但这些总线条约之间并不兼容,且现场总线的完成资本一般都比较高,开辟难度也相对较大,妨碍了现场总线技能的开展。

以太网举措当今科技开展标记性技能,曾经局域网和广域网中取得胜利,并普及到办理层及进程掌握层。假如进一步现场配备层中推行,能极大便当通通企业新闻体系的笔直集成。于是阵势部现场总线均已开端向以太网范畴扩展,交融出工业以太网技能。工业以太网承袭了标准以太网的物理层并兼容其数据链道层,于是能采用高性价比的标准PHY芯片及RJ45连接器,淘汰资本的同时低沉开辟难度。目前工业以太网品种较众,国际标准IEC61784包罗有Modbus,Ethernet/IP,ProfiNet,Tcnet,Vnet/IP,Powerlink,EtherCAT以及SercosIII等。

2.及时性及相关题目

及时性的一个主要标准是时间确实定性,一个事情爆发后,系同一个可准确预睹的时间范围内做出反响。

工业运用对及时性的需求依据运用场合可大值乐为三个品级:工场级的掌握需求请求呼应时间1s尊驾即可,而进程级掌握一般需求呼应时间10~100ms以内,及时性请求最高的是运动掌握,请求呼应时间1ms以下,以致抵达几十us的量级。

以太网的传输速率可达100Mbps以致1Gbps,足以满意工业运用的需求,可是却不行保标明现掌握配备间的及时通信。这重假如因为标准的以太网条约是以CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection,载波监听众道拜访/冲突检测)技能为根底的,网洛上的各义务站对总线举行“监听”以确认总线是否空闲。假如空闲,它们就开端发送数据。假如两个义务站同时试图发送数据,冲突就发生了。这种状况下,拜访机制起首确保义务站中止传输数据,然后依据预订义的随机挑选算法,义务站再次实验发送数据。这个进程不停重复至冲突消逝。上述机制包管了数据的平安发送,可是从确定性方法的角度来看,这却是一个很大的妨碍。它容许数据传输时间可以被恣意推迟,也就不行完成数据的及时通信。要念使以太网技能不改动其现有标准的条件下更好的运用到工控范畴,就要找到一种办理方案来办理这个题目。

3.工业以太网的及时性方案

为了进步以太网的及时性,必需对通信模子举行改正,目前有以下三种方案:

(1)改正TCP(UDP)/IP条约栈,添加及时调治来掌握通信中的不确定因素,典范条约如Modbus/TCP、Ethernet/IP等。这种方案的呼应时间为几十毫秒,一般称为软及时工业以太网,适合100ms以上及时性请求的工场级掌握范畴。

例,Modbus/TCP并未对Modbus本身的条约举行改正,而是将Modbus帧嵌入到TCP帧中,并采用面向连接的方法,每一个央求都请求一个应答。这种央求/应答的机制与Modbus的主/从机制互相配合,使得交换式以太网具有很高确实定性。

(2)改正数据链道层之上的条约如改动帧构造、优化调治方法等来保标明时性,但不改动硬件方案,典范的条约如EthernetPowerlink、Profinet和EPA。这种方案的呼应时间为1~10毫秒,一般称为硬及时工业以太网,适合进程掌握范畴。

例,EthernetPowerlink引入了SCNM(时间槽通信网络办理)算法来包管通信的及时性。SCNM给同步数据和异步数据分派时槽,包管同一时间只要一个配备可以占用网络,从而避免了网络冲突。通信办理上引入了办理节点(MN)和掌握节点(CN),并将通信周期分为开端阶段、同步阶段、异步阶段和空闲阶段,使得每个周期可以有对应的时间域用于传输及时数据和标准以太网数据流,既能包管数据通信的及时性,又能传输标准的以太网数据。

(3)改正数据链道层条约,及时通道内由及时MAC接纳通信掌握,避免报文冲突,简化数据处理,典范的条约如EtherCAT、SERCOSIII、MECHATROLINKIII等。这种方案带准确的时钟同步,呼应时间为250μs到1ms,颤动小于1μs,一般称为同步硬及时工业以太网,主要用于运动掌握范畴。

例,EtherCAT条约采用主从构造,主站认真发动EtherCAT报文帧,因为采用标准以太网的帧头和帧尾,主站可以运用标准以太网的物理层和数据链道层,即PC机的标准网口。从站需求依据地址从数据帧中提取输入数据并插入输出数据该帧的样式,该义务是数据链道层由FMMU模块完毕的,需求特别的MAC层芯片完成。

4.小结

办理以太网及时性的基本思道:起首是明晰传输通道,避免冲突;其次是淘汰处理时间,进步呼应速率。此中第一点可以MAC层完成,也可以TCP/IP层完成,以致TCP以上的层完成。但完成的位置越接近运用层,复用标准以太网的要害就越众,编解码等处理义务就越繁杂,及时性也越差。而接近物理层的完成方法需求放弃通用的以太网条约,以致采用专用MAC芯片,这会带来开辟难度的进步和资本的添加。

供稿:网络转载

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