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    施耐德提高以太网实时性
    发布者:施耐德 发布时间:2010-5-24 阅读:922

    施耐德提高以太网实时性

    将不断得到施耐德大力的研发投入,工业以太网作为施耐德电气协同自动化系统的重要组成局部。以保证客户的久远利益,坚持我此领域的全球领先地位。

    施耐德电气一直致力提升工业以太网在可靠性、确定性和实时性等诸多方面的性能,由于工业以太网在实时应用领域仍处在发展阶段。 PlantStruxur 协同自动化控制系统中,从控制层到设备层的通讯都全面基于 “ 透明就绪 ” 工业以太网解决方案平台。这一平台之上,施耐德电气将在 IEC61158 中定义的两种实时工业以太网 EtherNet/IP 和 Modbu TCP 技术进行了无缝融合。从以太网的实时性角度来说,为了能够防止 PLC 顺序执行周期对于数据采集实时性的影响, Uniti 平台控制器中集成了两块控制器芯片,分别执行顺序处置和以太网通讯。通过 Uniti Pro 软件可以将 I/O 扫描的最小周期配置为 5m 从而实现与远程 I/O 系统的实时通讯。同时 Modbus-RTPS 实时发布与订阅)服务可以在确定的时间点,完成将实时数据在由 D 类 IP 地址定义的一组以太网设备之间的数据发布和订阅。

    所以在如下应用中,实时性表示还亟待提升:传动应用,如冶金轧线、造纸,其对于多辊系统的线速度实时调节有很高要求;高速机械,如机床、汽车高速升降设备,主要靠高速传感器的输入执行逻辑控制和高速输出;给料系统,需要通过来自称重系统的高速输入控制给料阀确保给料量精确。

    如下问题制约着工业以太网实时性的进一步发展: 从技术和应用角度动身。

    虽然随着以太网全双工机制的引入以及通讯带宽的不时提升, 1. 抵触监测机制。 IEEE802.3 MA C 层定义的 CSA M/CD 载波监听多路访问 / 抵触检测 ) 机制由于引入了抵触机制。抵触发生的几率已经大大降低,但是实质上还是为工业以太网的实时性埋下了一定隐患。如果要进一步提升实时性的表示, CSMA /CD 退避算法需要进行升级。也就是说一旦监测到抵触,退避的间隔时间需要进一步减少,从而提高实时性。

    网络节点设备也是造成延时的主要因素。虽然随着交换机性能的不时提升, 2. 交换机性能的提升。整个数据采集 - 处置 - 输出的工程中。发生在交换设备上的延时往往被控制在 10 μ s 之内,但是当网络负荷较大时仍然对网络的实时性产生严重的影响。所以如 QoS 和 HOL Block Prevent 等服务需要集成到交换机设备之中。

    一般不逾越总带宽的 30% 所以进一步提升网络的带宽十分必要。同时, 3. 网络体系与通讯设备处置的性能。数据在网络上传输的延时也会对实时性有着很大的影响。由于在规划工业以太网在设备层网络负荷时。作为可以提供更高 EMC 表示,更快传输速度的光纤方案也会有助于实时性的提升。随着芯片技术的提升,通讯节点对于数据包的处置能力和速度也会不断提升,进而提升以太网的实时性。

    PLC 扫描周期在 10ms~10 之间, PLC 等控制系统的功能发展也对工业以太网技术的实时性有一定的影响。对于 90% 工业应用。但是精益制造和低碳节能理念不时发展的大趋势下, PLC 系统功能的发展,尤其是 PLC 处置能力的提升将是 PLC 发展的大势所趋。当激进工业对于 PLC 扫描周期的要求愈加苛刻时,对 I/O 数据采集和与其他设备的通讯实时性要求也势必需要随之提升,因此工业以太网技术的实时性也必需顺应这一趋势,尤其是网络延时控制、通讯处理能力方面进一步提升性能,才干完成在工业领域里对高速总线,如 CA Nopen 和 SERCOS 全面取代。

    施耐德电气多种产品和技术都可协助用户拥有更优秀的工业以太网实时性:

    从而保证了预设值为高优先级的通讯能具备更好的实时性。 1. ConneXium 工业交换机提供了 QoS Qualiti of Servic 和 HOL Block Prevent 预防头包阻塞功能 ) 服务。 QoS 为所有网络上传输的 Packet 设置了相应的优先级;预防头包阻塞功能 ” 则可以在交换机同一个端口的缓存里设置两个具备不同优先级的队列。

    使得与以太网通讯的相关操作不会影响顺序处置能力, 2. Uniti 控制器平台的 CPU 模块中集成了两块分别来自 Intel 和 Phoenix 处置器芯片。从而完成真正意义上的并行处置。

    可以保证当设备接受到 Packet 时只需确认整个包的目的地址是否是自己的 IP 地址, 3. 设备层的网络里使用了以太网菊花链拓扑结构。防止了复杂的路由表查找工作而缩短了延时。

     
     

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