工业实时以太网POWERLINK现场总线

  随着工业自动化对信息传输速度和数据量、系统控制精度、分布式控制要求的不断提高，尤其是对实时性提出了很高的要求，传统现场总线系统的一些不足制约了工业控制网络的技术发展，因此诞生一些基于以太网技术的现场总线，例如，Powerlink、EtherNet/IP、ModBusTCP、ProfinetRT、EtherCat、Mechatrolink等这些工业实时以太网的技术。

  其中，Powerlink由奥地利贝加菜(B&R)公司推出后，贝加菜、ABB、Hikechmann、Kuka、Lenze等数十家企业和研发机构联合成立了EPSG(Ethemet Poverlink Standardion Group，以太网Powerlink标准化组织)。Powerlink是一个易于实现的、高性能的、开放的、没有垄断的、真正的互连互通的工业实时以太网。2012年3月，Powerlink协议被国家标准化管理委员会批准为首个中国国家推荐性工业以太网标准，标准号为GB/T27960—2011，这意味着Powerlink这一全球范围广泛使用的实时通信技术得到了中国官方的认同和支持。

  1.工业控制系统的实时性

  实时性是指能够在限定时间内执行完规定的功能并对外部的异步事件做出响应的能力。工业控制要求控制系统对所监控的输入在一定时间内做出响应，对数据传输的实时性要求很大程度上依赖于特定的应用，不同 实时级别应用的实时性要求可以划分为四个级别。实时性能的四个级别如图2.29所示。

图2.29 实时性能的四个级别

  对于工业控制网络，实时性要求网络通信必须在规定的时间内完成，且在时间上可以预测。为了满足工业控制对时限的要求，通常采用具有确定性的、有限排队延迟的专用实时通信网络。在实际工程应用领域，为了满足高实时性应用的要求，各大公司和标准组织纷纷提出各种提升工业以太网实时性的技术解决方案，将以太网的实时响应时间提高到低于1ms，从而诞生了实时以太网。

  2.工业实时现场总线的分类与比较

  工业实时现场总线从性能上分为高实时总线和低实时总线两类。

  高实时性的总线Powerlink，EtherCat，Mechatrolink，其中Powerlink实际的实时性能最高为100μs的循环周期，EtherCat 实际的实时性能最高为250μs的循环周期。在这三种总线中EtherCat 和Mechatrolink需要用专用的ASIC才能实现，之所以采用ASIC芯片来实现是为了能够控制市场。另外，由于EtherCat和Mechatrolink只解决了数据链路层和物理层，用户需要自己实现应用层。又由于不同用户实现的应用层可能不同，就会造成同样基于EtherCat的设备不能相互通信。Powerlink是在普通以太网上实现的方案，无须ASIC芯片，用户可以在各种平台上实现Powerlink，例如，FPGA、ARM、x86CPU等，可以说，只要有以太网的地方，就可以实现Powerlink。Powerlink公开了所有的源码，任何人都可以免费下载和使用(就像Linux)。Powerlink的源码里包含了物理层(标准以太网)、数据链路层(DLL)、应用层(CANopen)三层完整的代码，用户只需将Powerlink的程序在已有的硬件平台上编译运行即可。

  低实时性的总线EtherNet/IP，ModBusTCP，ProfinetRT。这三种总线可以用普通的以太网实现，但是它们基本上是对TCP/IP协议的修改或补充，没有从根本上解决实时的需求。