Ethernet Powerlink应用和发展

Ethernet能够满足真正的实时要求吗？当一年前Ethernet Powerlink出现的时候，我们终于可以回答“是”。从它第一次公诸于世至今，这一系统已经在大量的应用中得到了检验。 从自动化领域引入Ethernet至今，人们已经从当初一厢情愿的自我感觉良好到如今切切实实的接近了最终目标。由于TCP／IP或者UDP／IP等这些通用标准在实时条件下还没有得到广泛的应用，因此我们有更多的成果值得期待。在最近的试验中，有一些结论更加明确了：在实时应用中采用TCP／IP或UDP／IP需要利用交换机构建一个无冲突的网络。 这样，整个网络分成了按交换机划分的多个网段，并按“冲突域” 分配。 这些网段类似于点对点的连接，通过双向连接避免了冲突，因而满足了网络中构建确定性通信关系的需要。在许多应用中，以这种方式实现的实时条件仍然不够。由交换机引起的等待时间太长并且交换机软件带来了太多的时滞。而且，处理通讯连接的协议运行时间也太长了。 为了防止问题的出现并实现以太网真正的实时性能，必须采用一种完全不同的方法：利用确定的、预先定义了通信关系的堆栈实现TCP／IP或UDP/IP。利用预先定义的时间片段进行数据传输是针对这类应用的比较实际的解决方法。在Ethernet Powerlink中，我们称其为分时通信网络管理。 实时以太网方案 该方法基于标准快速以太网（100Mbps），并在应用中可以实现400ms甚至更低的循环时间。经过验证，网络时滞小于1ms。只有HUB集线器才能满足这样的实时需求，交换机是不适用的。 不同的应用对高速网络有不同的需求。客户更为关心的是循环时间的优化、精确度的提高或者更大的设备灵活性。在满足这些需求的时候，简单安装一个与I/O网络并行的驱动网络已经远远不够了。由于运动的复杂性不断变化（例如包装机械、注塑机械等等），高速切割加工和组合运动都要求在同一个网络中以同样的性能等级传输I/O，并与运动和PLC程序完全同步，这一点正在日益变得重要。 应用的需求 在一个有着大量驱动的网络中集成数字量和模拟量I/O相对来说比较困难，Ethernet Powerlink的原理则完全不同：Powerlink是专为完整的自动化系统配置设计的，它包含了I/O、驱动、显示和PLC组件。 因此，过程参数或凸轮仿形可载入过程数据直接传输至PLC而不会影响循环通信。当设备以400ms周期运行时，非循环通信也可以实现。例如，这可用于程序下载，追迹上载（用于诊断）以及如显示任务等其他透明通信。采用Powerlink，快速以太网100Mbps的带宽可以充分得到利用。 Ethernet Powerlink的优势在19轴的新一代包装机械中得到了充分体现。这些系统在循环周期为800ms的网络中运行。由于工艺的需要，在有着多层嵌套关系的所有轴之间要求有复杂的连接。这表示从动轴也是其他部分的主动轴。在19轴的设备中，至少有5个轴有着主动轴的功能。除了这些物理轴以外，为了优化运动控制，系统内还添加了虚拟轴。所有这些过程都是动态的。整个过程在操作中根据当前工艺参数不断的调试： —在400ms时间内，直接调节驱动上的鼓序列发生器。 —根据当前产品质量迅速调节加工时间。 由于贝加莱（B&R）Acopos驱动的智能性能够保证足够的伸缩性，在设备需要极高速运动控制时无需添加PLC或在工控机中添加软PLC，因此也就不会增加系统的体积。 即便使用非常小的控制器，利用驱动中真正的分布式智能化的原理也能创建扩展应用。而Ethernet Powerlink所提供的高性能网络和独立的网络机制是一个基本的前提。通信并不通过主站，相反驱动之间直接通过广播服务通信。这是一个非常关键的特点，因为它避免了不必要的网络通信循环并最终提高了设备运行效率。 另一项应用表明：19个站并不是全部的能力：在2ms范围内，50个轴，多个其他的周期性I/O站的连接也能够做到彼此同步。采用Ethernet Powerlink 就能够实现这样的优化任务。 产品必须满足所有要求 满足所有的要求需要有多个产品。在过去的一年里，贝加莱（B&R）在与Powerlink相关的领域进行了大量的开发工作。 首先推出的是可将数字量和模拟量I/O接入网络的总线控制器。B&R 2003系列已经有两种总线控制器，其中一个带RJ45接头，另一个则集成了4口HUB。更高性能的B&R2005系列也开发了一个集成2口HUB的总线控制器。因此，上述两个系列产品均可以实现Ethernet Powerlink连接。 同时，贝加莱（B&R）也推出了集成2口HUB的接口模块，专用于连接Acopos伺服驱动。 现在，在将PLC CPU连入Powerlink网络时，有多种模块可以选择：2003，2005，以及PowerPanel（集成了PLC和显示界面的设备），均有可连接Powerlink的标准接口模块。对于基于Intel的高性能系统还有两种PCI 模块：Powerlink＋RS232和Powerlink＋CAN。 IPC可使用PCI卡与Ethernet Powerlink通信。除了RJ45接口可增加一个Powerlink接口以外，还增加了一个CAN接口。 Ethernet Powerlink可用于贝加莱（B&R）所有的产品系列，因此也适用于所有应用实践。 未来的开发 迄今为止，Ethernet Powerlink还只是贝加莱独有的开发产品。现实的需求是持续投入的动力。来自各方面的强烈反馈证明了这一决定的正确。而为了进一步的开发而公开技术文档的工作也正在进行。 可以说，Ethernet Powerlink已经能够作为完整的方案，去满足自动化任务的需求，并提供了在未来进一步提升性能的潜力。