工业以太网的实时性表现亟待提升
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由于工业以太网在实时应用领域仍处在发展阶段，所以在如下应用中，实时性表现还亟待提升：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。 从技术和应用角度出发，如下问题制约着工业以太网实时性的进一步发展： 1.冲突监测机制。IEEE802.3在MAC层定义的CSAM/CD(载波监听多路访问/冲突检测)机制由于引入了冲突机制，虽然随着以太网全双工机制的引入以及通讯带宽的不断提升，冲突发生的几率已经大大降低，但是本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现，CSMA/CD的退避算法需要进行升级。也就是说一旦监测到冲突，退避的间隔时间需要进一步减少，从而提高实时性。 2.交换机性能的提升。在整个数据采集-处理-输出的工程中，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断提升，发生在交换设备上的延时往往被控制在10μs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HOLBlockingPrevention等服务需要集成到交换机设备之中。 3.网络体系与通讯设备处理的性能。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，一般不超过总带宽的30%，所以进一步提升网络的带宽十分必要。同时，作为可以提供更高EMC表现，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理能力和速度也会不断提升，进而提升以太网的实时性。 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%的工业应用，其PLC扫描周期在10ms~10s之间，但是在精益制造和低碳节能理念不断发展的大趋势下，PLC系统功能的发展，尤其是PLC处理能力的提升将是PLC发展的大势所趋。当传统工业对于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须顺应这一趋势，尤其是在网络延时控制、通讯处理能力方面进一步提升性能，才能完成在工业领域里对高速总线，如CANopen和SERCOS的全面取代。 |
