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1、试论工业以太网实时通信技术 王 威,等试论工业以太网实时通信技术DiscussiononRealTimeCommunicationTechnologyofIndustrialEthernet12王 威 缪学勤12(清华大学自动化系,北京 100084;上海工业自动化仪表研究所,上海 200233)摘 要 工业以太网进入工业控制领域是工业自动化的发展趋势,其中主要障碍是以太网的非实时通信。简要介绍了几种工业以太网的实时通信技术。侧重介绍分散自动化接口解决工业以太网通信实时性的方法———RTPS协议。讨论了RTPS协议实现实时通信的性能。关键词 工业以太网 实时通信 分散
2、自动化接口 RTPS协议AbstractEnteringprocesscontrolareaofEthernetisthedevelopingtrendofprocessautomation,whilethemajorobstacleisthatEthernetisnotrealtimecommunication.SeveralrealtimecommunicationtechnologiesofindustrialEthernetareintroducedinthepaper.TheRTPSprotocol,thebasisfordatadistributionun
3、derlyingtheInterfaceforDistributedAutomationisemphasized.TheperformanceofRTPSimplementingrealtimecommunicationisdiscussed.KeywordsIndustrialEthernetRealtimecommunicationInterfacefordistributedautomationRTPSprotocol于工业自动化领域,还有一些需要解决的技术问题:0 引言①需要解决它在工业环境中的适应性问题;20世纪80年代中期发展起来的现场总线技术,可②以太网
4、不提供电源,因此需要额外的供电电以突破DCS中通信由专用网络的封闭系统来实现所造缆;成的缺陷,把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公③以太网不是本质安全系统;开化、标准化的解决方案,所以近年来出现了现场总线④以太网介质访问方式采用CSMA/CD协议,不技术和产品的开发热潮。其结果是世界各大公司开发能满足工业过程控制在实时性上的要求,甚至在通信了各种各样的现场总线,号称开放的现场总线也有40繁忙时,还存在信息丢失的危险,确定性不高。多种,现场总线的国际标准IEC61158也包含了8种之对于以太网不适应工业现场的问题,工业以太网多,形成了多种现场总线并存的局面。但是,这些
5、现场可以通过多种途径,如改善传统的以太网电缆、采用网总线之间不能实现互操作,现场总线技术也不能为企业关,还有采用PC-BASED方案和ON-CHIP设备等方提供从现场控制层到管理层的全面信息集成,而且现场法来解决工业以太网对工业环境的适应问题。总线较低的通信速率也不能满足工业控制越来越多的以太网作为商用网络的使用中,被认为是实时性数据交换的需要。世界各大厂商开始寻找其它途径,目不高、非确定性的网络,这主要是由于它所采用的介质前在信息网络中广泛应用的以太网已成为新的目标。访问方式所决定的。CSMA/CD协议,即“带冲突检测传统上应用于办公室和商业用途的以太网由于能的载波
6、监听多路访问”。在工作过程中,如果有站点需够解决现场总线之间互不兼容、不同公司的控制器之要传输数据,首先侦听电缆。如果链路正被其它的站间不能相互实现高速的实时数据传输的问题,开始进点使用,该站点等待链路空闲再传输;如果链路空闲,入工业控制领域。国际上成立了工业以太网协会(In2则立即传输。如果有2个或多个站点同时在空闲的链dustryEthernetAssociation),并与美国ARCAdvisory路上开始传输数据,就发生冲突,于是所有的冲突站点Group,AMRResearch和Gartnet等机构合作开展工业以停止传送数据,运行二进制后退算法(binaryb
7、ack-太网关键技术的研究,以促进以太网在工业控制领域off),等待一个随机的时间,再重复上述过程。正是由的应用。工业以太网已经成为了工业自动化领域的一于CSMA/CD的工作原理,造成数据传输有可能经历不个新的发展趋势。可预见的延时,甚至长时间无法发送的情况。而且,以太网的整个传输体系没有有效的措施及时发现某一节1 工业以太网的关键技术是通信实时性点故障而加以隔离,从而有可能使故障节点占用总线以太网在设计之初是用于商业领域,要将它应用而导致其它节点传输失败。1©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.A
