POWERLINK-实时以太网技术

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1、实时以太网技术及其应用-EthernetPOWERLINK一、IT技术对于自动化领域的影响-Ethernet技术的大量使用1•为什么选择以太网？1•由于在管理层的ERP/MRP/CIMS/MES均采用了Ethernet技术，因此，对于Ethernet冇了广泛的需求;2.Ethernet技术继承了IT业的开放性设计以及更为便宜的成本；3•开放的工具例如诊断工具Wireshark和标准的市而上多个厂家提供的芯片可供使用；4.Ethernet不仅仅是一个总线，它一氏在进步，从10Mbps,100Mbps,它一直领先于工业网络的速度和技术;2•实时性需求在不断增加但是CSMA/CD机制的

2、确会防止冲突在网络上的发生，却造成了数据发送的不确定性以及延迟的产生，这对于更为苛刻的实时性要求的机器控制而言则无法满足。所谓确定性的通信过程是指它具冇一个精确的可预测的定时，也就是什么时候数据报文到达接收者，生成响应数据和需要多长时间来传送该数据报文，都是可预测和确定的。它应用等时间同步原理，等时同步是一种数据传送方法，即在每一个精确的总线时钟周期内，确保传送实时数据。3•实时性应用等级3.1回路调节对于回路调节及输送系统、数据采集系统等，其PID回路调节，四大参量如温度、压力、液位、流量而言,由于共所具冇的延迟性，通常周期均在mS级,10mS,50mS,100mS共至到S一级

3、，以太网技术可以满足共刷新的需求。3.2机器人与CNC系统机器人与CNC系统正在蓬勃发展，在机械工业的行业划分屮，CNC和机床是最大的一块，整个CNC和机器人的架构设计中，由主控PC和PLC运行的插补算法将通过高速总线传递给各个执行机构，在每个CNC和机器人的插补周期里，该插补值都需要通过总线给定到伺服系统，而伺服系统的电流环、速度环将在本地执行，为了满足更高速度和更高精度的加工要求，S二Vt,当位置与速度都要求极高的时候，只能是在刷新周期上不断缩小，而这对实时控制提出了要求，H前在速度控制方面，如果将速度也反馈给主控，则这个刷新的速度需要更快，共至达到儿十个微秒的周期，这也是为

4、什么传统的CNC和机器人系统采用专用系统的原因■因为，目前国内的CNC和机器人达到的均在5mS这个水平，而新一代的更高速度则要到uS级的刷新，例如Fanuc,Kuka,ABB的机器人系统刷新均在uS级，因此其传统都使用光纤专用总线来实现数据交换。3.3高动态同步过程，多轴同步比较典型的应用是凹版印刷机的无轴传动系统，在整个印刷过稈中，对于印刷精度达到了+/-0.1mm甚至更高的耍求，而印刷速度达到了300m/Min的要求，为了保证这个印刷精度，减速比为1:9,版辗直径为0.3m,每一圈为1m的印刷速度，每秒钟5米的印刷速度，采用EndatE050）j线高精度编码器，则需要达到的位

5、置环处理约在4mS,而通信的速度需要保证为位置环速度高一个数戢级，400uS或800uS的刷新。除了电气系统的同步，像高精度的液压同步，也同样对于实吋性有较高的要求例如4个液压缸的位置坏同步计算，为了保证多个液圧缸定位糟度达到1um的锻压而言，其所需的CPU处理速度必须在uS级，而多个液压缸之间的同步通信速度则必须更高，在几十个微秒这个级别上。二、EthernetPOWERLINK技术1•时间槽管理机制（TimeSlotmanagement）也称时隙管理‘EthernetPOWERLINK使用一个等时同步的时间槽以分配发送数据的授权，这町避免数据在网络上发生冲突。在网络上，只能指

6、定一个站作为管理站（如需耍，可配置冗余的管理站），它为所有在网络上的其他站（控制站）建立一个配置表利分配时间槽，只有管理站能接收和发送数据，其他站只是在管理站的授权下才能发送数据。管理站通过PollRequest帧循环地按配置表访问各控制站。控制站是被动的总线节点，PollRequest帧只能由对应地址的被控站所接收，然后该控制站以PollResponse帧响应并作为广播报文发送。该报文允许网络上所有其他的站监控接收，这种关系称为出版者/订阅者的通信关系。MAC（介质访问控制），EthernetPOWERLINK站的以太网地址，其首5个字节是常数，即00-60-65-00-49,

7、第6个字节是站号，正确的站地址必须在网络设备上设定，英屮管理站的地址必须是0,控制站的地址为1到253o254和255保留作为网络上的配置和服务之用。2.POWERLINK数据交换过程EthernetPOWERLINK分为MN和CN（ControlledNode）,等时同步CN和非等时同步CN每个等吋同步节点在POWERLINK周期里接受來自MN的Preq,并返回Pres,这用于传输等吋同步数据，如PDO数据，而异步阶段可传输SDO信息。PReq仅被特殊寻址的CN接受，而CN发送