实时的工业以太网EthernetPowerlink

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igh-ethercat 应用例子

igh-ethercat 应用例子

igh-ethercat 应用例子什么是ighethercat?ighethercat 是一种开源的以太网通信协议,主要应用于工业自动化领域。

它是Ethernet Powerlink Standardization Group(EPSG)开发的一种实时以太网协议,为工业设备提供高速、可靠、实时的通信能力。

ighethercat 借鉴了EtherCAT协议的一些设计理念,但在技术细节上有所不同。

为何选择ighethercat?在工业自动化领域,通信的实时性和可靠性是至关重要的。

采用以太网通信协议可以提供更高的带宽和更低的延迟,但传统的以太网在实时性方面存在一定的限制。

ighethercat通过将EtherCAT的一些特性进行了优化和改进,提供了更高的性能和更灵活的配置选项。

此外,ighethercat还是一个开源的协议,这意味着用户可以免费获得并使用它,使其成为一个经济实惠的选择。

ighethercat的应用领域ighethercat广泛应用于各种工业自动化应用中,包括机器人控制、工艺控制、自动化生产线等。

其高速、实时的通信能力使得工业设备之间可以实现快速、精确的数据交换和同步操作。

此外,ighethercat还支持大规模系统的构建,并具有可扩展性和灵活的配置选项。

ighethercat的工作原理ighethercat采用主从结构的通信方式。

在网络中,有一个Master节点和多个Slave节点。

Master节点负责控制整个网络的同步和通信。

它负责发送周期性的同步帧和传输从节点的输入和输出数据。

Slave节点负责接收和发送数据,并根据Master节点的指令执行相应的操作。

具体来说,Master节点会周期性地发送同步帧,以确保整个网络的同步。

每个Slave节点收到同步帧后,会按照Master节点预先配置的轮询方式依次进行操作。

Slave节点在接收到指令后,执行相应的操作,并将结果发送回Master节点。

IEEE 1588在实时工业以太网中的应用

IEEE 1588在实时工业以太网中的应用

摘要介绍了精确时钟同步协议标准IEEE 1588在解决工业以太网实时性上的应用,阐述了其中PTP协议的基本原理,提出了IEEE 1588的应用现状及其进一步应用领域。

关键词以太网实时性 IEEE 1588 PTP协议1 引言以太网由于其开放性好、应用广泛以及价格低廉等特点,已逐渐垄断了商用计算机的通信领域和过程控制领域中上层的信息管理与通信,并且有进一步直接应用到工业现场的趋势。

要想在工业环境中能够有效的利用以太网,必须使其符合工业环境中的特殊需求。

以太网应用于工业现场的关键技术之一便是对实时性的保证。

但是由于以太网自身的CSMA/CD机制以及设备层和I/O层上的数据采集与传输问题;低效交换、太多设备以及网络自身流量的不恰当协调;还有在上一层通信(如TCP及UDP)上进行的误差检测及翻译障碍等,都能从以太网上占取宝贵的时间。

这些延迟阻碍了以太网一些知名的优势被应用到离散与运动控制,以及其他高速应用中。

目前,已有多种技术用来提高工业以太网的实时性,例如增加带宽、改进网络拓扑结构、采用智能集线器及交换式以太网技术等。

而本文介绍了一种实时以太网解决方案——IEEE 1588标准精确时间协议,它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有站点的时钟进行校正同步[3],可以使基于以太网的分布式运动控制系统达到精确同步。

2 IEEE 1588简介IEEE 1588(网络测控系统精确时钟同步协议)最初由Agilent Laboratories(安捷伦实验室)的John Eidson以及来自其它公司和组织的12名成员开发,后来得到IEEE的赞助,并于2002年11月得到IEEE批准。

IEEE 1588的基本功能是使分布式网络内的最精确时钟与其他时钟保持同步,它定义了一种精确时间协议PTP(Precision Time Protocol),用于对标准以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器以及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级同步。

基于工业以太网Ethernet Powerlink和ARM9的伺服控制系统的设计

基于工业以太网Ethernet Powerlink和ARM9的伺服控制系统的设计

刘 争 明 王 钦 若 万 振 磊 ( 广东工业大学 自动化学院, 广东 广州 5 0 0 ) 1 0 6
摘 要
分 析 了印 刷 机 的 特 点 和 控 制 要 求 , 据 印刷 机 的 要 求 , 计 以 AR 根 设 M9微 控 制 器 为核 心 的位 置 、 度 和 IO 端 口的 电 气 速 /
控 制 系统 硬 件 系统 ; 建基 于 现 场 可 编程 逻 辑 器 Cy ln … E C2 构 co e P3 5及 实 时 工 业 以 太 网 E h me o fnk的伺 服 系统 t e tP we i l
通 信 的 无 轴 传 动 系 统 ; 时 , 述 了该 系统 软 件 的 设 计 。 同 阐 关 键 词 :ten tP w rik A M , o I嵌 入 式 系 统 , 轴 传 动 系统 Eh re o e Ln , R ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱis I , 无
点 , 此 , 设 计该 控 制 系统 时 , 用 控 制 器 的 网 络 架 构 , 因 在 使 以构 建
对 每 个 主 传 动 轴进 行 信 号 的 采集 和驱 动 。
印刷 机正 常 运 行 对 电气 传 动 控 制 系统 的 要求 有 :印 刷 机 转
动 系 统 要 有 一定 的快 速 动 态 响 应 和 稳 定 精 度 ;工 作 速 度 调 节 范 围较 宽 , 速 比可 调 范 围大 ; 动 有 一 定 的柔 性 ; 关 联 的传 动 传 传 相
MC 3 4 X 1 AS与 AR 通 过 1 M 6位 并 行 总 线 连 接 MC 3 4 S负 责 X 1A 接 收 ,执 行 来 自 AR 的指 令 数 据 ,产 生脉 冲驱 动 伺 服 驱 动器 ; M

工业以太网技术全面解析

工业以太网技术全面解析

工业以太网技术全面解析高性能、工厂设备和IT系统集成,以及工业物联网的需求驱动促进了工业以太网的增长。

在实时工业以太网中,EPA、EtherCAT、RTEX、Ethernet Powerlink、PROFINET、Ethernet/IP、SERCOS III是主要的竞争者。

下面对它们进行简单比较。

Ethernet/IPEthernet/IP是2000年3月由Control Net International和ODV A( Open DevicenetVendors Association共同开发的工业以太网标准。

实现实时性的方法Ethernet/IP实现实时性的方法是在TCP/IP层之上增加了用于实时数据交换和运行实时应用的CIP协议(Common Industrial Protocol )。

Ethernet/IP在物理层和数据链路层采用标准的以太网技术,在网络层和传输层使用IP协议和TCP、UDP协议来传输数据。

UDP是一种非面向连接的协议,它能够工作在单播和多播的方式,只提供设备间发送数据报的能力。

对于实时性很高的I/O数据、运动控制数据和功能行安全数据,使用UDP/IP协议来发送。

而TCP是一种可靠的、面向连接的协议。

对于实时性要求不是很高的数据(如参数设置、组态和诊断等)采用TCP/IP协议来发送。

Ethernet/IP采用生产者/消费者数据交换模式。

生产者向网络中发送有唯一标识符的数据包。

消费者根据需要通过标识符从网络中接收需要的数据。

这样数据源只需一次性地把数据传到网上,其它节点有选择地接收数据,这样提高了通信的效率。

Ethernet/IP是在CIP这个协议的控制下实现非实时数据和实时数据的传输。

CIP是一个提供工业设备端到端的面向对象的协议,且独立于物理层及数据链路层,这使得不同供应商提供的设备能够很好的交互。

另外,为了获得更好的时钟同步性能,2003年ODV A将 IEEE 15888引入Ethernet/IP,并制定了CIPsync标准以提高Ethernet/IP的时钟同步精度。

实时的工业以太网Ethernet Powerlink

实时的工业以太网Ethernet Powerlink

机械 ( 通信周期 24 s 抖动 < l ) 它的性能都 已在现 场 .m , ms, 中得到 了考验 。
系统来满足控制中最苛刻 的实时要求 , 同时克服以上介绍的
传统解决方案的局限性 。 E h r e P wei k主要技 术指标 :用标 准以太 网 t e n t o ln
IE 82 3 ( atEh r nt E E 0 .u F s t e— e)作为传输 媒介 }传输速率 10 / 0Mb  ̄使用标准H b u 和标准接线; 实时数据传输周期最
定义的大量设备元器件特征 , 实现 了 C ANo e p n ̄E L网络 P
过程所带来的延迟时间所影响, 传输时间特性受制于网络交
换器的配置而会有一些偏差 。 在高动态传动控制 中, 种偏 这 差是不允许的 且设置 网络交换器需工作人 员对网络技 术十 分 了解 , 此外 ,其成本也相对 高。 3 真正实时以太网—— Eh re Pwelk te t o rn n i 奥地 利 贝加 莱 ( B&R )公司 开发 的 EL r e he n t P w rn (P ) 准是 一种可满 足最苛刻实时要求(级 ) o el k E L 标 i 4 、 并 已投入实际应 用的工业 以太 网。 该公司 当初开发Eh re te t n
在工控领域 使用以太 网的一个重要 目的是 实现贯 穿管 理 层到现场层乃至传感器 、 执行器层的通信 。 各个层之 间没
有位置或系统所造成 的界线 ,通信使用 I P协议。E h re ten t P w rn o el k通过 两个机制来 实现这 个 目标 :实时和非 实时 i ( )信 息可同时传输 ;透明地在异步时间槽发送 和接 收 异步 I P协议信息 ( 图 5 。 如 )

以太网与工业以太网的介绍

以太网与工业以太网的介绍

以太网与工业以太网的介绍上海兆越通讯技术有限公司本文通过分析以太网的网络通信机制,指出了以太网进入工业通信网络中存在的问题和它的一些解决方法。

继而详细介绍了一个目前工业通信网络中应用比较广泛的工业以太网(SIMATIC NET)。

现场总线的出现,对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用,但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高,速度低和支持应用有限等缺陷,再加上总线通信协议的多样性,使得不同总线产品不能互相互连,互用和互操作等,因而现场总线工业网络的进一步发展受到了极大的限制。

随着以太网技术的发展,特别是高速以太网的出现使得以太网能够克服了自己本身的缺陷,进入工业领域成为工业以太网,因而使得人们可以用以太网设备去代替昂贵的工业网络设备。

1.以太网的主要缺陷在讲以太网的主要缺陷前,有必要先了解一下以太网的通信机制。

以太网是指遵循IEEE802.3标准,可以在光缆和双绞线上传输的网络。

它最早出现在1972,由XeroxPARC所创建。

当前以太网采用星型和总线型结构,传输速率为1 0Mb/s,100 Mb/s,1000 Mb/s或更高。

以太网产生延迟的主要原因是冲突,其原因是它利用了CSMA/CD技术。

在传统的共享网络中,由于以太网中所以的站点,采用相同的物理介质相连,这就意味着2台设备同时发出信号时,就会出现信号见的互相冲突。

为了解决这个问题,以太网规定,在一个站点访问介质前,必须先监听网络上有没有其他站点在同时使用该介质。

,如果有则必须等待,此时就发生了冲突。

为了减少冲突发生的几率,以太网常采用1-持续CSMA,非持续CSMA,P-持续CSMA的算法2。

由于以太网是以办公自动化为目标设计的,并不完全符合工业环境和标准的要求,将传统的以太网用于工业领域还存在着明显的缺陷。

但其成本比工业网络低,技术透明度高,特别是它遵循IEEE802.3协议为各现场总线厂商大开了方便之门,但是,要使以太网符合工艺上的要求,还必须克服以下缺陷:1.1 确定性由于以太网的MAC层协议是CSMA/CD,该协议使得在网络上存在冲突,特别是在网络负荷过大时,更加明显。

实时以太网POWERLINK技术基础

实时以太网POWERLINK技术基础

实时以太网POWERLINK技术基础摘要:开源实时通信技术Ethernet POWERLINK是一项在标准以太网介质上,用于解决工业控制及数据采集领域数据传输实时性的最新技术。

本文介绍它的基本原理、相关特性如冗余、直接交叉通信、拓扑结构、安全性设计,并定义其物理层与介质等内容。

关键词:实时性、直接交叉通信、冗余技术、安全技术、时隙管理、多路复用、主从结构、NMT、SDO,PDO1.工业实时以太网技术1.1为什么以太网得到发展?以太网实在上世纪70年代后期就已经被开发的网络通信技术,不像其它系统,从那时到现在以太网的开发从没间断,许多公司进行了大量的投资,以太网技术现在在全世界已经拥有巨大的共享知识积累并在全世界分布。

以太网是一个电缆基础的数据网络技术,它用于本地数据网络LAN,他能够使本地的所有设备数据可以互联,例如,计算机、打印机的数据采用相同的数据帧格式,只是最开始,传统意义的LAN 类型是受制于一个独立的建筑的,以太网技术现在已经可以互联远程单元的设备了。

以太网标准定义了一个电缆和连接器类型,比特信号在传输层的处理细节,以及特定包的格式和协议,参照OSI模型,以太网定义物理层和数据链路层,以太网或多或少包括IEEE802.3,自90年代以来,它逐渐成为了最为广泛使用的LAN技术,并取代其它LAN标准例如令牌环网、以及曾经的工业和工厂网络技术ARCNET,以及在特定应用环境应用的FDDI,以太网可以作为其它网络协议的基础协议如:AppleTalk,DECnet,IPX/SPX,或者TCP/IP。

1.2 CSMA/CD及它带来什么影响?CSMA/CD机制运行原理通俗的讲,以太网是依照共享介质机制来运行的,这意味着,在任意给定时间,所有的网络节点可以向其它节点发送和接收其它节点的信号,每个设备被赋予了一个独立的MAC地址(介质访问控制),它确保了所有网络节点的确定标识,为了防止两个节点同时发送数据而导致数据碰撞,以太网使用CSMA/CD机制(载波侦听访问/碰撞检测),即,每个节点侦听网络,如果它发现网络上没有信号正在传输它就可以发送,然而,某个节点仍然会导致不同节点的并发信号丢失,在这种情况下,碰撞检测阻止该节点的发送,在一个任意的间隔过后,节点尝试一个新的数据发送,数据传输没有数据丢失,但是,这会影响速度。

解决以太网协议实时性的几种方案

解决以太网协议实时性的几种方案

处理以太网协议实时性旳几种方案摘要以太网技术以其低成本、高速、高稳定性和高可靠性旳长处,正逐渐向工业现场控制领域发展,不过由于以太网技术在工业现场通信方面不能满足实时性旳规定,因此就诞生了许多实时以太网技术旳处理方案。

本文重要简介现今比较流行旳几种实时以太网协议,以及它们怎样在工业以太网旳基础上对协议进行改善,以满足工业现场对实时通信旳规定。

1 概述在工业控制系统中,现场总线技术旳发展使智能现场设备和自动化系统以全数字式、双向传播、多分支成果旳通信控制网络相连,使工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展。

不过由于各类现场总线原则之间旳不可兼容性无法实现统一,阻碍了现场总线技术旳发展。

另首先,以太网技术作为垄断办公自动化领域旳通信技术,以其通用性、低成本、高效率、高可靠性和高稳定性等诸多优势,得到了工控界越来越多旳关注和承认。

用以太网技术来实现从管理层到工业现场层旳一致性通信,人们习惯上将应用到工业领域旳以太网技术称为“工业以太网”。

工业数据通信网络与信息网络不同样,工业数据通信不仅要处理信号旳互通和设备旳互连,并且需要处理信息旳互通问题,即信息旳互相识别、互相理解和互可操作。

所谓信号旳互通,即两个需要互相通信旳设备所采用旳通信介质、信号类型、信号大小、信号旳输入/输出匹配等参数,以及数据链路层协议符协议一原则,不同样旳设备能连接在同一网络上实现互连。

假如仅仅实现设备互连,但没有统一旳高层协议(如应用层协议),那么不同样设备之间还是不能互相理解、识别彼此所传送旳信息含义,就不能实现信息互通,也就不也许实现开放系统之间旳互可操作。

互可操作性是指连接到同一网络上、不同样厂家旳设备之间,通过统一应用层协议进行通信与互用,性能类似旳设备可以实现互换。

这是工业数据通信网络区别于一般IT 网络旳重要特点。

对工业控制来说,尚有一种很重要旳区别就是实时性。

实时性旳一种重要标志就是时间确实定性,通信时数据传播时间不是随机旳,而是可事先确定旳。

基于POWERLINK工业实时以太网多接口路由器[实用新型专利]

基于POWERLINK工业实时以太网多接口路由器[实用新型专利]

专利名称:基于POWERLINK工业实时以太网多接口路由器专利类型:实用新型专利
发明人:蒋茨林,刘效东
申请号:CN201920301596.7
申请日:20190311
公开号:CN209659330U
公开日:
20191119
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型公开一种基于PWOERLINK工业实时以太网多接口路由器,包括主控制器;因主控制器包括Cortex‑M3处理器,外围电路;使用时,利用Cortex‑M3处理器将POWERLINK接口,RS485接口,CAN总线接口,ZigBee通信接口电路,RF433模块接口,WIFI通信接口连接在一起构成FPGA硬件平台,FPGA硬件平台中MSP430单片机主要负责ZigBee通信接口电路的通信,通过UART与主控制器进行数据交互。

POWERLINK接口采用基于FPGA的通信通道,其与主控制器之间通过SPI实现数据交互,再利用主控制器完成各个接口方式的通信以及协议之间的转换,消除现场总线多标准并存和不同网络通信接口之间协议差异,扩展数据采集范围不同的技术问题,实现多种网络之间互通的方便综合管理工业现场所有设备的功能。

申请人:深圳市鑫金浪电子有限公司
地址:518000 广东省深圳市宝安区石岩街道塘头社区厂房A栋四楼至五层
国籍:CN
代理机构:深圳市中联专利代理有限公司
代理人:李俊
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十一种工业实时以太网系统结构概论

十一种工业实时以太网系统结构概论

种主要类型的现场总线、工业以太网和实时以太网,具体类
型详见表 1。 表1 IEC61158 Ed.4 现场总线类型
表 1 中的 Type1 是原 IEC61158 第一版技术规范的内容, 由于该总线主要依据 FF 现场总线和部分吸收 WorldFIP 现场 总线技术制定的,所以经常被理解为FF现场总线。Type2 CIP (Common Industry Protocol)包括 DeviceNet、Controlnet现场 总线和Ethernet/IP实时以太网。Type6 SwiftNet现场总线由 于市场推广应用很不理想,在第四版标准中被撤消。Type14 是我国的EPA(Ethernet for Plant Automation)实时以太网。 2005 年 12 月 EPA 正式进入 IEC61158 第四版标准,成为 IEC
的网段是第一网段(一组从站),同时该网段可通过总线耦 合器扩展更多网段。在此基础上,开发了 INTERBUS TCP/ IP 实时以太网,在 INTERBUS 通信协议中,予定义的 6/2 行 规中规定:通过 AR-Send-Data-Acknowledge 可以透明访问 INTERBUS 设备,它适合于带有其他协议栈如 TCP/IP 和基 于 TCP/IP 应用程序的设备,该协议栈使用 AR-Send-Data- Acknowledge 而不影响行规定义。
图3 P-NET on IP实时以太网系统结构
4.4 INTERBUS TCP/IP 实时以太网
INTERBUS 现场总线早在 1984 年就由德国 Phoenix Con- tact公司研发,并得到Interbus club国际组织的支持。INTER- BUS 在全球有 1000 多家总线设备生产商,提供多达 2500 种 产品,到目前为止,在世界各地的节点安装量突破1100万个。

六种工业以太网比较

六种工业以太网比较

六种工业以太网比较集团标准化办公室:[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]六种工业以太网比较摘要:当前,工业以太网技术是控制领域中的研究热点。

所谓工业以太网,一般来讲是指技术上与商用以太网(即标准)兼容,但在产品设计时,在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。

随着互联网技术的发展与普及推广,Ethernet技术也得到了迅速的发展,Ethernet传输速率的提高和Ethernet 交换技术的发展,给解决Ethernet通信的非确定性问题带来了希望,并使Ethernet全面应用于工业控制领域成为可能。

目前,几种典型的工业以太网有HSE、PROFInet、Modbus/TCP、EtherNet/IP、Powerlink、EPA六种。

本文通过对这六种工业以太网比较,以便更好的应用于系统集成。

关键词:工业以太网、HSE、PROFInet、Modbus、EtherNet、Powerlink、EPA与传统控制网络相比,工业以太网具有应用广泛、为所有的编程语言所持、软硬件资源丰富、易于与Internet连接、可实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接等诸多优点。

由于这些优点,特别是与信息传输技术的无缝集成以及传统技术无法比拟的传输宽带,以太网得到了工业界的认可。

1.HSE(高速以太网)HSE(High Speed Ethernet Fieldbus)由现场总线基金会组织(FF)制定,是对FF-H1的高速网段的解决方案,它与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构。

FF HSE的1-4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义,HSE和H1使用同样的用户层,现场总线信息规范(FMS)在H1中定义了服务接口,现场设备访问代理(FDA)为HSE提供接口。

用户层规定功能模块、设备描述(DD)、功能文件(CF)以及系统管理(SM)。

ETHERNET Powerlink的应用 一种开放型的工业以太网

ETHERNET Powerlink的应用 一种开放型的工业以太网

现场验证 的, 基于高速以太 网的开放、 实时通信协 议 , 能 用于时 间要求十分严苛的高速运动控制系统 中。这 是一个完整的从管理层一直 到现场 I O层的 ,确定性 / 传送 实时数据的透 明解决 方案 ,并 已成 为工业标准 , 其可预测 的通信过程有非常短的循环时 间 ( 0 p ) <2 0 s 和高的实时精度 ( 抖动 或不稳定度小于 ls 。 p) E HE T RNE o r n T P wel k协议以标准高速 以太网 i 为基础 ,建立了一种特殊 的时序机制 ( 时间槽通信管
理机制 ) 因此保证 了数据传输 的确定性 。 , 这种协 议的 实时性 已被几万个成功 的应用实例所证实。 它的出现 ,
是在 C ANo e p n总线 基础上 定义的通信模式 、网络管 理原则和设备描述方法 ,所以它提 供的不仅是一种高 速的通信网络 ,还具备 了开放的 、分布式 自动化 网络 所有应具 备的特 点,同时又以标 准化的形式定义了下 来 。所 以应用这种标准 ,就 能很容易地把 不同厂 家生 产的产品集成 到一个 系统 中。 2 0 年 l 月在德 国纽伦堡 市举行 的 S S I C 05 1 P /P / D IE R V S博览会上 ,E HE T RNE o r n T P wel k标准化 i
E H R E o rn 标准 的安全性 T EN T P welk i 适用于传统现场 总线的安全协 议是无法应用到实 时 工业 以太 网中的 ,因为它们原 有的极小 的差 错率 ,

供应渠道都将有重大的意义。由于 国际互联 网的飞速 发 展 ,基于以太 网的技 术及通信协 议作为一种标 准 , 已被 I T界 广泛 接受 ,这也 引起 了 自动化 网络界 的重 视 ,从 自动化系统的传感器现场 层到企业管理层 ,人 们都在研究如何在网络通信中采用这一技术 。现 在大

powerlink协议

powerlink协议

powerlink协议Powerlink协议是一种用于建立和管理网络设备之间连接的协议。

它可以帮助设备之间进行快速、可靠的通信,同时也能够提供一些额外的功能,比如网络管理和安全性控制。

在本文中,我们将深入探讨Powerlink协议的原理、特点和应用,希望能够帮助大家更好地理解和应用这一协议。

首先,让我们来了解一下Powerlink协议的原理。

Powerlink协议是基于以太网技术的一种实时通信协议,它使用了Ethernet通信的物理层和数据链路层,同时还引入了一些实时通信的机制,比如时间同步和数据帧的优先级控制。

这些机制可以确保网络设备之间的通信具有高实时性和可靠性,非常适合工业控制和自动化领域的应用。

其次,Powerlink协议具有一些特点,使其在实时通信领域具有一定的优势。

首先,Powerlink协议支持分布式时钟同步,可以确保网络中的所有设备都能够按照同一个时间基准进行通信,从而实现高精度的同步控制。

其次,Powerlink协议还支持网络中断恢复和自动拓扑重构,可以在网络中出现故障时自动进行恢复和重建,提高了网络的可靠性和稳定性。

此外,Powerlink协议还支持实时数据传输和优先级控制,可以确保重要数据的及时传输和处理,满足实时控制的需求。

最后,让我们来看一下Powerlink协议的应用领域。

由于其高实时性和可靠性,Powerlink协议在工业控制和自动化领域得到了广泛的应用。

比如,在机器人控制系统中,Powerlink协议可以确保各个关键部件之间的及时通信和协调,提高了机器人系统的精度和稳定性。

在工厂自动化系统中,Powerlink协议可以实现各个设备之间的高效协作,提高了生产效率和质量。

此外,Powerlink协议还可以应用于航空航天、医疗设备等领域,为这些领域的实时控制需求提供了可靠的解决方案。

综上所述,Powerlink协议是一种基于以太网的实时通信协议,具有高实时性和可靠性,适用于工业控制和自动化领域的应用。

[A8]Powerlink基本原理介绍

[A8]Powerlink基本原理介绍

[A8]Powerlink基本原理介绍[A8]POWERLINK 1、以太网介绍1.1 背景现场总线由来已久,几种出现较早、应用较多的现场总线,如CAN、deviceNet、modBus、RS485 等,这些总线速度慢、每次传输的数据包小。

随着工业自动化由低速向高速、由低精度向高精度、由集中式控制向分布式控制的发展,对现场总线的传输速度和数据量都提出了新的要求。

在这种背景下,诞生了基于以太网技术来实现现场总线,如 POWERLINK、 EtherNet/IP、ModBusTCP、ProfinetRT、EtherCat、MECHATROLINK 等。

1.2 实时以太网比较下表对主要的实时以太网技术的关键参数进行了比较。

Ethernet 比较项抖动循环周期传输距离直接交叉通信介质历史是否需特殊硬件是否需要 RTOS 开放性原始技术硬件实现软件实现始创公司推广组织节点安装数拓扑结构同步方式网络编程网络关注动态配置 POWERLINK<<1uS 100uS(Max) 100m Yes 双绞线/M12/光纤 2001.11 无特殊硬件需求 No 开源技术双绞线 IRT 尚未发布 Yes/ASIC Yes 需授权ProfiNet IRT1uS 1ms 100mSERCOSIII<1uS 25us 40m Yes 光纤 2007 FPGA Or ASIC Yes 需授权EtherCAT<<1uS 100uS 100mEthernet/IP CIP<1uS 100uS 100m双绞线/M12 2007 Yes:从站 ASIC Yes 需授权 CANopen光纤 CIP Sync 尚未发布 ASIC No 需授权 DeviceNet ControlNet 简单复杂 Rockwell AB ODVA Unvaliable 任意拓扑 IEEE1588 时钟同步简单CANopen 简单简单B&R EPSG 大于600,000 任意拓扑IEEE1588 时钟同步简单ProfiBus 复杂简单 SIEMENS PNO Unvaliable 受限 IEEE1588 时钟同步复杂现场总线SERCOS 复杂复杂 Rexroth IGS 未知受限(环形)SERCOS 简单复杂 Beckhoff ETG 未知受限(环形)分布时钟复杂复杂 I/OI/O,运动控制,Safety 可以运动控制可以运动控制否运动控制,Safety 否I/O,运动控制,Safety 可以1.3 POWERLINK 简介通过以上表格,可以看出几种计较而言,以POWERLINK 为方案的以太网具有诸多优势和便利。

(完整版)Powerlink实时以太网介绍

(完整版)Powerlink实时以太网介绍

CN1
CN2
同步阶段
Preq CNx
Pres CNx
SOA
SOC 主站
异步数据
从站
异步阶段
2020/2/20
6/30
上海新时达电气股份有公司
1.2 Powerlink协议栈
协议栈模型
2020/2/20
7/30
上海新时达电气股份有公司
1.3 Powerlink特点
FPGA(NIOS)开源,OpenPowerlink协议栈开 源
3.3 引申--跨平台的程序
跨平台的程序或开源代码或例子程序移植
CPU位数、特色(除法器、浮点单元)、 ARM/X86
大小端 内存对齐 编译器
附加选项定义 库定义如memcpy等
2020/2/20
21/30
上海新时达电气股份有公司
4. B&R交流合作
4.1 控制器结构、思想
控制库:IO->Driver->Motion->Robot 双系统实时任务(Windows NT+ VxWorks+AS
0xEC002F00L;ARM ITM; 注意多中断干扰、 FSMC时序、堆栈大小、执行时间 注意内存对齐等和编译器相关的选项(跨平台器件编
程) 如果有标准,就参照标准来,如IEC 61800/402 增加主动性,不要等别人,如B&R和机器人部 …
2020/2/20
20/30
上海新时达电气股份有公司
方案
支持PLC\APC
User Task STEP Task
AS Lib
Additional Cia 420 Task
+ Cia 402 State Machine Cia 402 Variable Mapping Cia 402 Initialization

真正的实时工业以太网技术Ethernet POWERLINK

真正的实时工业以太网技术Ethernet POWERLINK
P wE L K tnadzt n u ) O R I Sa d i i Gop 联 N r ao r
盟成立 2 0 年6 P G 03 月E S 协会成立并和 CA(A n A t ain开展合作 , i C N i uo t ) m o 同
年1 月由ES 介绍E e e P WEL K 1 PG t r t O RI h n N V 。 目前为止 有超过3 万个节点投 2到 O
() 2 真正的确定性通信 : () 2 由于任务越来越多 .越来越复 () a 达到IO A实时等级4 最高 AN 级( 等级 ) : () b 快速 1O b s M / 最小循环周期 O
20 : 0  ̄s
() b 支持 I协议 (C U P : P T P D …)
奥地利贝加莱 (& ) B R 公司以快速以
太网为基础 开发出了真正的实时工业
以太 网—— Ehre P WE L K te t O R I 。贝加 n N
莱 20 年 首 次 向 公 众 介 绍 E e e 01 trt h n
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图1 L 参考模型
世 界 仪 表 与自 动 化
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维普资讯
真正的实时工业以 太网技术E e eP WE L K t r tO RI h n N
() 6 支持多 C U P 解决方案 ,优化负 载, 使之大体平衡 。
SN C M给同步数据和异步数据分配 时槽 ,保证 了在同一时间只有一个设备
可以占用网络媒介 ,从而彻底杜绝了网
络冲突的发生。 C M由E L SN P 网络中的管
理 节点 M ( aai o e来 管理 ,其 N M ng g N d ) n

powerlink

powerlink

POWELINK的原理是一种基于普通以太网,却无须专业芯片,可以在各种平台(例如FPGA,ARM 等)上实现的。

高实时性的、开源的现场总线方案。

首先,POWELINK遵循IEC国际标准;通信描述IEC61784-2,服务和协议描述IEC61158-300、IEC61158-400、IEC61158-500、IEC61158-600设备描述ISO15745-1。

POWELINK是一个三层通信网络,它规定了物理层,数据链层,应用层。

物理层物理层:描述数据传输的机械特性例如插件形状和尺寸,电气特性如最大传输功率的说明,功能特性人某种电平表示何种意义,规程特性人各信号线的工作的先后顺序。

POWELINK的物理层遵循IEE802.3快速以太网标准,这意味着只要有以太网的地方就可以实现POWEKINK,而以以太网技术的进步就会带来POWELINK的技术进步,目前支持10M/100M/1000M的以太网,只要在驱动程序做小小的改动就可以支持10G的以太网,用户可以购买普通的以太控制芯片来实现它的物理层,这是POWELINK的实现低成本的一个原因数据链路层这一层是POWELINK的核心,主要功能有构建数据帧、对数据帧定界、网络同步、数据帧收发顺序控制、实时通信的传输控制等。

POWELINK有两种通信机制:请求-应答模式、定时主动上报模式(PRC)请求-应答模式PRC模式POWERLINK通信一共5种数据帧:SoC、Preq、Pres、SoA、AsyncData。

一个完整的时钟周期包含同步和异步阶段,SoC到SoA是同步阶段,SoA到AsyncData 是异步阶段。

SoC是同步信号,每个循环周期的开始主站都会广播一个SoC信号,实现时钟同步和动作同步。

SoA是异步信号,包含请求哪个从站上报数据,AsyncData包含从站上报的数据,但每个周期只能有一个从站上报异步数据。

POWERLINK的多路复用机制解决快速和慢速设备。

贝加莱相关认识

贝加莱相关认识

(1)与西北大学,西南交通大学建立了联合实验室,有长期合作的关系。

进行了PID模糊控制模型设计,PID控制算法,温度控制相关的研究,出版了相关的书籍文献等。

(2)贝加莱所用的开发的软件是Atomation studio,其与TwinCAT 类似,具有一个工具多个任务的特点(控制,传动,显示,通讯),最大的不同点是现在B&R系统支持Matlab/SIMULINK 仿真模型的导入,它将仿真模型导入到Automation Studio这个开发工具中,使仿真系统可以在B&R控制器上进行硬件的仿真及系统功能的测试。

(3)贝加莱控制系统是基于PCC(可编程计算机控制器),分时多任务操作系统,与软PLC相似。

(4)贝加莱采用的实时工业以太网Ethernet Powerlink ,,目前最快的循环时间200微妙。

这个小于倍福的100微妙。

两者的比较(学位论文:基于贝加莱PCC的工业以太网硅钢片横剪机控制系统设计和实现):1)EtherCAT (Ethernet Control Automation Technology)EtherCAT 由BeckHoff 公司于2003 年推出,并成立ETG 标准组织,推行网络的标准化。

迄今为止,已经有了大量的实践应用。

优点:1. 通讯协议非常有效;2. 可以实现理论上的传输时间;3. 可以兼容标准以太网卡;4. 在工业PC 机内减少插卡,节约空间;缺点:1. 控制理念是集中控制;2. 需要Bechhoff 专有的ASIC 芯片支持;3. 有2 个物理层:E-bus 和标准以太网;4. 不能直接连接到非EtherCAT 的网络;5. 没有开放的标准支持通讯和设备模型;6. 目前为止,只有Beckhoff 可以提供硬件;7. 没有标准的测试;2)Ethernet Powerlink优点:1. 完全兼容标准快速以太网;2. 不需要特殊的ASIC 支持,Ethernet Powerlink 只是软件,只要刷新软件系统就可以运行Ethernet Powerlink;3. 网络拓扑结构灵活,支持任意类型及其组合;4. 网络开放,可以和多种类型的网络实现互联,包括:ProfiBus,DeviceNet,Ethernet/IP,CANopen 等;5. 配置简单,一个工具Automation Studio 就可以实现完整的连接;缺点:1. 没有良好的市场认知度(5) studio 采用的编程语言除了传统的符合IEC61131-3标准的编程语言外,还有AB(Automation Basic)和高级语言ANSIC C。

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叶莘
贝加莱工业自动化(上海)有限公司北京办事处经理、工学硕士实时的工业以太网Ethernet Powerlink
近十年来,随着互联网技术飞速发展,以太网成为商业通信中的主导网络技术。

以太网的通信速率要比目前任何工业现场总线高很多,因它是IT界标准网络技术,成千上万的公司参与开发生产有关产品,使其成本低廉。

因此,人们期望以太网也能应用到工控领域中,逐渐取代现有工控行业中繁多的总线系统,用以太网来实现从管理层到工业现场层的贯穿一致性通信。

工控领域和IT界对网络系统有着截然不同的需求,要想有效地应用以太网,必须使其符合工业环境的特殊需求。

本文以实时工业以太网标准 Ethernet Powerlink为例,介绍工业以太网的实现方案和现场实际应用情况。

1 标准以太网的实时局限性
目前,标准以太网可达到100Mb/s甚至1000Mb/s的传输速度,远快于任何现场总线系统。

但对于工业控制来说,比传输速率更重要的是实时性。

实时性的一个重要标志是时间的确定性,通信时数据传输时间不是随机的,而是可事先准确预测的。

以太网虽有很高传输速率却不能保证实现控制设备间的实时通信。

标准以太网IEEE802.3的通信机制使数据传输时间可被任意推迟,也就谈不上实时性。

而在工控领域中,特别是在对高动态过程的控制中,实时性却必不可少。

1.1 工业控制对实时性的要求
1) 实时性
在工业控制系统中,实时可定义为系统对某事件响应时间的可预测性。

一个事件发生后,系统须在一个可准确预见的时间范围内作出反应。

至于反应时间须有多快,由被控制过程决定。

化工热化过程控制有秒级别的反应时间就足够,而在高动态传动控制中系统反应时间必须达到微秒级。

2) 抖动(Jitter)
所谓抖动,是指同样过程每次完成或响应时间上的偏差,也就是时间精确度。

抖动大小对一些过程控制如运动控制和一些高精确度闭环控制非常关键。

以无轴印刷机为例:设印刷速度为25m/s,也就是说每40mm/µs 。

轴间通信如大于40µs抖动,就会有1mm以上的偏差,印刷质量肯定不能满足要求,如图1。

图1 抖动对控制的影响示意图
3) 通信周期时间
控制系统中的程序以周期性循环的方式运行,一个周期内所有输入被刷新,完成计算任务后再被写入输出中,周期时间长短由控制对象决定。

高动态传动控制周期往往要达到毫秒级。

系统联网后,网络数据交换速度应和系统运算周期时间相对应。

在位置控制、电子齿轮、多轴联动的高精确度运动控制中,刷新时间越短越好。

时间越短控制精确度越高,能完成的动态性能也更高。

多轴联动中,伺服系统如以400µs的周期进行位置控制,各轴间的信息交换当然也是以400µs周期为最佳,以达到轴间最精确的同步。

1.2 实时级别划分
按照不同过程对实时性要求的不同,可把实时性能划分为四个级别(如图2)。

其中实时级别四是工控中对实时性能要求最苛刻的,主要是机械传动和运动控制中对实时性的要求。

针对这些实时要求对象可选用不同现场总线系统,如果工业以太网要成为全工控领域标准,就须覆盖所有这些对实时性能和通信周期的需求,也就是须满足最苛刻的实时要求。

图2 4种不同实时级别划分
2 解决以太网实时局限性的传统方法
目前,有几种解决以太网数据传输时间不确定问题的方案,其共同点是:都不改变现有以太网通信机制,协议也是直接使用TCP/IP,有很多局限性。

代表性方式有:1) 低冲突概率
如网络中没有太多数据,冲突概率会降低,它随数据通信的增加而呈指数级增长。

当网络负载低于或等于10%时,可假设冲突可避免。

这种方法局限性:不能充分利用网络带宽,浪费带宽;且不能百分之百保证冲突不会发生。

2) 在冲突域利用网络交换器分段
如图3,利用网络交换器分段是一种完全不同的方案,能完全避免冲突发生。

其原理是把可能发生冲突的网域用网络交换器隔开。

它有些类似于一组点对点连接。

图3 在冲突域利用网络交换器分段
系列专题——EPSG专栏(二)
后插3
这种方式局限性:数据通信被网络交换器的分配和缓冲过程所带来的延迟时间所影响,传输时间特性受制于网络交换器的配置而会有一些偏差。

在高动态传动控制中,这种偏差是不允许的;且设置网络交换器需工作人员对网络技术十分了解;此外,其成本也相对高。

3 真正实时以太网——Ethernet Powerlink
奥地利贝加莱(B&R)公司开发的 EthernetPowerlink(EPL)标准是一种可满足最苛刻实时要求(4级)、并已投入实际应用的工业以太网。

该公司当初开发EthernetPowerlink的思路是在标准以太网基础上建立一个现场总线系统来满足控制中最苛刻的实时要求,同时克服以上介绍的传统解决方案的局限性。

Ethernet Powelink主要技术指标:用标准以太网IEEE802.3u(Fast Ether-net)作为传输媒介;传输速率100Mb/s;使用标准Hub和标准接线;实时数据传输周期最小达200µs;抖动小于1µs;可同时传输实时和非实时数据;可同时传输IP协议;使用以太网标准硬件设备。

3.1 工作原理——时间槽通信管理机制
为避免冲突、尽量利用带宽,EPL在时间上重新组织了网络中站间信息交换机制,在CSMA基础上引入时间槽管理机制。

网络其中一个站点充当管理站管理网络通信,对其他所有站点给定同步节拍,分别分配各站发布权限,各站只能在得到发布权限后才可发布信息。

一个EPL通信周期可分成4个阶段(如图4)。

(1) 开始阶段:管理员发布“通信周期开始(SoC)”信号,信号以广播方式发给所有站点。

此信号发出后,各站点就此同步。

(2) 同步阶段:这阶段中所有站点进行同步信息交换,管理站按照一个事先定义的顺序给某站发一个PRq帧,要求此站发布信息。

此站得到发布许可后,以广播形式发出一帧PRs回应信息,所有站点都可收到这帧信息,也包括那些应该得到这帧信息的站点。

站点间直接横向通信方式和CAN总线很相似。

(3) 异步阶段:这个阶段是给无实时要求的信息留下的,管理站发给某站一个“邀请”帧,此站便可发布非同步信息,比如一帧IP信息。

(4) 闲置阶段:到下一个周期前的等待时间。

图4 EPL通信周期
3.2 拓扑结构
通过使用Hub可实现任意网络拓扑结构,因为同时间内网络中只有一站可发送信息,不会发生冲突,所以Hub使用数量不受限制。

系统可使用双端口Hub,实现单线形串连式的拓扑结构。

EPL网络不建议使用网络交换器,因为它会导致更高系统延迟和抖动。

外界标准以太网(如局域网)可直接通过一个网关用IP协议访问EPL网络。

Ethernet Powerlink V2的应用层接口是以CANOpen(CAN in Auto-mation组织定义)中DS301通信规范定义的机制为基础的。

这样,EPL可直接使用已在CANopen中定义的大量设备元器件特征,实现了CANopen和EPL网络通信的一贯性,也简化了从CANopen到Ether-netPowerlink的软件层过渡。

3.3 Ethernet Powerlink和TCP/IP的兼容性
在工控领域使用以太网的一个重要目的是实现贯穿管理层到现场层乃至传感器、执行器层的通信。

各个层之间没有位置或系统所造成的界线,通信使用IP协议。

EthernetPowerlink通过两个机制来实现这个目标:实时和非实时(异步)信息可同时传输;透明地在异步时间槽发送和接收IP协议信息(如图5)。

图5 Ethernet Powerlink和TCP/IP完全兼容
Ethernet Powerlink接口函数API和标准以太网驱动函数完全兼容。

在应用层上,基于IP的协议或软件都可不加改动就直接使用。

在通信实时性不重要时,如程序下载、系统编程诊断或参数配置过程中,用Ethernet Powerlink的开放模式可使所有站点作为普通以太网站点的模式来使用(非实时模式)。

在这个模式下EPL站点对普通以太网来说完全透明。

3.4 Ethernet Powerlink的实际应用与标准化进程
Ethernet Powerlink投入实际应用3年以来,用户反应良好,在世界范围内已有两万个以上的节点投入使用,并以极高速度扩大市场占有率。

它证明以太网可满足控制系统对实时性最苛刻的要求。

从三轴同步的全电子注塑机(通信周期400µs,抖动<1µs),到25轴无轴印刷机(通信周期800µs,抖动<1µs),乃至50轴加50个IO站点的大型包装机械(通信周期2.4ms,抖动<1ms),它的性能都已在现场中得到了考验。

当然,一个新的通信标准是否能被广大用户接受,除技术优势外,这个标准的普及程度是最关键的因素。

为加快EPL标准的普及,贝加莱开发EPL标准后随即公开了这个技术。

此后欧洲一些公司共同发起,成立了EthernetPowerlink标准化协会EPSG。

至今全世界已有70多家知名工控企业,其中包括终端用户参加了EPSG协会,大家共同参与Ethernet Powerlink标准的推广。

德国TEMA技术市场开发股份公司北京代表处供稿
□Series Features——EPSG (2)
后插4。

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