施耐德電氣（中國）投資有限公司工業事業部自動化市場部總經理 徐偉先生

　　施耐德電氣一直致力提升工業以太網在可靠性、確定性和實時性等諸多方麵的性能，在PlantStruxure協同自動化控製係統中，從控製層到設備層的通訊都全麵基於“透明就緒”工業以太網解決方案平台。在這一平台之上，施耐德電氣將在IEC61158中定義的兩種實時工業以太網EtherNet/IP和Modbus TCP技術進行了無縫融合。從以太網的實時性角度來說，為了能夠避免PLC程序執行周期對於數據采集實時性的影響
，Unity 平台控製器中集成了兩塊控製器芯片，分別執行程序處理和以太網通訊。通過Unity Pro軟件可以將I/O掃描的最小周期配置為5ms，從而實現與遠程I/O係統的實時通訊。同時Modbus-RTPS（實時發布與訂閱）服務可以在確定的時間點，完成將實時數據在由D類IP地址定義的一組以太網設備之間的數據發布和訂閱。

　　由於工業以太網在實時應用領域仍處在發展階段
，所以在如下應用中
，實時性表現還亟待提升：傳動應用
，如冶金軋線、造紙
，其對於多輥係統的線速度實時調節有很高要求；高速機械，如機床
、汽車高速升降設備
，主要靠高速傳感器的輸入執行邏輯控製和高速輸出；給料係統
，需要通過來自稱重係統的高速輸入控製給料閥確保給料量精確。

　　從技術和應用角度出發，如下問題製約著工業以太網實時性的進一步發展：

　　1.衝突監測機製。IEEE802.3在MAC層定義的CSAM/CD (載波監聽多路訪問/衝突檢測) jizhiyouyuyinrulechongtujizhi

，suiransuizheyitaiwangquanshuanggongjizhideyinruyijitongxundaikuandebuduantisheng，chongtufashengdejilvyijingdadajiangdi，danshibenzhishanghaishiweigongyeyitaiwangdeshishixingmaixialeyidingyinhuan。ruguoyaojinyibutishengshishixingdebiaoxian

，CSMA/CD的退避算法需要進行升級。也就是說一旦監測到衝突，退避的間隔時間需要進一步減少
，從而提高實時性。

　　2.交換機性能的提升。在整個數據采集-處理-輸出的工程中，網絡節點設備也是造成延時的主要因素。雖然隨著交換機性能的不斷提升
，發生在交換設備上的延時往往被控製在10μs之內，但是當網絡負荷較大時仍然對網絡的實時性產生嚴重的影響。所以如QoS和HOL Blocking Prevention等服務需要集成到交換機設備之中。

　　3. 網wang絡luo體ti係xi與yu通tong訊xun設she備bei處chu理li的de性xing能neng。數shu據ju在zai網wang絡luo上shang傳chuan輸shu的de延yan時shi也ye會hui對dui實shi時shi性xing有you著zhe很hen大da的de影ying響xiang。由you於yu在zai規gui劃hua工gong業ye以yi太tai網wang在zai設she備bei層ceng網wang絡luo負fu荷he時shi
，一yi般ban不bu超chao過guo總zong帶dai寬kuan的de30%
，所以進一步提升網絡的帶寬十分必要。同時，作為可以提供更高EMC表(biao)現(xian)
，更(geng)快(kuai)傳(chuan)輸(shu)速(su)度(du)的(de)光(guang)纖(xian)方(fang)案(an)也(ye)會(hui)有(you)助(zhu)於(yu)實(shi)時(shi)性(xing)的(de)提(ti)升(sheng)。隨(sui)著(zhe)芯(xin)片(pian)技(ji)術(shu)的(de)提(ti)升(sheng)

，通(tong)訊(xun)節(jie)點(dian)對(dui)於(yu)數(shu)據(ju)包(bao)的(de)處(chu)理(li)能(neng)力(li)和(he)速(su)度(du)也(ye)會(hui)不(bu)斷(duan)提(ti)升(sheng)，進(jin)而(er)提(ti)升(sheng)以(yi)太(tai)網(wang)的(de)實(shi)時(shi)性(xing)。

　　PLC等控製係統的功能發展也對工業以太網技術的實時性有一定的影響。對於90%的工業應用
，其PLC掃描周期在10ms~10s之間
，但是在精益製造和低碳節能理念不斷發展的大趨勢下
，PLC係統功能的發展，尤其是PLC處理能力的提升將是PLC發展的大勢所趨。當傳統工業對於PLC掃描周期的要求愈加苛刻時，對I/O數shu據ju采cai集ji和he與yu其qi他ta設she備bei的de通tong訊xun實shi時shi性xing要yao求qiu也ye勢shi必bi需xu要yao隨sui之zhi提ti升sheng，因yin此ci工gong業ye以yi太tai網wang技ji術shu的de實shi時shi性xing也ye必bi須xu順shun應ying這zhe一yi趨qu勢shi
，尤you其qi是shi在zai網wang絡luo延yan時shi控kong製zhi、通訊處理能力方麵進一步提升性能，才能完成在工業領域裏對高速總線，如CANopen和SERCOS的全麵取代。

　　施耐德電氣多種產品和技術都可幫助用戶擁有更優秀的工業以太網實時性：

　　1. ConneXium工業交換機提供了QoS (Quality of Service) 和HOL Blocking Prevention (預防頭包阻塞功能) 服務。QoS為所有網絡上傳輸的Packet設置了相應的優先級；“預防頭包阻塞功能”則可以在交換機同一個端口的緩存裏設置兩個具備不同優先級的隊列，從而保證了預設值為高優先級的通訊能具備更好的實時性。

　　2. Unity控製器平台的CPU模塊中集成了兩塊分別來自Intel和Phoenix的處理器芯片，使得與以太網通訊的相關操作不會影響程序處理能力，從而完成真正意義上的並行處理。

　　3. 在設備層的網絡裏使用了以太網菊花鏈拓撲結構，可以保證當設備接受到Packet時隻需確認整個包的目的地址是否是自己的IP地址，避免了複雜的路由表查找工作而縮短了延時。

　　工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)作(zuo)為(wei)施(shi)耐(nai)德(de)電(dian)氣(qi)協(xie)同(tong)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)
，將(jiang)不(bu)斷(duan)得(de)到(dao)施(shi)耐(nai)德(de)大(da)力(li)的(de)研(yan)發(fa)投(tou)入(ru)，以(yi)保(bao)證(zheng)客(ke)戶(hu)的(de)長(chang)遠(yuan)利(li)益(yi)
，保(bao)持(chi)我(wo)們(men)在(zai)此(ci)領(ling)域(yu)的(de)全(quan)球(qiu)領(ling)先(xian)地(di)位(wei)。