1、主流實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的比擬一、各個(gè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)概要summayofdifferentRT-Ethernettehcnologies當(dāng)前,工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)蓬勃開展,正在取代傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(Profibus,CANInterbus,Fieldbus,DeviceNet,Modbus),市場(chǎng)上出現(xiàn)了眾多實(shí)時(shí)通信技術(shù),本文對(duì)其進(jìn)行了比擬,這些實(shí)時(shí)以太網(wǎng)均建立在uS級(jí)的循環(huán)周期上,而不列入ModBusTCP/IP、EthernetTCP/IP這些mS!的通信技術(shù),并且也不將非主流的以太網(wǎng)技術(shù)列入,純粹在實(shí)時(shí)以太網(wǎng)這個(gè)領(lǐng)域里進(jìn)行比擬(這里的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)遵循INONAW提出的實(shí)時(shí)分類級(jí)別).需要申明的是

2、,本文僅提供一個(gè)全景式的概覽,而非傾向性的描述,旨在客觀公正的對(duì)各種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析,以作為互相交流,不作為選擇網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的參考依據(jù).1.1 ProfiNetIRTProfiNet提供了三個(gè)不同的版本,根據(jù)其實(shí)現(xiàn)和對(duì)應(yīng)用的實(shí)時(shí)性支持水平為ProfiNet/Cba,ProfiNetRT,ProfiNetIRT,其中ProfiNet/Cba是建立在SoftIP根底上,采用交換機(jī)連接方式,由于交換機(jī)所帶來(lái)的時(shí)間延遲,因此,無(wú)法支持較快的同步速度,ProfiNet并不具備很高的實(shí)時(shí)性,而RT也無(wú)法滿足高速運(yùn)動(dòng)限制的需求,而ProfiNetIRT那么是設(shè)計(jì)為更快速的運(yùn)動(dòng)限制應(yīng)用,因此,采用了專用的芯片來(lái)

3、實(shí)現(xiàn),這使得其速度得到了大幅度的提升,可以到達(dá)100個(gè)伺服100uS的數(shù)據(jù)刷新水平,系統(tǒng)抖動(dòng)為1uSoupenOpsnRTEchannelRTEchannel(IP)channel|I|I|I*周期1*周期2周期n例如1ma定位限制周期目前Profinet已經(jīng)開始大量使用,而ProfiNetIRT尚未正式得到大量使用1.2 EthernetPOWERLINK采用輪詢方式,由主站MN和CN構(gòu)成,系統(tǒng)由SoC開始啟動(dòng)等時(shí)同步傳輸,由主站為每個(gè)CN分配固定時(shí)間槽,通過這一機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換,同時(shí)也通過多路復(fù)用和節(jié)點(diǎn)序列方式來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的效率,支持標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet報(bào)文,應(yīng)用層采用CANopen

4、,EthernetPOWERLINK無(wú)需專用的芯片,并且可運(yùn)行在多種OS上.帛HrtQF6"修SgA-StartoffefncPRq-PerilRequeslPRs-PollResponseMlN-MHnHgingNodeCNI-CaiwcriledNodeIsochrDnousPhaseMNAsynchronousPhasePowerlink多路復(fù)用技術(shù)EthernetPowerlink標(biāo)準(zhǔn)化組織EPSGft2007年宣布放棄對(duì)Powerlink所有專利的擁有,從而使得Powerlink技術(shù)成為了目前實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)里第一個(gè)也是唯一一個(gè)"OpenSourceTechnolo

5、gy"這意味著參加Powerlink組織的成員均擁有此技術(shù).1.3SERCOSIII通過主從結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,在一個(gè)SERCOSIII的數(shù)嵌入式系統(tǒng)單片機(jī)FPGA:/ee.ofweek/據(jù)中,主站與從站之間的數(shù)據(jù)包傳輸M/S同步數(shù)據(jù)交換與CC直接交叉通信數(shù)據(jù)以及Safety數(shù)據(jù),由Sync同步治理機(jī)制來(lái)限制各種數(shù)據(jù)傳XppH3Pgn輸方式的進(jìn)行.-CLfitQmersolutionCpnimunlcattonlfwl."P總巾濫1皿pg德閭pittltM咨EtiiemM占MicammliVS£ROSIIIcommumcatlariccriitrdUC

6、9;P/KPDuplex餐口Cthern(IM1.4EtherCAT,采取一種所謂“數(shù)據(jù)列車的方式設(shè)計(jì),“邊傳輸邊處理的方式根據(jù)順序?qū)?shù)據(jù)包發(fā)送到各個(gè)從節(jié)點(diǎn),然后再回到主站,這樣的話,任務(wù)的處理將在下一個(gè)周期里完成,主節(jié)點(diǎn)通常采用PC,而從節(jié)點(diǎn)背板間采用LVDS-低壓差分驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸方式,可以到達(dá)非常高的數(shù)據(jù)交換,但是,這同時(shí)也意味著從站需要特殊的硬件,ASIC或FPGA,由于EtherCAT有ASIC,其并不主推FPGAT案.由于采用集束幀的方式,該數(shù)據(jù)傳輸方式只能采用環(huán)形冗余或星形冗余方式,在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上會(huì)受到一定的限制,另外,由于其傳輸是一個(gè)循環(huán)而處理是一個(gè)循環(huán),這就使得它通常需要兩個(gè)周期

7、才能完成一次交換,其效率較低,通常對(duì)于小數(shù)據(jù)量的系統(tǒng)比擬快速,而對(duì)大數(shù)據(jù)量節(jié)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)該網(wǎng)絡(luò)速度反倒較低.1.5Ethernet/IPCIP采用消費(fèi)者與生產(chǎn)者模式運(yùn)行整個(gè)過程.ApplicationPrwtntitJonSessionTriinsportNetworkUnkPhysic*1Ethernet/IPCIP基于原有的RockwellAB的Devi工業(yè)自動(dòng)化DCS高壓變頻器:gongkong.ofWeek/ceNet,ControlNet的限制和信息協(xié)議,采用了在OSI的會(huì)話層和表示層的修改,作為一種軟件形式的協(xié)議,它顯然具有較高的數(shù)據(jù)通過率,適應(yīng)于大塊的數(shù)據(jù)通信,因此,更適合作為網(wǎng)關(guān)

8、和交換設(shè)備的應(yīng)用,其實(shí)時(shí)性卻受到一定的限制,但是,它完全兼容標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng),因此,具有很好的到工廠與企業(yè)的IT層互聯(lián)的水平.、主要特點(diǎn)比擬下表對(duì)主要的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了比擬,羅列如下:比擬項(xiàng)抖動(dòng)循環(huán)周期傳輸距離直接交叉通信介質(zhì)歷史是否需特殊硬件是否需要RTOS開放性原始技術(shù)EthernetPOWERLINKProfiNetIRTSERCOSIIIEtherCATEthernet/IPCIP<<1uS1uS<1uS<<1uS<1uS100uS(Max)1ms25us100uS100uS100m100m40m100m100mYesYes雙絞線/M12/光

9、纖雙絞線光纖雙絞線/M12光纖2001.11IRT尚未發(fā)布20072007CIPSync尚未發(fā)布無(wú)特殊硬件需求Yes/ASICFPGAOrASICYes:從站ASICASICNoYesYesYesNo開源技術(shù)需授權(quán)需授權(quán)需授權(quán)需授權(quán)CANopenProfiBusSERCOSCANopenDeviceNetSERCOSControlNet硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜始創(chuàng)公司B&RSIEMENSRexrothBeckhoffRockwellAB推廣組織EPSGPNOIGSETGODVA節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)大于600,000Unvaliable未知未知Unvaliable拓

10、撲結(jié)構(gòu)任意拓?fù)涫芟奘芟蕲h(huán)形受限環(huán)形任意拓?fù)渫椒绞絀EEE1588時(shí)鐘同步IEEE1588時(shí)鐘同步分布時(shí)鐘IEEE1588時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)編程簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)關(guān)注I/O,運(yùn)動(dòng)限制,Safety現(xiàn)場(chǎng)總線運(yùn)動(dòng)限制運(yùn)動(dòng)限制I/O運(yùn)動(dòng)限制,SafetyI/O,運(yùn)動(dòng)限制,Safety動(dòng)態(tài)配置可以可以否否可以三、各以太網(wǎng)技術(shù)開展歷史實(shí)時(shí)通信技術(shù)的歷史淵源將為我們展示各種技術(shù)的起源,每項(xiàng)技術(shù)都有其繼承性,因此,帶有其原有的烙印：3.1. 第一個(gè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)-EthernetPowerlink,在2001年11月,該技術(shù)即投入使用,由B&R開發(fā),作為OEMlk界領(lǐng)先的限制技術(shù)提供商,B&R將

11、其所具有的靈活架構(gòu)設(shè)計(jì)、開放性和持續(xù)的創(chuàng)新理念融入其中,因此,Powerlink技術(shù)便具有了其靈活拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功能強(qiáng)大而易用使用、具有未來(lái)的可持續(xù)開展水平.ETHERNETBII1POWERLINKopensourcetechnology3.2. .SERCOSIII起始于BoschRexroth的SERCOS,SERCOS1996年即推出的一種適用于CN5口機(jī)器人領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)總線,該公司傳統(tǒng)在CNC和Robotics等應(yīng)用上,因此,其設(shè)計(jì)基于CN用的設(shè)備描述文件,更為側(cè)重運(yùn)動(dòng)限制,在初始的SERCO設(shè)計(jì)里其拓?fù)鋬H支持環(huán)形網(wǎng)絡(luò),并且只用于傳輸伺服數(shù)據(jù),而不用于傳輸高速I/O數(shù)據(jù),這使得在其應(yīng)用中通

12、常采用兩個(gè)不同的總線來(lái)處理數(shù)據(jù)通信,用I/O總線如Profibus,Interbus做邏輯信號(hào)傳輸,而SERCOSU處理伺服間數(shù)據(jù),并且第一代的SERCO肝不支持雙絞線的連接,而采用了光纖傳輸,速度為12Mbps最大,為了克服SERCO越種現(xiàn)場(chǎng)總線的局限性,BoschRexroth開發(fā)了基于以太網(wǎng)技術(shù)的SERCOSIII,并在2007年發(fā)布.3.3. Profinet那么建立在Profibus根底上,由于其始創(chuàng)公司SIEMENS過程限制領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力,使得其廣泛應(yīng)用于DCS系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)儀表層、事件限制等流程工業(yè)領(lǐng)域,而2007年P(guān)rofinet被推出,但是,是一個(gè)基于軟實(shí)現(xiàn)方案,其刷新時(shí)間在5m

13、S-100m湃級(jí),因此其實(shí)時(shí)性并未到達(dá)INONAW定義的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)級(jí)別,而為了解決在運(yùn)動(dòng)限制領(lǐng)域的高實(shí)時(shí)性要求,SIEMEN曲戈I推出ProfinetIRT,而為了實(shí)現(xiàn)這一網(wǎng)絡(luò)的高實(shí)時(shí)性,那么采用了ASIC技術(shù)來(lái)修改MAC1,IRT尚未得到大量的使用.3.4. Ethernet/IP,RockwellAB作為傳統(tǒng)的自動(dòng)化廠商,并且在過程限制領(lǐng)域具有較強(qiáng)的影響力,其傳統(tǒng)的Devicenet是一個(gè)專業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)總線,在此根底上的Ethernet/IP并未強(qiáng)調(diào)極高的實(shí)時(shí)性-由于傳統(tǒng)的過程限制領(lǐng)域?qū)τ趯?shí)時(shí)性的要求并非像高速數(shù)據(jù)采樣、運(yùn)動(dòng)限制與CNC那么高,因此,其Ethernet/IP并不具備高實(shí)時(shí)性,只

14、在mS等級(jí)的循環(huán)周期,為了解決這個(gè)問題,RA在其系統(tǒng)中采用了SERCOSIII,EtherCAT接口,但是,未來(lái)其仍然聚焦在其自主開發(fā)的Ethernet/IPCIP技術(shù),而DeviceNet在使用方面較之Profibus編程和網(wǎng)絡(luò)配置較為復(fù)雜,這也使得其根底上的Ethernet/IPCIP面臨這樣的問題.3.5. EtherCAT,其始創(chuàng)公司Beckhoff是一個(gè)以PC技術(shù)為導(dǎo)向的公司,建立在Windows平臺(tái)上的技術(shù)具有良好的操作性設(shè)計(jì),但是Windows本身不具備高實(shí)時(shí)性,因此,在PC上添加一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)運(yùn)行實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò).四、節(jié)點(diǎn)安裝現(xiàn)狀與未來(lái)開展4.1.當(dāng)前安裝狀況：各以太網(wǎng)技術(shù)的開展歷

15、史說(shuō)明其技術(shù)的成熟度,Powerlink技術(shù)具有最大的市場(chǎng)應(yīng)用,來(lái)自IMS的數(shù)據(jù)顯示如下:ByProtocol2021202120212021CAGR202108132148jO311.9Etne1*(TCP；IPNadbiETOP246230PFOF二HFEt、電4IIlkEtbgQTHihSpeedEthernet2,2SERCOSmQ.4DCLinkIE06EPA0.1OthersB.3TotalNewNadesCaiiiriected417471.4%Growth13>%SourceM$ResearchMar-09在這份報(bào)告中,EthernetTCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)最

16、多,這些通常應(yīng)用于與上位的治理系統(tǒng)的連接,如PLCIPC與ERPMRPK統(tǒng)的連接,通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng),由于數(shù)據(jù)沒有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求,因此,普通的以太網(wǎng)即可使用,而Modbus根底上升級(jí)的ModbusTCP借助傳統(tǒng)的Modbus占據(jù)了較大的安裝量,但是,這些通常應(yīng)用于PC到PLC伺服的程序下載,與HMI的連接或者儀表層的接口,因此,其應(yīng)用也非是實(shí)時(shí)性較高的領(lǐng)域,而Ethernet/IP和ProfiNet都是應(yīng)用于流程工業(yè)領(lǐng)域的,其實(shí)時(shí)性并不是特別高,一般在5mS-100ms等級(jí),而真正的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)應(yīng)用那么是EthernetPOWERLINK,EtherCAT,SERCOSIII,CC-LinkIE,

17、由這一數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以看出,EthernetPOWERLINK具有最大的節(jié)點(diǎn)安裝數(shù),這與Powerlink技術(shù)推出較早有較大的關(guān)系,也與Powerlink產(chǎn)品在實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)采樣、運(yùn)動(dòng)限制應(yīng)用有關(guān).4.2 支持廠商目前EtherCAT由超過1000個(gè)支持廠商,而POWERLINK有超過800個(gè)支持廠商,在中國(guó)POWERLINK術(shù)由于其“OpenSourceTechnologyw的原因取得了廣泛認(rèn)可,而EtherCAT那么由于其先行的市場(chǎng)推廣而同樣具有眾多的開發(fā)廠商.SERCOSU在傳統(tǒng)的CNCW機(jī)器人領(lǐng)域有一定的市場(chǎng)擁護(hù)者,ProfiNet由于SIEMENS勺強(qiáng)大市場(chǎng)號(hào)召力,雖然其推廣目前受

18、到ProfiBus的使用而未進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)際推廣,但是,依賴于SIEMEN鄰身產(chǎn)品如S7-1200,S7-300系列帶有ProfiNet接口產(chǎn)品的應(yīng)用而會(huì)快速成長(zhǎng).4.3 未來(lái)分析：根據(jù)ARC對(duì)于未來(lái)實(shí)時(shí)通信的預(yù)測(cè),將劃分為兩大方向,一種是由先天的市場(chǎng)占有而引起的市場(chǎng)開展例如：ProfiNet,Ethernet/IP其主流支持廠商具有較強(qiáng)的市場(chǎng)地位,因此,這類總線將在廣泛市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo),而EthernetPowerlink、SERCOSIII、EtherCAT那么更為偏重于專業(yè)市場(chǎng)如智能電網(wǎng)、航空航天、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、醫(yī)療等領(lǐng)域各自發(fā)揮其專業(yè)性.、Powerlink的開源技術(shù)理念將帶給該項(xiàng)技術(shù)更多的

19、未來(lái)市場(chǎng)支持,尤其是在中國(guó),這一舉措將贏得更多的公司信任并參加Powerlink陣營(yíng).UPROFInet EtherNet/IP EPL EtherCATSERCOSIII-OthersProfiNet和Ethernet/IP將占據(jù)較大的份額,而來(lái)自中立機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)也顯示這幾種實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的未來(lái)市場(chǎng)預(yù)測(cè),由此可以看出,Powerlink、EtherCAT、SERCOSIII同樣占據(jù)一定的市場(chǎng)份額.五、性能與功能分析5.1 “短板理論-通信速度已經(jīng)不是系統(tǒng)瓶頸,根據(jù)短板理論,系統(tǒng)的速度取決于最短的一塊板,而非最長(zhǎng)的一塊板,舉例來(lái)說(shuō),一個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)自動(dòng)化組件構(gòu)成,PLC的CPU處理速度、I/O自身

20、的延遲、伺服系統(tǒng)的位置環(huán)刷新速度,從目前的技術(shù)來(lái)看,似乎以太網(wǎng)本身的速度根本上能滿足各種應(yīng)用的需求,各個(gè)以太網(wǎng)技術(shù)根本上都能夠到達(dá)100Mbps的傳輸、100m的傳輸距離需要、小于1uS的抖動(dòng),對(duì)于I/O采樣而言這個(gè)速度是毫無(wú)疑問足夠的,而對(duì)于CNCffi補(bǔ)計(jì)算、機(jī)器人的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換而言,目前國(guó)內(nèi)的水平維持在5mS左右的應(yīng)用水平,而歐美的主要廠商如KUKAABBStaubli的機(jī)器人系統(tǒng)那么要求更高的速度處理,小于100uS,但是,經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),由于這些傳統(tǒng)的機(jī)器人系統(tǒng)采用的均是簡(jiǎn)單的伺服驅(qū)動(dòng)器,不具備速度環(huán)自身處理水平,因此,速度環(huán)必須放在主站來(lái)處理,這使得主站既要處理速度環(huán),也要進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算,

21、并且插補(bǔ)計(jì)算發(fā)送給各個(gè)伺服軸,而伺服軸的速度環(huán)位置環(huán)又運(yùn)行在主站上,這使得對(duì)于實(shí)時(shí)性的要求變得非常苛刻,而今天,隨著智能伺服技術(shù)的開展,速度環(huán)與位置環(huán)計(jì)算完全可以在驅(qū)動(dòng)器上來(lái)完成,這也使得原有的對(duì)于極高刷新速度的要求降低,這也是為什么這些傳統(tǒng)的機(jī)器人系統(tǒng)平臺(tái)開始轉(zhuǎn)向通用平臺(tái),而逐漸不再使用原有的專用總線的原因.評(píng)估項(xiàng)PowerlinkProfiNetIRTSERCOSIIIEtherCATEthernet/IPCIP傳輸速率100Mbps100Mbps100Mbps100Mbps100Mbps傳輸距離100m100m40m100m100m抖動(dòng)<<1uS1uS1uS1uS1uS循環(huán)時(shí)

22、間100uS(Min)1mS(min)25uS(min)125uS(max)100uS下一代技術(shù)Gbps/10GbpsGbpsGbps5.2 確定性與能觀系統(tǒng)對(duì)于一些應(yīng)用,如測(cè)試系統(tǒng),需要掛接外部的輸入信號(hào),從中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析來(lái)判斷問題的引發(fā)與導(dǎo)向,從而判斷系統(tǒng)的改善與設(shè)計(jì)的調(diào)整,這樣的測(cè)試系統(tǒng)往往具有較高,而這一點(diǎn)表達(dá)了系統(tǒng)的客觀性,由于采用IEEE1588分布式時(shí)鐘系統(tǒng),每個(gè)Ethernet的數(shù)據(jù)包均有時(shí)間戳,而這一時(shí)間戳可以在現(xiàn)有的以太網(wǎng)測(cè)試工具下進(jìn)行直觀的判斷,例如Wireshark即是這樣一款工具.5.3 功能分析5.3.1 直接交叉通信的實(shí)現(xiàn)目前SERCOSIII、EthernetP

23、OWERLINK技術(shù)均具有直接交叉通信的水平,而這一水平主要表達(dá)在從站之間的數(shù)據(jù)交換,在一個(gè)運(yùn)動(dòng)限制系統(tǒng)中,可以由此技術(shù)來(lái)為各個(gè)從站之間建立其數(shù)學(xué)關(guān)系,通過兩個(gè)軸或多個(gè)軸之間的直接通信來(lái)實(shí)現(xiàn)同步關(guān)系、補(bǔ)償關(guān)系等,對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制及多個(gè)CPU勺處理而言,這一技術(shù)將帶來(lái)極大的便利.而EtherCAT由于采用的是“邊傳輸邊處理方式,而非采用播送形式發(fā)布數(shù)據(jù),使得它不具備這一水平,同樣,采用該機(jī)制的Ethernet/IPCIP也不具備這一水平.5.3.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),因此,Ethernet/IPCIP和EthernetPOWERLINK技術(shù)那么可以實(shí)現(xiàn)任意的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),而EtherCA

24、T由于是采用數(shù)據(jù)列車的結(jié)構(gòu),因此,其無(wú)法實(shí)現(xiàn)靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),僅在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸,這也同時(shí)造成了系統(tǒng)的無(wú)法動(dòng)態(tài)配置,而必須重新啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)配置.5.3.3 對(duì)于熱插拔的支持水平,各個(gè)網(wǎng)絡(luò)由于本身所需要的設(shè)計(jì),因此,需要進(jìn)行熱插拔設(shè)計(jì).5.3.4 冗余支持水平EthernetPOWERLINK支持環(huán)形冗余設(shè)計(jì),這得益于其HUB方式的連接,通常POWERLIN被設(shè)計(jì)為雙口HUB這也使得它能夠通過串聯(lián)方式與最后的電纜回到主節(jié)點(diǎn)的方式構(gòu)成一個(gè)環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò),當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)斷裂時(shí),那么系統(tǒng)動(dòng)態(tài)配置為線性網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)保持?jǐn)?shù)據(jù)通信,EtherCAT那么具有冗余的支持水平,這也得益于其環(huán)形拓?fù)湓O(shè)計(jì).5.4

25、未來(lái)的開展5.4.1 對(duì)待任何一項(xiàng)技術(shù),我們同樣需要一種更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光去看問題,這樣我們就可以更為客觀的看問題,從而作出判斷與選擇,采用ASIC設(shè)計(jì)的以太網(wǎng)技術(shù)由于ASIC本身目前沒有一個(gè)較為完整的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)高速例如1Gbps的網(wǎng)絡(luò)支持,因此,將無(wú)法實(shí)現(xiàn)更高速度的開發(fā),假設(shè)需要開發(fā)那么將意味著巨大的本錢投入,而POWERLIN曲于采用通用的MAC1,因此,可以采用更高速的以太網(wǎng)技術(shù),例如10G網(wǎng)絡(luò),這將使得POWERLINK入“萬(wàn)兆以太網(wǎng)時(shí)代.5.4.2 開放性支持由于可以支持各種流行的芯片技術(shù),POWERLIN恰在未來(lái)能夠獲得更為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)支持,隨著IT技術(shù)的開展,采用X86架構(gòu)、FPGA?

26、新技術(shù)產(chǎn)品的推出,使得POWERLINK終處于較為有利的方案設(shè)計(jì)方面的水平.6.開發(fā)與實(shí)現(xiàn)6.1 .軟件開發(fā)的簡(jiǎn)便性CANopen所以被廣為使用,是由于它具有最為簡(jiǎn)單的設(shè)備描述文件,而相對(duì)而言,Prof舊us、SERCOS、線那么具有更為復(fù)雜的設(shè)備描述和應(yīng)用層的編程水平,因此,對(duì)于CANopen支持的POWERLINKEtherCAT技術(shù)將在開發(fā)方面更為簡(jiǎn)便,應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)更為快捷,而由于采用復(fù)雜的設(shè)備描述應(yīng)用層協(xié)議,ProfiNet、Ethernet/IPCIP將使得編程變得更加復(fù)雜.6.2 .硬件開發(fā)6.2.1 專用芯片-又回到從前嗎然而,Ethernet技術(shù)之所以得到蓬勃開展的原因就在于

27、傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線的封閉性,而今天,采用專用芯片的技術(shù)將使得實(shí)時(shí)以太網(wǎng)又回到技術(shù)壁壘與利益陣營(yíng)之中,這使得Ethernet開展的初衷無(wú)法得到良好的響應(yīng),這也使得這些技術(shù)必然又面臨著新的阻礙.6.2.2 傳統(tǒng)的認(rèn)為ASIC具有更高的性能和快速實(shí)現(xiàn)的水平,但是,由于協(xié)議本身的應(yīng)用層軟件接口的復(fù)雜性,以及通信協(xié)議處理與主限制器的標(biāo)準(zhǔn)硬件接口的設(shè)計(jì)這些因素導(dǎo)致了芯片開發(fā)的難度.6.2.3 ProfinetIRT和Ethernet/IPCIP尚未發(fā)布其ASIC,而SERCOSIII那么提供了多家FPGA芯片的支持,如下:6.2.4 EthernetPOWERLINK貝U由EPSG!織的成員如Systec、I

28、XXAT、PORTICI供了FPGASlave方案,可以基于ALTER街口XILINX的標(biāo)準(zhǔn)芯片,而非專門的ASIC技術(shù),在中國(guó)外鄉(xiāng),EthernetPOWERLINK中國(guó)用戶組織那么與外鄉(xiāng)軟件中間效勞商共同為開發(fā)者提供相應(yīng)的技術(shù)支持效勞,以使得能夠在開源技術(shù)與實(shí)現(xiàn)之間建立起一個(gè)橋梁,低本錢的方式實(shí)現(xiàn)高性能以太網(wǎng)技術(shù).6.2.5 EtherCAT采用ASIC技術(shù)6.3 本錢比擬分析6.3.1 芯片價(jià)格目前EtherCAT提供的芯片價(jià)格為10美元30美元不等,由于客戶采購(gòu)量的不同價(jià)格具有較大的差異,而FPGA芯片由于其價(jià)格相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)廠商較多而產(chǎn)生價(jià)格的優(yōu)勢(shì),一般實(shí)現(xiàn)POWERLINKFPG砥片價(jià)格

29、大約在510美元之間,具有一定的本錢優(yōu)勢(shì).6.3.2 License費(fèi)用由于采用ASIC技術(shù)的IPCore需要一定的授權(quán),這帶來(lái)了巨大的費(fèi)用支出,并且,這些代碼無(wú)法修改,而通用的芯片技術(shù)那么可以帶來(lái)更為便捷的擴(kuò)展和代碼修改水平,從而滿足客戶的個(gè)性化需求.EthernetPOWERLINK貝U無(wú)需License費(fèi)用.6.4 潛在風(fēng)險(xiǎn)ASIC由于屬于私有技術(shù),掌握在某個(gè)公司而造成了潛在的投資風(fēng)險(xiǎn),這些風(fēng)險(xiǎn)包括：6.4.1 供貨風(fēng)險(xiǎn)-在產(chǎn)品供給緊張情況下,尤其是2021年整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)出現(xiàn)的大面積芯片斷貨情況,這具有一定的不確定性.6.4.2 技術(shù)壟斷-技術(shù)是否根據(jù)客戶的意愿開展并非可控,在未來(lái),隨

30、著需求的變化,個(gè)性化的需求逐漸變大的情況下,技術(shù)向哪個(gè)方向發(fā)展將無(wú)法得到確定.6.4.3 政治壁壘造成潛在的供貨,例如：由于戰(zhàn)爭(zhēng)與技術(shù)封鎖造成的潛在風(fēng)險(xiǎn).七、實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的開放性分析開放性不僅僅是互聯(lián)性設(shè)計(jì),也包括了對(duì)開放的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的支持、源代碼的開放性、標(biāo)準(zhǔn)硬件實(shí)現(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)平臺(tái)的支持水平方面來(lái)進(jìn)行評(píng)估.7.1 是否支持標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是否支持標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的關(guān)鍵在于：7.1.1. 與治理層的互聯(lián)水平-在未來(lái)實(shí)現(xiàn)“管控一體化“設(shè)計(jì)時(shí)的連接水平；7.1.2. 是否支持標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)同時(shí)也是影響其設(shè)備未來(lái)的生命力的關(guān)鍵,由于-為了突破技術(shù)壁壘而采用開放性更好的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是各種技術(shù)出現(xiàn)的初衷,是否支持標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)也意味著是否支持未來(lái).Powerlink提供針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的支持水平,ProfiNet&ProfinetRT采用軟實(shí)現(xiàn)的方法可支持標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng),而SERCOSII