最近，Rockwell Automation公司在這一方面邁出了一大步。該公司近期展出的一系列管理型和非管理型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，其中包括整合了思科系統(tǒng)公司（Cisco Systems Inc.）Catalyst交換機(jī)架構(gòu)的模型。模組和嵌入式版本中的管理型交換機(jī)具有對Ethernet/IP高性能的運(yùn)動應(yīng)用證實(shí)有用的特征。這些特征包括IEEE-1588標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間同步和為提高服務(wù)質(zhì)量（QoS）進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)通訊的優(yōu)先次序排列。這些新型交換機(jī)將會允許來自Rockwell Automation集成架構(gòu)內(nèi)部的設(shè)置和診斷。Rockwell Automation公司計(jì)劃從2008年中開始推出這些新型交換機(jī)。
另外一個(gè)實(shí)時(shí)應(yīng)用硬件的最新發(fā)展來自于Innovasic半導(dǎo)體公司，該公司為實(shí)時(shí)應(yīng)用開發(fā)出一種具有內(nèi)置性能的32位微控制器。這些fido（fido指“靈活輸入，確定輸出”）微處理器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，它們把大多實(shí)時(shí)功能置入芯片中而不是依靠RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）軟件?！拔覀兎Q之為‘
結(jié)果是“即使在優(yōu)先度較低的通訊中”也能獲得低抖動和確定性效果，Innovasic公司的首席執(zhí)行官、電氣工程師Keith Prettyjohns博士說。他所說的是最近在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。在這次實(shí)驗(yàn)中，Schneider電氣公司的工程師們分別在一個(gè)fido 1100微處理器和一個(gè)基于ARM9的處理器上處理了一個(gè)高優(yōu)先級的Modbus/TCP應(yīng)用和背景以太網(wǎng)通訊。根據(jù)該項(xiàng)研究，fido 1100微處理器實(shí)現(xiàn)了最差反應(yīng)時(shí)間為1.1毫秒和最差抖動值為130微妙的目標(biāo)，而基于ARM9控制器的最差反應(yīng)時(shí)間為1.8毫秒，最差抖動值為760微妙。盡管fido的時(shí)鐘速度較慢，只有66MHz，而ARM9是133MHz；結(jié)果fido還是勝出。
Alsup說，fido微處理器還具有其他對控制應(yīng)用證實(shí)有用的特征。一個(gè)特征是具有確定性的高速緩存存儲器。它能夠?yàn)橐恍┬枰焖賵?zhí)行的編碼提供永久的存儲空間，從而消除與緩存丟失相關(guān)的抖動。還有一個(gè)特征是具有以四個(gè)通用I/O控制器（UIC）為表現(xiàn)形式的可編程I/O性能。四個(gè)控制器中的每一個(gè)都可以進(jìn)行編程用以支持大量的I/O協(xié)議。
圖譜的一端是各種試圖使標(biāo)準(zhǔn)未修改以太網(wǎng)和TCP/IP運(yùn)用IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步并使其具有確定性表現(xiàn)的方法途徑。這與Ethernet TCP/IP采用的置入“CIP Sync”方法差不多。
Hibbard把圖譜的另一端描述為“焦土”方法?！澳阋雅f以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)打破扯爛，直到剩下一些銅片片和連接器為止，”他開玩笑說。他把只是利用了以太網(wǎng)物理層面的自主運(yùn)動控制網(wǎng)絡(luò)歸入了這一類。
像SERCOS III、PROFINET IRT、EtherCAT和ETHERNET Powerlink一樣的開放確定性網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)則處于圖譜的中間位置，它們利用的是以太網(wǎng)硬件、軟件?；騼烧咄瑫r(shí)利用來對確定性通訊進(jìn)行優(yōu)先次序排列并把它們從對時(shí)間不太敏感的網(wǎng)絡(luò)通訊中區(qū)分出來?！八鼈兌加邢喈?dāng)好的確定性，”Hibbard說?！罢嬲膯栴}是，它們是如何獲得這樣的確定性的。那才是需要討論的地方?！?西門子公司的網(wǎng)絡(luò)專家Jeremy Bryant也同意以上看法?！氨３执_定性的不同方法會帶來運(yùn)動控制以外不同的重要結(jié)果?！?
這些結(jié)果包括了系統(tǒng)成本，因?yàn)椴煌N類的網(wǎng)絡(luò)在需要實(shí)現(xiàn)確定性的硬件數(shù)量上有著本質(zhì)區(qū)別。根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)類別，硬件的范圍可以從現(xiàn)成的或嵌入式以太網(wǎng)交換機(jī)到客戶定制交換機(jī)再到特定的ASIC（專用集成電路）甚至FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）。各種工業(yè)以太網(wǎng)的支持者們都被糾纏于哪種網(wǎng)絡(luò)成本效率最高的激烈爭論中。但從IXXAT公司Seitz的估計(jì)來看，根據(jù)實(shí)現(xiàn)確定性所需要的專用硬件數(shù)量和應(yīng)用開發(fā)情況，各種工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要的成本在30美元到50美元之間。
XFC極速控制技術(shù)
德國倍福提出的基于EtherCAT的最新技術(shù)——XFC技術(shù)（eXtreme Fast Control Technology，極速控制技術(shù)）代表著一種速度極快且時(shí)間確定性極高的控制技術(shù)。它包括控制領(lǐng)域所涉及的所有硬件和軟件組件：優(yōu)化的輸入輸出組件，可高精度檢測信號或使任務(wù)初始化；超高速EtherCAT通訊網(wǎng)絡(luò)；高性能工業(yè)PC；整合所有系統(tǒng)組件的TwinCAT自動化軟件。采用XFC技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)I/O響應(yīng)時(shí)間≤100 ms。
過去，控制周期時(shí)間一般都在10-20 ms左右，但通訊接口無約束地運(yùn)行，其確定性誤差會影響與之相關(guān)聯(lián)的過程信號響應(yīng)。隨著高性能工業(yè)PC控制器的實(shí)用性技術(shù)迅猛發(fā)展，周期時(shí)間可降至1-2 ms，幾乎縮減了10倍。因此，很多特殊的控制回路被轉(zhuǎn)移到中央設(shè)備控制器中處理，既節(jié)省了成本，同時(shí)也極大地提高了智能化算法應(yīng)用的靈活性。
XFC則可以使響應(yīng)時(shí)間（響應(yīng)時(shí)間包括所有硬件的處理時(shí)間，涵蓋了從物理輸入觸發(fā)到輸出響應(yīng)的整個(gè)過程）再縮減10倍，即周期時(shí)間達(dá)到100ms，而不會對中央智能化和相關(guān)的高性能算法產(chǎn)生任何影響。此外，還可以提高時(shí)間精度和分辨率。
用戶完全可以從提高設(shè)備品質(zhì)及縮小響應(yīng)時(shí)間的全新選擇中獲益。例如，預(yù)防性維護(hù)測試任務(wù)，空閑時(shí)間監(jiān)視或部件質(zhì)量文件歸檔等功能都可被輕松地集成到設(shè)備控制中去，而無需再附加昂貴的專用設(shè)備。
如何實(shí)現(xiàn)確定性的另外一個(gè)重要結(jié)果與以太網(wǎng)處理非運(yùn)動性應(yīng)用的控制網(wǎng)絡(luò)能力有關(guān)，這也是首先向工業(yè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)移的主要好處之一?！皩?shí)施基于以太網(wǎng)且有足夠能力處理運(yùn)動需求同時(shí)對所有其他網(wǎng)絡(luò)需求來說又足夠靈活的解決方案勢在必行，”Br
為了傳送所有這些數(shù)據(jù)，所有實(shí)時(shí)確定性網(wǎng)絡(luò)都要接入同樣100 Mbit/s的帶寬（100BaseT）?！暗俏覀兌嗌俣寄苡行У剡\(yùn)用那些帶寬，” 設(shè)計(jì)ETHERNET Powerlink 的B&R工業(yè)自動化公司的副總裁Helmut Kirnstoetter說。這個(gè)使用效率現(xiàn)在仍然能激起關(guān)于最佳帶寬和數(shù)據(jù)包處理的激烈爭論，它能影響到一個(gè)系統(tǒng)可以處理節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和為同一網(wǎng)絡(luò)中其他應(yīng)用所留的帶寬量。
“最后，工程師們必須問問自己‘我需要什么樣的周期時(shí)間、我有多少節(jié)點(diǎn)、要達(dá)到目的我需要什么樣的硬件，’” Kirnstoetter說。能夠準(zhǔn)確回答這三個(gè)問題，你就有可能從各種網(wǎng)絡(luò)中做出正確選擇了。
（轉(zhuǎn)載）
