7.4+實時以太網(wǎng)

1、7.4 實時以太網(wǎng)實時以太網(wǎng)是工業(yè)以太網(wǎng)針對通信實時性、確定性問題的解決方案，是工業(yè)以太網(wǎng)的特色技術(shù)。以太網(wǎng)的IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)采用了載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）的媒體訪問控制方式。本質(zhì)上屬于非確定性網(wǎng)絡(luò)。不能滿足控制相同對通信實時性確定性的要求。1PROFINET將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合到現(xiàn)場總線技術(shù)中，只在軟件協(xié)議上采用了以太網(wǎng)的MAC IP TCP/UDP保留了現(xiàn)場總線的實時性能SRT=軟實時 soft real time *參見259頁IRT =等時同步實時 Isochronous real time ASIC Application Specific Integrated

2、Circuit 特定用途集成電路2ModBus/TCP EtherNet/IPModBus/TCP應(yīng)用層TCP/UDPIP以太網(wǎng)MAC/LLC以太網(wǎng)物理層充分應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)資源只在應(yīng)用層做了適當(dāng)?shù)母倪M網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆菍崟r性依然存在控制與信息協(xié)議CIPTCP/UDPIP以太網(wǎng)MAC/LLC以太網(wǎng)物理層3PowerLink EtherCAT物理層、鏈路層保持以太網(wǎng)特性不變。實時性應(yīng)用由PowerLink EtherCAT協(xié)議完成非實時傳輸采用IP TCP/UDP4實時以太網(wǎng)媒體訪問控制實時解決方案1 采用RT-CSMA/CD a 劃分實時節(jié)點和非實時節(jié)點，定義最小競爭時隙，提高實時節(jié)點的競爭優(yōu)先級。 b

3、實時節(jié)點在傳輸過程中如果檢測到?jīng)_突，則發(fā)送長度不小于競爭時隙的競爭信號，按優(yōu)先級決定是否堅持，競爭信號長度決定優(yōu)先級。 c 競爭信號過后沖突消失，重傳被破壞掉的數(shù)據(jù)。2 精確定時，采用定時傳輸 起始段、周期傳輸時段，非周期傳輸時段，保留時段（同步時鐘、網(wǎng)絡(luò)管理）5精確定時同步協(xié)議測量誤差傳輸時延實際誤誤差測量測量誤差（20042003）1傳輸時延測量 傳輸時延(20072003)/22實際誤差測量誤差傳輸時延 121校正： 實際時鐘當(dāng)前時鐘實際誤差條件：雙向傳輸?shù)臅r延量相同TM主時鐘TS 從時鐘20012002200320042005200620072008200920102011200020

4、01200220032004200520062007200812010201167.5 PROFINET網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：圖7.15 樹型結(jié)構(gòu)連接器：圖7.16 IP20 RJ45 IP67 RJ45 Industry Protect IP20 工業(yè)防護等級20 Switch 網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備有網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備的介入，數(shù)據(jù)傳輸過程不存在傳輸沖突，競爭變成了排隊。7IO設(shè)備模型 PROFINET IO 簡單IO設(shè)備, 設(shè)備模型如圖7.17 再分為：控制器 監(jiān)視器 IO設(shè)備接口模塊插槽（Slot）通道（Channel）接口模塊Slot1Slot2Slot3Channel0Channel0Channel0Chann

5、el1Channel1Channel1Channel2Channel2Channel2.ChannelxChannelxChannelxIO地址n0IO地址n1IO地址n2IO地址nXIOmodule1 IOmodule2 IOmodule38設(shè)備描述信息IO設(shè)備的特性（例如：通信參數(shù)）插入模塊的參數(shù)及類型各個模塊的組態(tài)數(shù)據(jù)模塊參數(shù)值（例如：4mA）用于診斷的出錯信息文本（例如：電纜斷開短路）描述方法的特點使用文本格式，可通過標(biāo)準(zhǔn)工具創(chuàng)建和編輯能集成多種語言采用分層結(jié)構(gòu)9PROFINET IO 設(shè)備分類1 IO Controller 控制器2 IO Supervisor 監(jiān)視器3 IO 設(shè)備I

6、O 控制器的任務(wù)：網(wǎng)絡(luò)地址分配上載下載任務(wù)用戶數(shù)據(jù)周期性和非周期性交換報警任務(wù)處理10設(shè)備組態(tài)和數(shù)據(jù)交換每個設(shè)備有設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件GSD 制造商提供；每個設(shè)備在組態(tài)工具中都對應(yīng)于一個圖標(biāo)；拖放圖標(biāo)放置在合適的位置；建立設(shè)備圖標(biāo)之間的連接關(guān)系。如圖7.19數(shù)據(jù)交換通過GSD文件將設(shè)備參數(shù)輸入到工程組態(tài)工具中；進行網(wǎng)絡(luò)連接和設(shè)備組態(tài)，并下載到控制器；IO設(shè)備與IO控制器數(shù)據(jù)交換開始。11數(shù)據(jù)通信過程AR(Application Relation)應(yīng)用關(guān)系CR(Communication Relation)通信關(guān)系每個IO設(shè)備支持建立3個應(yīng)用關(guān)系 圖7.29所示沒有應(yīng)用關(guān)系可以保護多個通信關(guān)系 通常有

7、3個 ：IO CR 周期讀寫；Acyclic CR非周期讀寫Alarm CR 接收報警事件12數(shù)據(jù)通信種類1 非實時通信NRT 正常數(shù)據(jù)傳輸，初始化2 實時通信RT(Real Time) 正常數(shù)據(jù)傳輸3 非周期服務(wù) 報警 設(shè)置參數(shù) 管理4 其它 解釋在256頁 地址分配 域名服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)管理 地址解析 差錯信息13智能化設(shè)備 CBA（組件模型）PROFINET CBA 可編程智能化設(shè)備 Component Based Automation 自動化組件組件模塊（Component Model）每個模塊包括： 1機械特性；2電氣電子特性；3控制邏輯特性采用了標(biāo)準(zhǔn)的COM/DCOM接口技術(shù);DCOM

8、(Distributed Component Object Model，分布式對象組件模型)14組件描述在PROFINET CBA 中每一個設(shè)備站點被定義為一個“工程模塊”，每個模塊都有一個包含工藝技術(shù)變量的接口，通過接口與其它組件交換數(shù)據(jù)；組件的特性用一個PCD文件描述；包括：1 作為庫元素的組件描述 如：組件標(biāo)識、組件名稱；2 硬件描述 如：IP地址、診斷數(shù)據(jù)的訪問； 3 軟件功能描述 如： 組件接口、變量特性；4 組件項目緩存器。15組件的互連和組態(tài)與IO設(shè)備的組態(tài)方法相同每個設(shè)備有設(shè)備描述文件PCD每個設(shè)備在組態(tài)工具中都對應(yīng)于一個圖標(biāo)；拖放圖標(biāo)放置在合適的位置；建立設(shè)備圖標(biāo)之間的連接關(guān)

9、系。如圖7.19167.5.4 通信實時性1 在一個網(wǎng)段上存在實時通信和基于TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通信2 實時協(xié)議適用于所有應(yīng)用，分布式系統(tǒng)組件之間的通信和控制器與現(xiàn)場設(shè)備之間的通信。3 從一般性到高性能時間同步的實時性通信分為三級： 1 TCP/UDP IP 100mS 2 SRT軟實時10mS 3 IRT 等時同步實時 1mS 圖7.22 7.2417實時通信的實現(xiàn)采用ASIC(Application Specific Integrated Circuit 特定用途集成電路)接口技術(shù)；采用定時傳輸機制，設(shè)置專門的IRT事件段；由同步信號啟動，保證傳輸?shù)拇_定性和實時性；同步信號間隔要小于實

10、時時間要求。18與其它現(xiàn)場總線的互連1基于代理的集成 圖7.25代理將設(shè)備抽象成COM服務(wù)器，設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換變成COM服務(wù)之間的相互調(diào)用。特點：可擴展性好，只有設(shè)備符合標(biāo)準(zhǔn)COM服務(wù)就可以正常運行。2基于組件的集成將原有的現(xiàn)場總線段看成一個大組件，組件內(nèi)部采用原總線通信機制。原系統(tǒng)主站必須具備PROFINET功能19IP地址管理地址管理1使用制造商提供的專用組態(tài)工具分配IP地址2 使用DHCP自動分配地址Web服務(wù) 利用互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)技術(shù)，如 HTTP XML HTML URL組件，使用瀏覽器作為用戶接口直接服務(wù)于客戶機現(xiàn)場總線設(shè)備上的信息。20OPC和PROFINETOLE for P

11、roess Control Object Linking and Embedding 對象連接和嵌入技術(shù)OPC是自動化業(yè)界與Micrsoft合作開發(fā)的數(shù)據(jù)交換接口工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)OPC 以O(shè)LE/COM技術(shù)為基礎(chǔ)。統(tǒng)一了不同地點,不同廠商,不同類型的數(shù)據(jù)獲得方式;是自動化技術(shù)應(yīng)用中廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)。21OPCDAOPC-DA (數(shù)據(jù)訪問)是一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使測量和控制設(shè)備數(shù)據(jù)訪問、查找OPC服務(wù)和瀏覽器OPC服務(wù)成為一種標(biāo)準(zhǔn)過程。OPC-DX是OPC-DA的擴展，用于數(shù)據(jù)交換和以太網(wǎng)上的服務(wù)器與服務(wù)器之間的通信。 OPC-DX是一個沒有時間嚴格要求的高層協(xié)議，不允許直接訪問不同系統(tǒng)的現(xiàn)場層（現(xiàn)場設(shè)備）。227.6 EtherNet （1999年發(fā)布）特點：直接利用以太網(wǎng)的低4層協(xié)議 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 傳輸層特色技術(shù)在應(yīng)用層，控制和信息協(xié)議CIPCIP的對象：應(yīng)用對象（自定義對象）標(biāo)識對象連接對象連接管理組合對象23面向過程的編程 使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 函數(shù) 過程等概念面向?qū)ο蟮木幊?使用對象的屬性、服務(wù)、行為對象類標(biāo)識：065535對象實例標(biāo)識：065535對象屬性標(biāo)識：0255對象服務(wù)標(biāo)識：025524報文種類1 IO數(shù)據(jù)報文（隱含報文）報文中只包含對象數(shù)據(jù)沒有協(xié)議信息，接收者知道數(shù)據(jù)的含義。IO報文采用U