施耐德電氣一直致力提升工業(yè)以太網(wǎng)在可靠性、確定性和實(shí)時(shí)性等諸多方面的性能，在PlantStruxure協(xié)同自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，從控制層到設(shè)備層的通訊都全面基于“透明就緒”工業(yè)以太網(wǎng)解決方案平臺(tái)。在這一平臺(tái)之上，施耐德電氣將在IEC61158中定義的兩種實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP和ModbusTCP技術(shù)進(jìn)行了無(wú)縫融合。從以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性角度來(lái)說(shuō)，為了能夠避免PLC程序執(zhí)行周期對(duì)于數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性的影響，Unity平臺(tái)控制器中集成了兩塊控制器芯片，分別執(zhí)行程序處理和以太網(wǎng)通訊。通過(guò)UnityPro軟件可以將I/O掃描的最小周期配置為5ms，從而實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通訊。同時(shí)Modbus-RTPS（實(shí)時(shí)發(fā)布與訂閱）服務(wù)可以在確定的時(shí)間點(diǎn)，完成將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在由D類IP地址定義的一組以太網(wǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)發(fā)布和訂閱。

      由于工業(yè)以太網(wǎng)在實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域仍處在發(fā)展階段，所以在如下應(yīng)用中，實(shí)時(shí)性表現(xiàn)還亟待提升：傳動(dòng)應(yīng)用，如冶金軋線、造紙，其對(duì)于多輥系統(tǒng)的線速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)有很高要求；高速機(jī)械，如機(jī)床、汽車高速升降設(shè)備，主要靠高速傳感器的輸入執(zhí)行邏輯控制和高速輸出；給料系統(tǒng)，需要通過(guò)來(lái)自稱重系統(tǒng)的高速輸入控制給料閥確保給料量精確。

      從技術(shù)和應(yīng)用角度出發(fā)，如下問(wèn)題制約著工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性的進(jìn)一步發(fā)展：

    1.沖突監(jiān)測(cè)機(jī)制。IEEE802.3在MAC層定義的CSAM/CD(載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè))機(jī)制由于引入了沖突機(jī)制，雖然隨著以太網(wǎng)全雙工機(jī)制的引入以及通訊帶寬的不斷提升，沖突發(fā)生的幾率已經(jīng)大大降低，但是本質(zhì)上還是為工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性埋下了一定隱患。如果要進(jìn)一步提升實(shí)時(shí)性的表現(xiàn)，CSMA/CD的退避算法需要進(jìn)行升級(jí)。也就是說(shuō)一旦監(jiān)測(cè)到?jīng)_突，退避的間隔時(shí)間需要進(jìn)一步減少，從而提高實(shí)時(shí)性。

    2.交換機(jī)性能的提升。在整個(gè)數(shù)據(jù)采集-處理-輸出的工程中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備也是造成延時(shí)的主要因素。雖然隨著交換機(jī)性能的不斷提升，發(fā)生在交換設(shè)備上的延時(shí)往往被控制在10μs之內(nèi)，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大時(shí)仍然對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。所以如QoS和HOLBlockingPrevention等服務(wù)需要集成到交換機(jī)設(shè)備之中。

    3.網(wǎng)絡(luò)體系與通訊設(shè)備處理的性能。數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)难訒r(shí)也會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)性有著很大的影響。由于在規(guī)劃工業(yè)以太網(wǎng)在設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷時(shí)，一般不超過(guò)總帶寬的30%，所以進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的帶寬十分必要。同時(shí)，作為可以提供更高EMC表現(xiàn)，更快傳輸速度的光纖方案也會(huì)有助于實(shí)時(shí)性的提升。隨著芯片技術(shù)的提升，通訊節(jié)點(diǎn)對(duì)于數(shù)據(jù)包的處理能力和速度也會(huì)不斷提升，進(jìn)而提升以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性。

      PLC等控制系統(tǒng)的功能發(fā)展也對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的實(shí)時(shí)性有一定的影響。對(duì)于90%的工業(yè)應(yīng)用，其PLC掃描周期在10ms~10s之間，但是在精益制造和低碳節(jié)能理念不斷發(fā)展的大趨勢(shì)下，PLC系統(tǒng)功能的發(fā)展，尤其是PLC處理能力的提升將是PLC發(fā)展的大勢(shì)所趨。當(dāng)傳統(tǒng)工業(yè)對(duì)于PLC掃描周期的要求愈加苛刻時(shí)，對(duì)I/O數(shù)據(jù)采集和與其他設(shè)備的通訊實(shí)時(shí)性要求也勢(shì)必需要隨之提升，因此工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的實(shí)時(shí)性也必須順應(yīng)這一趨勢(shì)，尤其是在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)控制、通訊處理能力方面進(jìn)一步提升性能，才能完成在工業(yè)領(lǐng)域里對(duì)高速總線，如CANopen和SERCOS的全面取代。

      施耐德電氣一直致力提升工業(yè)以太網(wǎng)在可靠性、確定性和實(shí)時(shí)性等諸多方面的性能，在PlantStruxure協(xié)同自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，從控制層到設(shè)備層的通訊都全面基于“透明就緒”工業(yè)以太網(wǎng)解決方案平臺(tái)。在這一平臺(tái)之上，施耐德電氣將在IEC61158中定義的兩種實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP和ModbusTCP技術(shù)進(jìn)行了無(wú)縫融合。從以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性角度來(lái)說(shuō)，為了能夠避免PLC程序執(zhí)行周期對(duì)于數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性的影響，Unity平臺(tái)控制器中集成了兩塊控制器芯片，分別執(zhí)行程序處理和以太網(wǎng)通訊。通過(guò)UnityPro軟件可以將I/O掃描的最小周期配置為5ms，從而實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通訊。同時(shí)Modbus-RTPS（實(shí)時(shí)發(fā)布與訂閱）服務(wù)可以在確定的時(shí)間點(diǎn)，完成將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在由D類IP地址定義的一組以太網(wǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)發(fā)布和訂閱。

      由于工業(yè)以太網(wǎng)在實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域仍處在發(fā)展階段，所以在如下應(yīng)用中，實(shí)時(shí)性表現(xiàn)還亟待提升：傳動(dòng)應(yīng)用，如冶金軋線、造紙，其對(duì)于多輥系統(tǒng)的線速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)有很高要求；高速機(jī)械，如機(jī)床、汽車高速升降設(shè)備，主要靠高速傳感器的輸入執(zhí)行邏輯控制和高速輸出；給料系統(tǒng)，需要通過(guò)來(lái)自稱重系統(tǒng)的高速輸入控制給料閥確保給料量精確。

      從技術(shù)和應(yīng)用角度出發(fā)，如下問(wèn)題制約著工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性的進(jìn)一步發(fā)展：

    1.沖突監(jiān)測(cè)機(jī)制。IEEE802.3在MAC層定義的CSAM/CD(載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè))機(jī)制由于引入了沖突機(jī)制，雖然隨著以太網(wǎng)全雙工機(jī)制的引入以及通訊帶寬的不斷提升，沖突發(fā)生的幾率已經(jīng)大大降低，但是本質(zhì)上還是為工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性埋下了一定隱患。如果要進(jìn)一步提升實(shí)時(shí)性的表現(xiàn)，CSMA/CD的退避算法需要進(jìn)行升級(jí)。也就是說(shuō)一旦監(jiān)測(cè)到?jīng)_突，退避的間隔時(shí)間需要進(jìn)一步減少，從而提高實(shí)時(shí)性。

    2.交換機(jī)性能的提升。在整個(gè)數(shù)據(jù)采集-處理-輸出的工程中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備也是造成延時(shí)的主要因素。雖然隨著交換機(jī)性能的不斷提升，發(fā)生在交換設(shè)備上的延時(shí)往往被控制在10μs之內(nèi)，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大時(shí)仍然對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。所以如QoS和HOLBlockingPrevention等服務(wù)需要集成到交換機(jī)設(shè)備之中。

    3.網(wǎng)絡(luò)體系與通訊設(shè)備處理的性能。數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)难訒r(shí)也會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)性有著很大的影響。由于在規(guī)劃工業(yè)以太網(wǎng)在設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷時(shí)，一般不超過(guò)總帶寬的30%，所以進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的帶寬十分必要。同時(shí)，作為可以提供更高EMC表現(xiàn)，更快傳輸速度的光纖方案也會(huì)有助于實(shí)時(shí)性的提升。隨著芯片技術(shù)的提升，通訊節(jié)點(diǎn)對(duì)于數(shù)據(jù)包的處理能力和速度也會(huì)不斷提升，進(jìn)而提升以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性。

      PLC等控制系統(tǒng)的功能發(fā)展也對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的實(shí)時(shí)性有一定的影響。對(duì)于90%的工業(yè)應(yīng)用，其PLC掃描周期在10ms~10s之間，但是在精益制造和低碳節(jié)能理念不斷發(fā)展的大趨勢(shì)下，PLC系統(tǒng)功能的發(fā)展，尤其是PLC處理能力的提升將是PLC發(fā)展的大勢(shì)所趨。當(dāng)傳統(tǒng)工業(yè)對(duì)于PLC掃描周期的要求愈加苛刻時(shí)，對(duì)I/O數(shù)據(jù)采集和與其他設(shè)備的通訊實(shí)時(shí)性要求也勢(shì)必需要隨之提升，因此工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的實(shí)時(shí)性也必須順應(yīng)這一趨勢(shì)，尤其是在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)控制、通訊處理能力方面進(jìn)一步提升性能，才能完成在工業(yè)領(lǐng)域里對(duì)高速總線，如CANopen和SERCOS的全面取代。