SIMATIC S7-1500模擬量輸出模塊SIMATIC S7-1500模擬量輸出模塊

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隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化對信息傳輸速度和數據量、系統控制精度、分布式控制要求的不斷提高，尤其是對實(shí)時(shí)性提出了很高的要求，傳統現場(chǎng)總線(xiàn)系統的一些不足制約了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)發(fā)展，誕生一些基于以太網(wǎng)技術(shù)的現場(chǎng)總線(xiàn)，例如，Powerlink、EtherNet/IP、ModBusTCP、ProfinetRT、EtherCat、Mechatrolink等這些工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的技術(shù)。

??其中，Powerlink由奧地利貝加菜(B&R)公司推出后，貝加菜、ABB、Hikechmann、Kuka、Lenze等數十家企業(yè)和研發(fā)機構聯(lián)合成立了EPSG(Ethemet Poverlink Standardion Group，以太網(wǎng)Powerlink標準化組織)。Powerlink是一個(gè)易于實(shí)現的、高性能的、開(kāi)放的、沒(méi)有壟斷的、真正的互連互通的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)。2012年3月，Powerlink協(xié)議被國家標準化管理委員會(huì )批準為首個(gè)中國國家推薦性工業(yè)以太網(wǎng)標準，標準號為GB/T27960—2011，這意味著(zhù)Powerlink這一全球范圍廣泛使用的實(shí)時(shí)通信技術(shù)得到了中國官方的認同和支持。

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?1.工業(yè)控制系統的實(shí)時(shí)性

??實(shí)時(shí)性是指能夠在限定時(shí)間內執行完規定的功能并對外部的異步事件做出響應的能力。工業(yè)控制要求控制系統對所監控的輸入在一定時(shí)間內做出響應，對數據傳輸的實(shí)時(shí)性要求很大程度上依賴(lài)于特定的應用，不同 實(shí)時(shí)級別應用的實(shí)時(shí)性要求可以劃分為四個(gè)級別。實(shí)時(shí)性能的四個(gè)級別如圖2.29所示。

圖2.29 實(shí)時(shí)性能的四個(gè)級別

??對于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )，實(shí)時(shí)性要求網(wǎng)絡(luò )通信必須在規定的時(shí)間內完成，且在時(shí)間上可以預測。為了滿(mǎn)足工業(yè)控制對時(shí)限的要求，通常采用具有確定性的、有限排隊延遲的專(zhuān)用實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò )。在實(shí)際工程應用領(lǐng)域，為了滿(mǎn)足高實(shí)時(shí)性應用的要求，各大公司和標準組織紛紛提出各種提升工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性的技術(shù)解決方案，將以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)響應時(shí)間提高到低于1ms，從而誕生了實(shí)時(shí)以太網(wǎng)。

??2.工業(yè)實(shí)時(shí)現場(chǎng)總線(xiàn)的分類(lèi)與比較

??工業(yè)實(shí)時(shí)現場(chǎng)總線(xiàn)從性能上分為高實(shí)時(shí)總線(xiàn)和低實(shí)時(shí)總線(xiàn)兩類(lèi)。

??高實(shí)時(shí)性的總線(xiàn)Powerlink，EtherCat，Mechatrolink，其中Powerlink實(shí)際的實(shí)時(shí)性能最高為100μs的循環(huán)周期，EtherCat 實(shí)際的實(shí)時(shí)性能最高為250μs的循環(huán)周期。在這三種總線(xiàn)中EtherCat 和Mechatrolink需要用專(zhuān)用的ASIC才能實(shí)現，之采用ASIC芯片來(lái)實(shí)現是為了能夠控制市場(chǎng)。由于EtherCat和Mechatrolink只解決了數據鏈路層和物理層，用戶(hù)需要自己實(shí)現應用層。又由于不同用戶(hù)實(shí)現的應用層可能不同，就會(huì )造成同樣基于EtherCat的設備不能相互通信。Powerlink是在普通以太網(wǎng)上實(shí)現的方案，無(wú)須ASIC芯片，用戶(hù)可以在各種平臺上實(shí)現Powerlink，例如，FPGA、ARM、x86CPU等，可以說(shuō)，只要有以太網(wǎng)的地方，就可以實(shí)現Powerlink。Powerlink公開(kāi)了所有的源碼，任何人都可以免費下載和使用(就像Linux)。Powerlink的源碼里包含了物理層(標準以太網(wǎng))、數據鏈路層(DLL)、應用層(CANopen)三層完整的代碼，用戶(hù)只需將Powerlink的程序在已有的硬件平臺上編譯運行即可。

??低實(shí)時(shí)性的總線(xiàn)EtherNet/IP，ModBusTCP，ProfinetRT。這三種總線(xiàn)可以用普通的以太網(wǎng)實(shí)現，它們基本上是對TCP/IP協(xié)議的修改或補充，沒(méi)有從根本上解決實(shí)時(shí)的需求。

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