一：引言

　　隨著計(jì)算機(jī),、通信,、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的發(fā)展,，信息交換的領(lǐng)域已經(jīng)覆蓋了工廠、企業(yè)乃至世界各地的市場,，因此,，需要建立包含從工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備層到控制層、管理層等各個層次的綜合自動化網(wǎng)絡(luò)平臺，建立以工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息化系統(tǒng)?，F(xiàn)代化的污水處理廠系統(tǒng)同樣提出了類似的需求,。

　　工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)作為一種特殊的網(wǎng)絡(luò)，直接面向生產(chǎn)過程,，肩負(fù)著工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行一線測量與控制信息傳輸?shù)奶厥馊蝿?wù),，并產(chǎn)生或引發(fā)物質(zhì)或能量的運(yùn)動和轉(zhuǎn)換，因此它通常應(yīng)滿足強(qiáng)實(shí)時性,、高可靠性,、惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性、總線供電等特殊要求和特點(diǎn),。提到此,，大部分人腦海中會出現(xiàn)了各種現(xiàn)場總線(field Bus）名字，Can,，profibus，modbus等等,，但這些Field Bus 各有特色,，各有其發(fā)展背景，彼此并不兼容,，在市場上各有其專攻的市場及擁護(hù)者,，20多年來各占一方擁兵自重，無法妥協(xié)出一個共同國際標(biāo)準(zhǔn),。在后來的實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施中也不可避免的涉及到了多種現(xiàn)場總線的通訊問題,，如與鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備（國外原裝進(jìn)口設(shè)備）Profibus-dp的通訊，與高,、低壓室多功能電量采集儀,、紫外消毒設(shè)備控制系統(tǒng)的Modbus通訊，那么是否還有更好的總線標(biāo)準(zhǔn)在類似項(xiàng)目中可供選擇的呢,？Ethernet Powerlink(EPL)工業(yè)實(shí)時以太網(wǎng)的技術(shù)無疑讓人眼前一亮,。

　　二：ETHERNET POWERLINK技術(shù)

　　ETHERNET POWERLINK（簡稱EPL）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織EPSG（www.epsg.org）成立于2001年，2003年推出系列產(chǎn)品,。截至2007年11月底,，世界各地240多個OEM用戶在40000多臺設(shè)備和項(xiàng)目上使用了EPL，EPL在全球有450多個成員,、用戶和支持者,，節(jié)點(diǎn)數(shù)超過了30萬個。EPL的主要技術(shù)指標(biāo)有：用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)IEEE802.3u(Fast Ether-net)作為傳輸媒介,；傳輸速率100Mb/s,；使用標(biāo)準(zhǔn)Hub和標(biāo)準(zhǔn)接線；實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸周期最小達(dá)200μs,；抖動小于1μs,；可同時傳輸實(shí)時和非實(shí)時數(shù)據(jù),；可同時傳輸IP協(xié)議；使用以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備,，并且支持冗余技術(shù),。它不僅具有工業(yè)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)的可靠性及環(huán)境適應(yīng)性，還很好的解決的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的實(shí)時性問題,，由于我們更傾向它的實(shí)際應(yīng)用效果,，所以對EPL內(nèi)部工作機(jī)制不在描述，感興趣的朋友可以瀏覽相關(guān)網(wǎng)站或與EPSG組織聯(lián)系,。

　　下面的這個圖可以更好的說明EPL的出現(xiàn)給工程設(shè)計(jì),、項(xiàng)目實(shí)施以及后期的維護(hù)帶來的便利性。

　　如上圖所示,，典型的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)從低到高可以分為這樣幾個層次：

　　1：傳感器層（Sensor Layer）：對象是各類傳感器及執(zhí)行器,，該層主要處理各類傳感器、各類執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的通訊,，通訊量很小,，通常按字節(jié)進(jìn)行傳輸，通訊速率< 1kb,，但實(shí)時性要求很高,，ms級別。

　　2：過程控制層（Process Layer）：對象是各個遠(yuǎn)程及本地的I/O站,，該層主要處理各個I/O站點(diǎn)間的通訊,，通訊量也不大，速率通常設(shè)定在50K-500K之間,，實(shí)時性要求高,，ms級別。

　　3：處理器層（Cell Layer）：對象是各個CPU控制器,，該層主要處理各個控制單元cpu間的通訊,，通訊量適中，通訊速率通常在500k—10M間均可滿足要求,，實(shí)時性要求稍高,，100ms級別。

　　4：管理層（Management Layer）：對象是各個控制室的操作PC,包括相關(guān)的服務(wù)器及工程師站,、操作員站等,，該層主要處理各個PC與服務(wù)器間的通訊，通訊量大,，通訊速率通常為100M以上,，實(shí)時性要求不高，s級別即可。管理層之上通常還有一層可稱為公司層,，主要運(yùn)行相關(guān)的ERP系統(tǒng)及其他管理系統(tǒng),，主要負(fù)責(zé)和管理層數(shù)據(jù)庫的通訊，通訊量大,，實(shí)時性同樣不高,。

　　在各個層次的分配中，我們可以看到各種現(xiàn)場總線各自的生存空間,，如活躍在傳感器層的AS-I,活躍在傳感器層和過程控制層的Profibus-dp,，CANopen、DeviceNet,活躍在處理器層的ControlNet,、Profibus-fms等等,，而EPL是唯一一款可以同時在傳感器層、過程控制層,、處理器層及管理層四層網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的協(xié)議,，真正實(shí)現(xiàn)了一線到底，由于EPL即使是基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)上發(fā)展起來的,，所以它的配置,、升級、擴(kuò)容都很方便,，它的出現(xiàn)很好的克服了傳統(tǒng)現(xiàn)場總線互不兼容，不能真正實(shí)現(xiàn)信息無縫共享,；速率低,，應(yīng)用有限；專用網(wǎng)絡(luò),，成本高等幾點(diǎn)不足,。

　　三：EPL特點(diǎn)綜述

　　·保證確定通信

　　EPL是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)上惟一的符合IAONA實(shí)時類“3+4”的實(shí)時協(xié)議。無論連接上多少臺站(station)或不管周期時間是200微秒還是10毫秒,，這項(xiàng)技術(shù)始終保證了不超過1微秒(抖動)的精確定時,。在點(diǎn)在類似與傳感器/執(zhí)行器層實(shí)時性要求高的場合，顯得尤為重要,。我們可以保證從控制器或者中控室下發(fā)下來的指令在一個確定的時間內(nèi)能獲得相應(yīng),。

　　·100%兼容以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

　　EPL兼容快速以太網(wǎng)IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)。因此,，所有的基于IP的協(xié)議(如TCP,、UDP和HTTP)都可以作為同步的時間敏感數(shù)據(jù)同時傳送，從而實(shí)現(xiàn)從管理層到驅(qū)動器和傳感器的無縫的IT集成,。符合標(biāo)準(zhǔn)的另一個好處是我們可以利用標(biāo)準(zhǔn)IT網(wǎng)絡(luò)布線,，利用光纖技術(shù)通訊距離也不再是個限制。

　　·滿足未來發(fā)展需要

　　以太網(wǎng)目前是世界上最廣泛部署的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。盡管Firewire或USB這樣的新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特性乍看起來更加誘人,，但它們主要是為消費(fèi)設(shè)備設(shè)計(jì)的,，不能最佳地滿足企業(yè)和工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用需求。

　　·易于使用

　　簡單的布線和配置對于機(jī)器制造商十分重要,。EPL網(wǎng)絡(luò)可以使用直線,、星形和樹形等布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。與基于交換機(jī)的實(shí)時以太網(wǎng)系統(tǒng)不同,，EPL不僅提供了極高的定時精度,，而且還提供了適應(yīng)項(xiàng)目需要的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。支持多樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)給設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)過程中也帶來了很大的便利,，不用再擔(dān)心控制站點(diǎn)的分布是否超出范圍等等,。

　　·無需定制硬件

　　除了100%標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)兼容外，EPL還只需使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)芯片,。在實(shí)現(xiàn)微秒級周期時間和精度時,，設(shè)備制造商不需要采用專用ASIC芯片。因此在設(shè)備中使用EPL技術(shù)的廠商可以自由地利用他們選擇的標(biāo)準(zhǔn)芯片廠商,。這點(diǎn)使帶有EPL接口的產(chǎn)品將更加的平易近人,，得到用戶方的接受。

　　·跨所有節(jié)點(diǎn)的信息交換

　　EPL允許信息在網(wǎng)絡(luò)中任意兩個或多個節(jié)點(diǎn)之間交換,。與一些所有信息必須經(jīng)過一臺主設(shè)備的現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)的模式不同,，在使用EPL網(wǎng)絡(luò)時，數(shù)據(jù)會被發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn),。

　　·保護(hù)工作模式

　　在保護(hù)工作模式下,，EPL能夠管理抖動始終低于1微秒、最低200微秒的周期時間,。利用橋接器或路由器將實(shí)時的網(wǎng)段與開放的IT網(wǎng)絡(luò)分離,，以避免網(wǎng)絡(luò)沖突。通過橋接/路由器的接入保證了IT環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)的最大安全性,。

　　·開放工作模式

　　在開放工作模式下,，EPL協(xié)議用于開放交換網(wǎng)絡(luò)，并且利用IEEE 1588提供定時同步,。在實(shí)時網(wǎng)絡(luò)與IT開放網(wǎng)絡(luò)之間不需要進(jìn)行隔離,。但是，這種模式只適用于周期時間為毫秒級的低實(shí)時時或中實(shí)時要求的系統(tǒng)中,。

　　四：后記

　　基于以上的特點(diǎn),，我們在2003年項(xiàng)目初期就向設(shè)計(jì)方和業(yè)主方介紹了EPL技術(shù)，也得到了雙方的一致認(rèn)同,。我們在主干網(wǎng)絡(luò)以及各個現(xiàn)場控制中均設(shè)置了EPL網(wǎng)絡(luò),再利用B&R PCC系統(tǒng)本身在網(wǎng)絡(luò)方面極好的融合能力,，項(xiàng)目實(shí)施后得到了業(yè)主及設(shè)計(jì)院方的高度評價,，EPL網(wǎng)絡(luò)的使用，不僅投資上沒有增加,，還給后續(xù)的擴(kuò)容及維護(hù)帶來了很大的便利,。由于項(xiàng)目實(shí)施時，仍處于EPL技術(shù)推廣的初期,，所以配套的儀器儀表,、傳感器產(chǎn)品還沒有推向市場，EPL一線到底的優(yōu)勢并沒有發(fā)揮完全,，但目前來說,，這一問題已經(jīng)得到了很好的改觀，我們在后續(xù)的項(xiàng)目中將很快使用上了帶EPL接口的變頻器以及其他的部分傳感器,。據(jù)悉,，2008年初，Ethernet POWERLINK工業(yè)以太網(wǎng)順利通過IEC國際標(biāo)準(zhǔn),；且EPSG組織也宣布將POWERLINK源代碼開放,，個人及廠商均可在網(wǎng)上下載到此技術(shù)的源代碼，開發(fā)自己的POWERLINK產(chǎn)品,；同時貝加萊公司也宣布EPL率先邁入千兆以太網(wǎng)時代,；可以預(yù)見隨著這一技術(shù)的不斷發(fā)展，將出現(xiàn)越來越多的帶有POWERLINK接口的產(chǎn)品,，給用戶帶來的益處還是更可靠,，更方便，更高效,。

　　附：組織背景：

　　EthernetPOWERLINK標(biāo)準(zhǔn)化組織(EPSG)是一個獨(dú)立的組織,，由驅(qū)動和自動化行業(yè)的領(lǐng)袖企業(yè)創(chuàng)建于2003年。其宗旨是標(biāo)準(zhǔn)化并進(jìn)一步研發(fā)POWERLINK,。POWERLINK于2001年由貝加萊首先研發(fā)推出,。高性能實(shí)時通信系統(tǒng)是IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的擴(kuò)展,，確保實(shí)時數(shù)據(jù)微秒級傳輸,。EPSG同領(lǐng)先的標(biāo)準(zhǔn)化組織開展合作，如CAN自動化(CiA)及IEC?，F(xiàn)由貝加萊控制事業(yè)部經(jīng)理AntonMeindl先生擔(dān)任EPSGCEO一職,。