POWERINK冗余网络拓扑在流程工业中的应用.pdfVIP

POWERINK冗余网络拓扑在流程工业中的应用 前言 在流程工业中，高可用性（有效性）至关重要，关键的应用必须确保安全可靠性，需要 通过一种方式来阻止由于硬件损坏或者电缆受损时导致的功能性中断，这便是通过中央控制 单元的冗余来实现，如果IPC 当机，第二个单元需要立即通知故障并且接管失效单元的任 务，阻止正在操作的任务延迟，另一个要达到高可用性（有效性）的必要条件是线缆及控制 故障定位。 阿尔斯通是EPSG(POWERLINK标准组织)的成员之一，活跃于全球能源和运输领域。 公司基于POWERLINK研发了一套冗余系统，具有响应时间短、实时同步性高、高传输速率 及易于诊断的特点。 挑战 阿尔斯通之前仅使用”工厂执行协议FIP”，除非有必要使用另一个现场总线解决方案， 在我们必威体育精装版的过程序列中，现在的数据量已经超过了FIP的带宽，项目经理 斯戴芬.宝特赫 说：“因此我们需要一个能够处理更加大量的实时数据并且适应冗余拓扑的总线备选方案。 系统的选择 宝特赫解释了阿尔斯通的评判标准，重要的不仅仅在于诸如带宽之类的技术性能，也包 括系统的标准化，毕竟选择一个新技术总是带来很多投资保护的问题。 因此，控制技术需要保持长期的可用及透明度，我们深信Ethernet POWERLINK的开 放性允许我们开发适应任何过程的应用。此外，阿尔斯通要求整厂一致的方案。“我们在寻 找一个实时且具有确定性的网络以能够使得我们的集中过程通过分布的I/O来实现。”Potier 如是说到。阿尔斯通的系统专家们罗列出系统的需求后，复杂的决策过程持续了几个月的时 间，工程师们采用一个优先等级矩阵来对不同的符合条件的总线系统进行优点和缺点的比较 分析，权衡利弊，阿尔斯通最终选择了Ethernet POWERLINK及ProfiNet-IRT，这两个总线 满足了所有的需求及所期望的高速率，由于ProfiNet IRT那时候尚未正式在市场发布，真正 的选择就很清楚了。 POWERLINK历史 POWERLINK是由一家奥地利控制技术制造商— 贝加莱（BR）在2001年开发的。贝 加莱的目标是通过在IEEE802.3标准以太网协议的扩展在微秒级上实现实时数据传输。 POWERLINK对于其它的开发者而言是开放的，在2002年，它由一个民主开放的EPSG 组织领导，2003年，EPSG表决通过POWERLINK V2技术规范，它最重要的扩展是标准化 了基于CANopen标准定义的机制的应用接口。 POWERLINK POWERLINK的关键特性在于对网络上设备的时钟管理，不像标准以太网系统，在那里， 传输速度依赖于数据量，POWERLINK扩展性采用了时间槽的方法，这能够确保数据交换的 同步性，为了使得数据传输同步，应用了整个带宽并且阻止了数据冲突，在一个POWERLINK 总线内的设备被指派了管理节点(MN)功能，而同时所有其它设备则扮演一个受控节点(CN)， MN通过在一个时钟循环内发送请求(Poll 请求帧，PR eq),包括一个响应帧(PR es)给所有的 受控节点，来定义所有设备同步的时钟脉冲并控制数据通信。由于以太网是一个广播系统， 所有的网络节点能够接收数据，一个POWERLINK循环由四个周期构成，在“启动”周期，MN 发送循环帧启动(SoC)给所有CN使得设备同步。 循环的同步数据交换在第二个周期(循环周期) 内发生，下面的”非同步周期”使得非实时 数据传输得以实现。一个”空闲”周期完成了整个循环，由于时间槽方法阻止了不同设备同时 发送数据，在网段内HUB的数量不受限制，这允许用户实现任意拓扑结构，在任意一个网 段，各自的MN可以被指派多达240个受控节点，更多的POWERLINK优势在于这个基于软 件实现方式及已存的标准化，一个循环由实时Poll请求和Poll响应的实时脉冲及用于传输非 实时数据的非实时脉冲构成。 通过其它组织的工作，在这个领域提供了许多优势，我们已经在冗余技术方面积累了丰 富的经验，我们能够定位我们公司的开发前瞻性并且给予高可用性标准化巨大贡献。 解决方案 Alstom冗余模式是按照如下设计的：两个或更多的冗余管理节点（RMN）在网络层次 的顶端，只有一个作为主动管理节点AMN ，其它保持Stand-by （SMN ）状态并扮演一个受 控节点。SMN和CN的唯一不同在于SMN持续的监控所有网络及CN功能，在紧急情况下， 这能使得SMN具有AMB功能作为网络内的一个RMN，每个RMN必须能够配置所有网络设 备，其它RMN也不例外