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EA 工 业 以 太 网 专 辑  □上海工业自动化仪表研究所 缪学勤 实实时时以以太太网网技技术术最必威体育精装版新进进展展 在世界各国研发机构的共同推动下，以太网技术得以极其快速的发展，关键技术正逐个被攻破，工业现场环境的安装应用将被解决。随着初期研发投资被消化以后，工业以太网相对于现场总线的性价比优势将逐渐凸现。我们相信，从现在开始，就将会出现工业以太网和实时以太网迅速推广应用的局面。 问题很难解决，于是现场总线开始转向以太网。经过近几 工业控制网络的实时性要求 年努力，以太网技术已经被工业自动化系统广泛接受。众 所周知，Ethernet网络出现于1975年，并于1982年制定成 我们知道，用于工业自动化系统的网络通信技术来源于 为IEEE 802.3标准的第一版本，1990年2月该标准正式成 IT信息的计算机网络技术，但是又不同于一般的计算机网络 为ISO/IEC 8802.3国际标准。在这期间，Ethernet从最初 通信，这是因为IT网络通信是以传递信息为最终目的，而工 10 Mbit/s以太网，过渡到100 Mbit/s快速以太网和交换式 业控制网络传递信息是以引起物质或能量的运动为最终目标。 以太网，直至发展到今天的光纤以太网和万兆以太网。可 所以，用于测量和控制数据通信的主要特点是：允许对事件 以说，开放的Ethernet是30年来发展最成功的网络技术， 进行实时响应的事件驱动通信，很高的可用性，很高的数据 它是在与IEEE 802.4令牌总线局域网和IEEE 802.5令牌 完整性，在有电磁干扰和地电位差的情况下能正常工作，以 环局域网两个对手的竞争中脱颖而出的，并导致了一场信 及使用工厂内专用的传输线等。其中，最主要的要求是网络 息技术革命。Ethernet网的快速发展和广泛应用，有力地 通信的高实时性。 推动了高技术芯片和系统开发，从而大大提高了网络性能 对于工业自动化系统来说，目前根据不同的应用场合，将 和降低了系统成本。因而，Ethernet每年在世界上的安装 实时性要求划分为三个范围：信息集成和较低要求的过程自动 量超过上亿个节点。 化应用场合，实时响应时间要求是100 ms或更长；绝大多数 通常，人们习惯上将用于工业控制系统的以太网统称为 的工厂自动化应用场合实时响应时间的要求最少为5～10 工业以太网。但是，如果仔细划分，按照国际电工委员会 ms；对于高性能的同步运动控制应用，特别是在100个节点下 SCBSC 的定义，工业以太网是用于工业自动化环境，符合 的伺服运动控制应用场合，实时响应时间要求小于1 ms，同 IEEE 802.3标准，按照IEEE 802.1D《媒体访问控制(MAC) 步传送和抖动小于1μs。工业控制网络的实时性还规定了许 网桥》规范和IEEE 802.1Q《局域网虚拟网桥》规范，对其 多技术指标，如交付时间、吞吐量、时间同步、时间同步精度 没有进行任何实时扩展(Extension)而实现的以太网。通过采 以及冗余恢复时间等，对于这些性能指标都有详细的规定，例 用减轻以太网负荷，提高网络速度，采用交换式以太网和全 如：我国制定的《用于工业测量与控制系统的EPA、系统结构 双工通信，采用信息级、流量控制以及虚拟局域网等技术，到 与通信标准》的国家标准中规定网络的时间同步精度分为8个 目前为止可以将工业以太网的实时响应时间做到5～10ms， 等级，即0：无精度要求，1：＜1 s，2：＜ 100 ms，3：＜10 相当于现有的现场总线。工业以太网在技术上与商用以太网 ms，4：＜ 1 ms，5：＜ 100 μs，6：＜ 10 μ s，7：＜ 1 μs。 是兼容的。 对于响应时间小于5ms的应用，工业以太网已不能胜任。 工业以太网与实时以太网 为了满足高实时性能应用的需要，各大公司和标准组织纷纷 提出各种提升工业以太网实时性的技术解决方案。这些方案 长期以来，关于现场总线的争论不休，互通与互操作 建立在IEEE 802.3标准基础上，通过对其和相关标准的实时 64 | 电气时代2005年第6期 【工业以太网专辑】 扩展，提高实时性，并且做到与标准以太网的无缝连接，这 1.我国的EPA实时以太网 就是实时以太网(Real Time Ethernet，简称RTE)。为了规范 EPA(Ethernet for Plant Automation)用于工业测量与控制 这部分工作的行为，2003 年 5 月，IEC/SCBSC 专门成立了 系统的以太网标准是在国家科技部“863”计划的支持下，浙 WALL实时以太网工作组，该工作组负责制定IEC 61784－ 江大学、中科院沈阳自动化所、重庆邮电学院、大连理工大 2《基于ISO/IEC 8802－3的实时应用系统中工业通信网络行 学和清华大学等单