一：引言

　　隨著(zhù)計算機、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(chǎng)、企業(yè)乃至世界各地的市場(chǎng)，因此，需要建立包含從工業(yè)現場(chǎng)設備層到控制層、管理層等各個(gè)層次的綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )平臺，建立以工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為基礎的企業(yè)信息化系統?，F代化的污水處理廠(chǎng)系統同樣提出了類(lèi)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(guò)程，肩負著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)運行一線(xiàn)測量與控制信息傳輸的特殊任務(wù)，并產(chǎn)生或引發(fā)物質(zhì)或能量的運動(dòng)和轉換，因此它通常應滿(mǎn)足強實(shí)時(shí)性、高可靠性、惡劣的工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境適應性、總線(xiàn)供電等特殊要求和特點(diǎn)。提到此，大部分人腦海中會(huì )出現了各種現場(chǎng)總線(xiàn)(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(chǎng)上各有其專(zhuān)攻的市場(chǎng)及擁護者，20多年來(lái)各占一方擁兵自重，無(wú)法妥協(xié)出一個(gè)共同國際標準。在后來(lái)的實(shí)際項目實(shí)施中也不可避免的涉及到了多種現場(chǎng)總線(xiàn)的通訊問(wèn)題，如與鼓風(fēng)機設備（國外原裝進(jìn)口設備）Profibus-dp的通訊，與高、低壓室多功能電量采集儀、紫外消毒設備控制系統的Modbus通訊，那么是否還有更好的總線(xiàn)標準在類(lèi)似項目中可供選擇的呢？Ethernet Powerlink(EPL)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的技術(shù)無(wú)疑讓人眼前一亮。

　　二：ETHERNET POWERLINK技術(shù)

　　ETHERNET POWERLINK（簡(jiǎn)稱(chēng)EPL）國際標準化組織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(gè)OEM用戶(hù)在40000多臺設備和項目上使用了EPL，EPL在全球有450多個(gè)成員、用戶(hù)和支持者，節點(diǎn)數超過(guò)了30萬(wàn)個(gè)。EPL的主要技術(shù)指標有：用標準以太網(wǎng)IEEE802.3u(Fast Ether-net)作為傳輸媒介；傳輸速率100Mb/s；使用標準Hub和標準接線(xiàn)；實(shí)時(shí)數據傳輸周期最小達200μs；抖動(dòng)小于1μs；可同時(shí)傳輸實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數據；可同時(shí)傳輸IP協(xié)議；使用以太網(wǎng)標準硬件設備，并且支持冗余技術(shù)。它不僅具有工業(yè)以太網(wǎng)的標準的可靠性及環(huán)境適應性，還很好的解決的標準以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的實(shí)時(shí)性問(wèn)題，由于我們更傾向它的實(shí)際應用效果，所以對EPL內部工作機制不在描述，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(gè)圖可以更好的說(shuō)明EPL的出現給工程設計、項目實(shí)施以及后期的維護帶來(lái)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(gè)層次：

　　1：傳感器層（Sensor Layer）：對象是各類(lèi)傳感器及執行器，該層主要處理各類(lèi)傳感器、各類(lèi)執行機構間的通訊，通訊量很小，通常按字節進(jìn)行傳輸，通訊速率< 1kb，但實(shí)時(shí)性要求很高，ms級別。

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

　　3：處理器層（Cell Layer）：對象是各個(gè)CPU控制器，該層主要處理各個(gè)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(mǎn)足要求，實(shí)時(shí)性要求稍高，100ms級別。

　　4：管理層（Management Layer）：對象是各個(gè)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(gè)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(shí)性要求不高，s級別即可。管理層之上通常還有一層可稱(chēng)為公司層，主要運行相關(guān)的ERP系統及其他管理系統，主要負責和管理層數據庫的通訊，通訊量大，實(shí)時(shí)性同樣不高。

　　在各個(gè)層次的分配中，我們可以看到各種現場(chǎng)總線(xiàn)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(guò)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(shí)在傳感器層、過(guò)程控制層、處理器層及管理層四層網(wǎng)絡(luò )中應用的協(xié)議，真正實(shí)現了一線(xiàn)到底，由于EPL即使是基于標準以太網(wǎng)上發(fā)展起來(lái)的，所以它的配置、升級、擴容都很方便，它的出現很好的克服了傳統現場(chǎng)總線(xiàn)互不兼容，不能真正實(shí)現信息無(wú)縫共享；速率低，應用有限；專(zhuān)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是標準以太網(wǎng)上惟一的符合IAONA實(shí)時(shí)類(lèi)“3+4”的實(shí)時(shí)協(xié)議。無(wú)論連接上多少臺站(station)或不管周期時(shí)間是200微秒還是10毫秒，這項技術(shù)始終保證了不超過(guò)1微秒(抖動(dòng))的精確定時(shí)。在點(diǎn)在類(lèi)似與傳感器/執行器層實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)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(lái)的指令在一個(gè)確定的時(shí)間內能獲得相應。

? 100%兼容以太網(wǎng)標準

　　EPL兼容快速以太網(wǎng)IEEE 802.3u標準。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(shí)間敏感數據同時(shí)傳送，從而實(shí)現從管理層到驅動(dòng)器和傳感器的無(wú)縫的IT集成。符合標準的另一個(gè)好處是我們可以利用標準IT網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)，利用光纖技術(shù)通訊距離也不再是個(gè)限制。

　　滿(mǎn)足未來(lái)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(lái)更加誘人，但它們主要是為消費設備設計的，不能最佳地滿(mǎn)足企業(yè)和工業(yè)環(huán)境的應用需求。

　　易于使用

　　簡(jiǎn)單的布線(xiàn)和配置對于機器制造商十分重要。EPL網(wǎng)絡(luò )可以使用直線(xiàn)、星形和樹(shù)形等布線(xiàn)拓撲結構。與基于交換機的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)系統不同，EPL不僅提供了極高的定時(shí)精度，而且還提供了適應項目需要的網(wǎng)絡(luò )結構。支持多樣的拓撲結構給設計院在設計過(guò)程中也帶來(lái)了很大的便利，不用再擔心控制站點(diǎn)的分布是否超出范圍等等。

　　無(wú)需定制硬件

　　除了100%標準以太網(wǎng)兼容外，EPL還只需使用標準的以太網(wǎng)芯片。在實(shí)現微秒級周期時(shí)間和精度時(shí)，設備制造商不需要采用專(zhuān)用ASIC芯片。因此在設備中使用EPL技術(shù)的廠(chǎng)商可以自由地利用他們選擇的標準芯片廠(chǎng)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(hù)方的接受。

　　跨所有節點(diǎn)的信息交換

　　EPL允許信息在網(wǎng)絡(luò )中任意兩個(gè)或多個(gè)節點(diǎn)之間交換。與一些所有信息必須經(jīng)過(guò)一臺主設備的現場(chǎng)總線(xiàn)或以太網(wǎng)的模式不同，在使用EPL網(wǎng)絡(luò )時(shí)，數據會(huì )被發(fā)送給網(wǎng)絡(luò )中所有的節點(diǎn)。

　　保護工作模式

　　在保護工作模式下，EPL能夠管理抖動(dòng)始終低于1微秒、最低200微秒的周期時(shí)間。利用橋接器或路由器將實(shí)時(shí)的網(wǎng)段與開(kāi)放的IT網(wǎng)絡(luò )分離，以避免網(wǎng)絡(luò )沖突。通過(guò)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(kāi)放工作模式

　　在開(kāi)放工作模式下，EPL協(xié)議用于開(kāi)放交換網(wǎng)絡(luò )，并且利用IEEE 1588提供定時(shí)同步。在實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )與IT開(kāi)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(shí)間為毫秒級的低實(shí)時(shí)時(shí)或中實(shí)時(shí)要求的系統中。

　　四：后記

　　基于以上的特點(diǎn)，我們在2003年項目初期就向設計方和業(yè)主方介紹了EPL技術(shù)，也得到了雙方的一致認同。我們在主干網(wǎng)絡(luò )以及各個(gè)現場(chǎng)控制中均設置了EPL網(wǎng)絡(luò ),再利用B&R PCC系統本身在網(wǎng)絡(luò )方面極好的融合能力，項目實(shí)施后得到了業(yè)主及設計院方的高度評價(jià)，EPL網(wǎng)絡(luò )的使用，不僅投資上沒(méi)有增加，還給后續的擴容及維護帶來(lái)了很大的便利。由于項目實(shí)施時(shí)，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(méi)有推向市場(chǎng)，EPL一線(xiàn)到底的優(yōu)勢并沒(méi)有發(fā)揮完全，但目前來(lái)說(shuō)，這一問(wèn)題已經(jīng)得到了很好的改觀(guān)，我們在后續的項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。據悉，2008年初，Ethernet POWERLINK工業(yè)以太網(wǎng)順利通過(guò)IEC國際標準；且EPSG組織也宣布將POWERLINK源代碼開(kāi)放，個(gè)人及廠(chǎng)商均可在網(wǎng)上下載到此技術(shù)的源代碼，開(kāi)發(fā)自己的POWERLINK產(chǎn)品；同時(shí)貝加萊公司也宣布EPL率先邁入千兆以太網(wǎng)時(shí)代；可以預見(jiàn)隨著(zhù)這一技術(shù)的不斷發(fā)展，將出現越來(lái)越多的帶有POWERLINK接口的產(chǎn)品，給用戶(hù)帶來(lái)的益處還是更可靠，更方便，更高效。

　　附：組織背景：
　　
　　EthernetPOWERLINK標準化組織(EPSG)是一個(gè)獨立的組織，由驅動(dòng)和自動(dòng)化行業(yè)的領(lǐng)袖企業(yè)創(chuàng )建于2003年。其宗旨是標準化并進(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(shí)通信系統是IEEE802.3以太網(wǎng)標準協(xié)議的擴展，確保實(shí)時(shí)數據微秒級傳輸。EPSG同領(lǐng)先的標準化組織開(kāi)展合作，如CAN自動(dòng)化(CiA)及IEC?，F由貝加萊控制事業(yè)部經(jīng)理AntonMeindl先生擔任EPSGCEO一職。