21、自动化应用中的实时以太网技术解析

自动化应用中的实时以太网技术解析

1. 引言

国际现场总线标准化进程充满挑战。早期在1985年启动后，因公司政治和市场利益等因素，原本统一现场总线的设想破灭，转而标准化了一系列现有系统。欧洲CENELEC采用多卷标准，国际电工委员会（IEC）则定义了协议模块矩阵及组合指南。2000年12月31日，IEC 61158标准的采用标志着现场总线竞争暂告一段落。

与此同时，办公领域以太网和TCP/IP网络广泛渗透，网络基础设施成本降低，连接变得便捷。然而，自动化领域仍使用专用现场总线，这成为从互联网访问自动化设备的障碍。因此，人们开始思考能否在自动化技术中应用以太网。

将以太网技术用于工业控制器间通信，甚至与现场设备通信，可实现现场区域的直接互联网连接，如通过Web浏览器实现远程用户界面。但采用以太网技术不能导致现场区域所需功能的缺失，如时间确定性通信、现场设备间的时间同步动作以及高效频繁的小数据记录交换。同时，还需保留办公以太网通信能力，以确保相关通信软件可用。

这就产生了以下要求：
- 支持办公以太网向实时以太网（RTE）的迁移。
- 尽可能使用标准组件，如网桥、以太网控制器和协议栈。

为实现高质量的数据传输，减少TCP/IP数据流量带来的抖动和干扰，可能需要开发更多网络组件。RTE是一种使用以太网作为下两层的现场总线规范。不过，工业RTE设备既无法像办公设备那样廉价，普通以太网也难以满足硬实时控制应用的要求。为此，许多研究项目提出了服务质量引入、交换机数据包处理修改或设备间同步等解决方案。IEC/SC65C委员会完成了RTE的标准化项目，定义了相关方面，但也存在多种竞争解决方案。

2. IEC标准化结