施耐德电气与交通行业 - Schneider Electric

工 业 以 太 网 与 确 定 性 分 析
在 以 太 网 与 业 界 公 认 具 有 确 定 性 的 其 他 现 场 总 线 进 行 比 较 时 , 就 会 产 生 关 于
以 太 网 与 确 定 性 的 激 烈 争 论 。 有 些 人 认 为 相 比 其 他 专 用 工 业 现 场 总 线 系 统 ,
工 业 以 太 网 系 统 的 确 定 性 不 够 。 我 们 在 此 将 分 析 确 认 工 业 以 太 网 在 一 些 通 常
条 件 下 实 际 上 是 具 有 确 定 性 的 。
首 先 , 我 们 必 须 研 究 确 定 性 的 定 义 。 确 定 性 系 统 被 视 为 是 可 以 预 测 的 , 它 在
2 个 终 端 设 备 之 间 有 可 以 计 算 的 一 贯 的 响 应 时 间 。 确 定 性 系 统 中 的 应 用 响 应
时 间 (ART) 要 求 是 随 每 种 应 用 而 变 化 的 。 例 如 , 污 水 处 理 系 统 可 以 是 应 用
响 应 时 间 为 500ms 稳 定 而 可 预 测 的 确 定 性 系 统 , 而 多 轴 运 动 系 统 CNC 则 可
能 要 求 应 用 响 应 时 间 为 1ms。 以 上 两 例 说 明 , 确 定 性 是 每 种 特 定 应 用 中 随 客
户 和 过 程 要 求 变 化 的 因 素 。 确 定 性 的 实 质 是 适 应 当 前 应 用 要 求 的 每 一 次 运 行
均 具 备 可 预 测 性 和 一 贯 性 。 许 多 系 统 都 宣 称 自 己 具 备 确 定 性 , 但 如 果 仔 细 研
究 , 以 太 网 的 确 定 性 可 以 胜 过 其 中 最 好 的 系 统 。 以 一 种 分 布 式 输 入 输 出 系 统
(DIO) 为 例 , 其 从 属 I/O 控 制 器 必 须 由 一 个 主 PLC 控 制 。DIO 系 统 中 的 通 信
丢 失 将 导 致 进 程 失 控 。 由 于 改 变 DIO ART 性 能 预 期 的 网 络 变 更 造 成 的 任 何
延 迟 都 可 能 引 发 问 题 , 仅 仅 由 于 添 加 或 移 除 了 某 个 设 备 , 或 者 以 附 加 电 缆 延
长 网 络 都 可 能 需 要 不 可 预 测 的 逻 辑 及 时 间 变 更 。 尽 管 每 种 现 场 总 线 均 有 其 数
据 包 负 荷 , 以 太 网 还 是 能 够 在 扩 展 工 序 和 车 间 网 络 与 减 少 网 络 负 荷 及 性 能 损
失 方 面 寻 求 最 佳 的 平 衡 点 。 其 他 现 场 总 线 由 于 有 节 点 和 设 备 数 量 的 限 制 , 进
行 扩 展 时 必 须 以 非 常 严 格 的 方 式 付 出 成 本 。DIO 系 统 的 确 定 性 可 以 按 以 下 两
种 方 式 中 的 一 种 来 考 虑 。 第 一 种 是 系 统 确 定 性 , 它 包 括 的 逻 辑 解 决 和 组 件 服
务 、 网 络 接 口 传 输 以 及 设 备 的 响 应 。 系 统 确 定 性 也 可 以 被 认 为 是 应 用 响 应 时
间 (ART)。 它 可 以 定 义 为 某 IO 设 备 上 一 个 输 入 启 动 、 状 态 改 变 被 PLC 检 测
到 以 及 PLC 逻 辑 解 决 该 状 态 改 变 并 对 设 备 的 逻 辑 输 出 进 行 写 操 作 所 需 的 时
间 , 如 图 所 示 。 包 括 ART 若 干 基 本 组 成 部 分 :
● CPU 扫 描 时 间 和 底 板 模 块 通 信 处 理
● 分 包 及 从 PLC 网 络 接 口 传 输
● 通 过 网 络 或 现 场 总 线 的 传 输
● IO 设 备 的 接 收 和 处 理
● IO 设 备 将 新 的 状 态 确 认 值 提 供 给 PLC 原 发 以 及 PLC 逻 辑 处 理 此 改 变 的 响
应 时 间
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