以太網(wǎng)如何將確定性引入更廣泛的工業(yè)系統(tǒng)

以太網(wǎng)增加了確定性在工業(yè)系統(tǒng)中的覆蓋范圍

曾幾何時，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的決定性主要是協(xié)調(diào)運動和CNC式應(yīng)用的領(lǐng)域。1人們普遍認(rèn)為，石油和天然氣、風(fēng)力發(fā)電甚至某些類型的制造業(yè)等領(lǐng)域的核心應(yīng)用永遠(yuǎn)不會真正需要確定論所能提供的可證明的效率提升。

為什么決定論過去僅限于少數(shù)幾個應(yīng)用程序

這個假設(shè)的原因是什么？對于初學(xué)者來說，以太網(wǎng)速度長達(dá)數(shù)十年的提高以及串行網(wǎng)絡(luò)逐漸被基于以太網(wǎng)的協(xié)議（例如，Modbus TCP，EtherNet/IP和PROFINET）取代，這意味著自動化和控制系統(tǒng)不斷變得更快，并獲得更多帶寬。這些轉(zhuǎn)變的收益足夠大，足以使決定論的好處相比之下顯得次要。

還有一個實際問題 - 或者更確切地說，障礙 - 確保最初不包含它的標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.3以太網(wǎng)）的確定性。盡管以太網(wǎng)始終比半雙工和固有的確定性串行連接（如RS-232和RS-485）具有更高的帶寬，但在1990年代全雙工交換以太網(wǎng)的編碼和商業(yè)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的發(fā)展之前，其響應(yīng)時間是不可預(yù)測的。

像PROFINET這樣的協(xié)議象征著以太網(wǎng)解決方案如何解決工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的確定性和易于實施的問題。PROFINET實際上定義了三種協(xié)議，用于不同的響應(yīng)范圍，從100毫秒到小于1毫秒。2為了實現(xiàn)差異化，它在處理需要實時或常時等量實時性能以縮短周期時間的工作負(fù)載時繞過標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP（適用于其三層中要求最低的）。

PROFINET也是一個開放協(xié)議，盡管許多供應(yīng)商為了自己的目的而修改了該協(xié)議。與EtherCAT等替代品一樣，它承諾相對容易且具有成本效益地集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中，大部分更改都在應(yīng)用層進行。此外，大型供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)有助于整體實施。這些優(yōu)勢以及以太網(wǎng)的總體發(fā)展使得實現(xiàn)確定性不僅在以運動為中心的架構(gòu)中越來越可行，而且在更簡單的架構(gòu)中也越來越可行，例如PLC系統(tǒng)。

以太網(wǎng)如何更廣泛地使用確定性

也許具有諷刺意味的是，以太網(wǎng)，一種非確定性標(biāo)準(zhǔn)，為各種工業(yè)系統(tǒng)的確定性鋪平了道路。盡管如此，它仍然速度快，可以長距離使用，并且能夠在單根線上傳輸多種類型的數(shù)據(jù)。重要的節(jié)點不再需要像一些專有的現(xiàn)場總線那樣緊密地放置在一起以確保準(zhǔn)時交付。布線也得到了簡化，使得通過以太網(wǎng)的確定性更具吸引力，因為它有助于簡化管理和成本。

“此功能過去僅存在于功能安全、狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等獨立解決方案中，”1EtherCAT技術(shù)集團的Joey Stubbs在2012年告訴Automation World?！皩τ谟脩魜碚f，這降低了成本并減少了編程工作量，同時提高了整個系統(tǒng)的診斷能力?，F(xiàn)在，這些子系統(tǒng)可以簡單地作為主控制器中的軟件模塊實現(xiàn)，并且所有變量、診斷和狀態(tài)都可以自由通信，而不是為每個子系統(tǒng)提供單獨的硬件附加組件。

當(dāng)然，為網(wǎng)絡(luò)添加確定性可能會給互操作性和通信帶來復(fù)雜性，因為另一個層正在添加到基本的TCP / IP中，就像PROFINET用于其更高性能協(xié)議一樣。制造商必須確保他們與滿足其特定業(yè)務(wù)需求的以太網(wǎng)解決方案供應(yīng)商合作。確定性可以在許多系統(tǒng)中產(chǎn)生顯著的收益，并且可以在應(yīng)用程序的整個生命周期中真正累積起來。

審核編輯：郭婷