如今,特別是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)或工業(yè)4.0的背景下,許多工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的供應(yīng)商和制造商都渴望一個(gè)開放的、獨(dú)立于制造商的通信平臺(tái)。因此,制造商期望在全系統(tǒng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)越來越多的自動(dòng)化過程。因此,自動(dòng)化必須考慮IT系統(tǒng)在開放數(shù)據(jù)訪問方面的需求,以及工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)要求。以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)在這里發(fā)揮了重要作用。這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn),例如在共享傳輸介質(zhì)上高效同步傳輸大量數(shù)據(jù),優(yōu)于傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線。流行的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議,如PROFINET,EtherNet/IP,EtherCAT,POWERLINK等,允許或多或少地與http或TCP / IP等傳統(tǒng)協(xié)議共享相同的以太網(wǎng)介質(zhì)。
在本文中,將更詳細(xì)地考慮工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的要求(例如,可靠的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)的時(shí)間同步)。此外,ADI公司(ADI)的fido5000 REM開關(guān)將作為可能的產(chǎn)品解決方案進(jìn)行展示。該芯片有fido5100和fido5200變體,兩種型號的區(qū)別僅在于它們支持的以太網(wǎng)協(xié)議。fido5100支持除EtherCAT以外的主要工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議,而fido5200支持包括EtherCAT在內(nèi)的主要工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。
fido5000 快速眼動(dòng)開關(guān)
ADI公司通過fido5000提供具有兩個(gè)以太網(wǎng)端口的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、多協(xié)議(REM)交換機(jī)芯片。因此,兩個(gè)端口成為當(dāng)今的工業(yè)設(shè)備,未來的工業(yè)4.0應(yīng)用必須支持流行的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌缇€形和環(huán)形拓?fù)湟约靶切瓮負(fù)?。此外,可以連接任何主機(jī)處理器,因此開發(fā)人員可以使用自己的處理器以及首選的開發(fā)環(huán)境。fido5000 的所有這些可能性和功能如圖 2 所示。
圖2.fido5000 功能概述。
REM芯片和處理器之間的通信通過內(nèi)存總線工作,以實(shí)現(xiàn)高性能,低延遲/低ITTER工業(yè)以太網(wǎng)。內(nèi)存總線還為主機(jī)接口提供優(yōu)先通道技術(shù)。該濾波器技術(shù)由ADI公司開發(fā),由硬件/軟件組合組成。它確保對來自以太網(wǎng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)處理,而不受其協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)利用率的影響,因此不會(huì)受到非時(shí)間關(guān)鍵型數(shù)據(jù)流量的干擾。這意味著來自實(shí)時(shí)通道的數(shù)據(jù)比普通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)具有更高的處理優(yōu)先級。這種 PriorityChannel 技術(shù)如圖 3 所示,它顯示了四個(gè)隊(duì)列,可以在處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行微調(diào)。?
圖3.ADI公司優(yōu)先通道技術(shù)的概念。
除了開關(guān)功能外,fido5000還具有強(qiáng)大的定時(shí)器控制單元(TCU)。TCU 旨在實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的同步機(jī)制。輸入捕獲或輸出任何方波信號等附加功能可以通過四個(gè)專用輸出或四個(gè)通用輸入/輸出來實(shí)現(xiàn)。這些端口與同步時(shí)間直接同相。例如,可以在四個(gè)輸入中的任何一個(gè)輸入端以64位分辨率對邊沿的到達(dá)進(jìn)行時(shí)間戳。在輸出端,任何數(shù)字信號模式都可以與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步輸出。這意味著可以將用戶的應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步,甚至可以將周期時(shí)間降至小于 31.25 μs。
但fido5000的功能遠(yuǎn)不止于此——該芯片已經(jīng)為未來做好了準(zhǔn)備!fido5000支持時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)。未來基于TSN的工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用的需求將能夠滿足運(yùn)動(dòng)控制或安全等應(yīng)用非??量痰膶?shí)時(shí)要求。
TSN是由IEEE 802.1工作組定義的一組標(biāo)準(zhǔn)。它將與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)兼容。從本質(zhì)上講,TSN為交換以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間控制數(shù)據(jù)路由定義了第一個(gè)IEEE標(biāo)準(zhǔn)。因此,IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)系列中的確定性實(shí)時(shí)通信可以通過公共時(shí)基和時(shí)間表來實(shí)現(xiàn),該時(shí)間表是為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)組件上的消息路徑生成的。
除了純REM開關(guān)芯片fido5000外,ADI還提供fido5000的完整解決方案,稱為RapID平臺(tái)。RapID平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了所有常見的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議,可以毫不費(fèi)力地集成到非以太網(wǎng)現(xiàn)場設(shè)備中。這將使現(xiàn)場設(shè)備能夠滿足工業(yè)4.0應(yīng)用的要求。通用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)施已經(jīng)過預(yù)先認(rèn)證。RapID平臺(tái)的另一個(gè)有趣功能是動(dòng)態(tài)的集成Web服務(wù)器。它允許用戶讀取和修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù),并以非常簡單的方式輸入和輸出數(shù)據(jù)。
圖4.基于 fido5000 的 RapID 平臺(tái)可在評估套件中使用。
fido5000 REM 交換機(jī)和 RapID 平臺(tái)已經(jīng)為基于當(dāng)前工業(yè)以太網(wǎng)和未來 TSN 標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用提供了最佳先決條件。
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