SIMATIC S7-1500模擬量輸出模塊SIMATIC S7-1500模擬量輸出模塊

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隨著工業(yè)自動化對信息傳輸速度和數(shù)據(jù)量、系統(tǒng)控制精度、分布式控制要求的不斷提高，尤其是對實時性提出了很高的要求，傳統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的一些不足制約了工業(yè)控制網(wǎng)絡的技術(shù)發(fā)展，誕生一些基于以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場總線，例如，Powerlink、EtherNet/IP、ModBusTCP、ProfinetRT、EtherCat、Mechatrolink等這些工業(yè)實時以太網(wǎng)的技術(shù)。

??其中，Powerlink由奧地利貝加菜(B&R)公司推出后，貝加菜、ABB、Hikechmann、Kuka、Lenze等數(shù)十家企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)聯(lián)合成立了EPSG(Ethemet Poverlink Standardion Group，以太網(wǎng)Powerlink標準化組織)。Powerlink是一個易于實現(xiàn)的、高性能的、開放的、沒有壟斷的、真正的互連互通的工業(yè)實時以太網(wǎng)。2012年3月，Powerlink協(xié)議被國家標準化管理委員會批準為首個中國國家推薦性工業(yè)以太網(wǎng)標準，標準號為GB/T27960—2011，這意味著Powerlink這一全球范圍廣泛使用的實時通信技術(shù)得到了中國官方的認同和支持。

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?1.工業(yè)控制系統(tǒng)的實時性

??實時性是指能夠在限定時間內(nèi)執(zhí)行完規(guī)定的功能并對外部的異步事件做出響應的能力。工業(yè)控制要求控制系統(tǒng)對所監(jiān)控的輸入在一定時間內(nèi)做出響應，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求很大程度上依賴于特定的應用，不同 實時級別應用的實時性要求可以劃分為四個級別。實時性能的四個級別如圖2.29所示。

圖2.29 實時性能的四個級別

??對于工業(yè)控制網(wǎng)絡，實時性要求網(wǎng)絡通信必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成，且在時間上可以預測。為了滿足工業(yè)控制對時限的要求，通常采用具有確定性的、有限排隊延遲的專用實時通信網(wǎng)絡。在實際工程應用領(lǐng)域，為了滿足高實時性應用的要求，各大公司和標準組織紛紛提出各種提升工業(yè)以太網(wǎng)實時性的技術(shù)解決方案，將以太網(wǎng)的實時響應時間提高到低于1ms，從而誕生了實時以太網(wǎng)。

??2.工業(yè)實時現(xiàn)場總線的分類與比較

??工業(yè)實時現(xiàn)場總線從性能上分為高實時總線和低實時總線兩類。

??高實時性的總線Powerlink，EtherCat，Mechatrolink，其中Powerlink實際的實時性能最高為100μs的循環(huán)周期，EtherCat 實際的實時性能最高為250μs的循環(huán)周期。在這三種總線中EtherCat 和Mechatrolink需要用專用的ASIC才能實現(xiàn)，之采用ASIC芯片來實現(xiàn)是為了能夠控制市場。由于EtherCat和Mechatrolink只解決了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，用戶需要自己實現(xiàn)應用層。又由于不同用戶實現(xiàn)的應用層可能不同，就會造成同樣基于EtherCat的設備不能相互通信。Powerlink是在普通以太網(wǎng)上實現(xiàn)的方案，無須ASIC芯片，用戶可以在各種平臺上實現(xiàn)Powerlink，例如，F(xiàn)PGA、ARM、x86CPU等，可以說，只要有以太網(wǎng)的地方，就可以實現(xiàn)Powerlink。Powerlink公開了所有的源碼，任何人都可以免費下載和使用(就像Linux)。Powerlink的源碼里包含了物理層(標準以太網(wǎng))、數(shù)據(jù)鏈路層(DLL)、應用層(CANopen)三層完整的代碼，用戶只需將Powerlink的程序在已有的硬件平臺上編譯運行即可。

??低實時性的總線EtherNet/IP，ModBusTCP，ProfinetRT。這三種總線可以用普通的以太網(wǎng)實現(xiàn)，它們基本上是對TCP/IP協(xié)議的修改或補充，沒有從根本上解決實時的需求。

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