當(dāng)前，工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)蓬勃發(fā)展，正在取代傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線技術(shù)(Profibus，CAN，Interbus，F(xiàn)ieldbus，DeviceNet，Modbus)，市場上出現(xiàn)了眾多實(shí)時(shí)通信技術(shù)，下文將對市場上主流的以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行比較。
工業(yè)以太網(wǎng)分類
ProfiNet IRT
ProfiNet提供了三個(gè)不同的版本，按照其實(shí)現(xiàn)和對應(yīng)用的實(shí)時(shí)性支持能力為ProfiNet/Cba,ProfiNet RT,ProfiNet IRT,其中ProfiNet/Cba是建立在Soft IP基礎(chǔ)上，采用交換機(jī)連接方式，由于交換機(jī)所帶來的時(shí)間延遲，因此，無法支持較快的同步速度，ProfiNet并不具備很高的實(shí)時(shí)性，而RT也無法滿足高速運(yùn)動(dòng)控制的需求，而ProfiNet IRT則是設(shè)計(jì)為更快速的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用，因此，采用了專用的芯片來實(shí)現(xiàn)，這使得其速度得到了大幅度的提高。
目前Profinet已經(jīng)開始大量使用，而ProfiNet IRT尚未正式得到大量使用.
Ethernet POWERlink
采用輪詢方式，由主站MN和CN構(gòu)成，系統(tǒng)由SoC開始啟動(dòng)等時(shí)同步傳輸，由主站為每個(gè)CN分配固定時(shí)間槽，通過這一機(jī)制來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，同時(shí)也通過多路復(fù)用和節(jié)點(diǎn)序列方式來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的效率，支持標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet報(bào)文，應(yīng)用層采用CANopen,Ethernet POWERlink無需專用的芯片，并且可運(yùn)行在多種OS上。
Powerlink多路復(fù)用技術(shù)
Ethernet Powerlink標(biāo)準(zhǔn)化組織EPSG在2007年宣布放棄對Powerlink所有專利的擁有，從而使得Powerlink技術(shù)成為了目前實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)里第一個(gè)也是唯一一個(gè)”O(jiān)pen Source Technology”－這意味著加入Powerlink組織的成員均擁有此技術(shù)。
SERCOSIII
通過主從結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，在一個(gè)SERCOSIII的數(shù)據(jù)中，主站與從站之間的數(shù)據(jù)包傳輸M/S同步數(shù)據(jù)交換與CC直接交叉通信數(shù)據(jù)以及Safety數(shù)據(jù)，由Sync同步管理機(jī)制來控制各種數(shù)據(jù)傳輸方式的進(jìn)行。
EtherCAT
采取一種所謂“數(shù)據(jù)列車”的方式設(shè)計(jì)，“邊傳輸邊處理”的方式按照順序?qū)?shù)據(jù)包發(fā)送到各個(gè)從節(jié)點(diǎn)，然后再回到主站，這樣的話，任務(wù)的處理將在下一個(gè)周期里完成，主節(jié)點(diǎn)通常采用PC，而從節(jié)點(diǎn)背板間采用LVDS-低壓差分驅(qū)動(dòng)信號傳輸方式，可以達(dá)到非常高的數(shù)據(jù)交換，但是，這同時(shí)也意味著從站需要特殊的硬件，ASIC或FPGA,由于EtherCAT有ASIC，其并不主推FPGA方案。
由于采用集束幀的方式，該數(shù)據(jù)傳輸方式只能采用環(huán)形冗余或星形冗余方式，在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上會(huì)受到一定的限制，另外，由于其傳輸是一個(gè)循環(huán)而處理是一個(gè)循環(huán)，這就使得它通常需要兩個(gè)周期才能完成一次交換，其效率較低，通常對于小數(shù)據(jù)量的系統(tǒng)比較快速，而對大數(shù)據(jù)量節(jié)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)該網(wǎng)絡(luò)速度反倒較低。
Ethernet/IP CIP
采用消費(fèi)者與生產(chǎn)者模式運(yùn)行整個(gè)過程。
Ethernet/IP CIP基于原有的Rockwell AB的DeviceNet,ControlNet的控制和信息協(xié)議，采用了在OSI的會(huì)話層和表示層的修改，作為一種軟件形式的協(xié)議，它顯然具有較高的數(shù)據(jù)通過率，適應(yīng)于大塊的數(shù)據(jù)通信，因此，更適合作為網(wǎng)關(guān)和交換設(shè)備的應(yīng)用，其實(shí)時(shí)性卻受到一定的限制，但是，它完全兼容標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，因此，具有很好的到工廠與企業(yè)的IT層互聯(lián)的能力。
主要特點(diǎn)比較
下表對主要的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了比較，羅列如下：
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節(jié)點(diǎn)安裝現(xiàn)狀與未來發(fā)展
當(dāng)前安裝狀況：
各以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展歷史說明其技術(shù)的成熟度，據(jù)IMS的一份報(bào)告顯示，Ethernet TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)最多，這些通常應(yīng)用于與上位的管理系統(tǒng)的連接，如PLC、IPC與ERP、MRP系統(tǒng)的連接，通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，由于數(shù)據(jù)沒有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求，因此，普通的以太網(wǎng)即可使用，而Modbus基礎(chǔ)上升級的Modbus TCP借助傳統(tǒng)的Modbus占據(jù)了較大的安裝量，但是，這些通常應(yīng)用于PC到PLC、伺服的程序下載，與HMI的連接或者儀表層的接口，因此，其應(yīng)用也非是實(shí)時(shí)性較高的領(lǐng)域，而Ethernet/IP和ProfiNet都是應(yīng)用于流程工業(yè)領(lǐng)域的，其實(shí)時(shí)性并不是特別高，一般在5mS～100mS等級，而真正的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)應(yīng)用則是Ethernet POWERlink, EtherCAT, SERCOSIII, CC-link IE, 其中，Ethernet POWERlink具有最大的節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)，這與Powerlink技術(shù)推出較早有較大的關(guān)系，也與Powerlink產(chǎn)品在實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)采樣、運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用有關(guān)。
支持廠商
目前EtherCAT由超過1000個(gè)支持廠商，而POWERlink則有超過800個(gè)支持廠商，在中國POWERlink技術(shù)因?yàn)槠洹癘penSource Technology”的原因取得了廣泛認(rèn)可，而EtherCAT則由于其先行的市場推廣而同樣具有眾多的開發(fā)廠商。SERCOS則在傳統(tǒng)的CNC和機(jī)器人領(lǐng)域有一定的市場擁護(hù)者，ProfiNet由于SIEMENS的強(qiáng)大市場號召力，雖然其推廣目前受到ProfiBus的使用而未進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)際推廣，但是，依賴于SIEMENS本身產(chǎn)品如S7-1200，S7-300系列帶有ProfiNet接口產(chǎn)品的應(yīng)用而會(huì)快速成長。
未來分析
根據(jù)ARC對于未來實(shí)時(shí)通信的預(yù)測，將劃分為兩大方向，一種是由先天的市場占有而引起的市場發(fā)展例如：ProfiNet, Ethernet/IP其主流支持廠商具有較強(qiáng)的市場地位，因此，這類總線將在廣泛市場上占據(jù)主導(dǎo)，而Ethernet Powerlink、SERCOSIII、EtherCAT則更為偏重于專業(yè)市場如智能電網(wǎng)、航空航天、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、醫(yī)療等領(lǐng)域各自發(fā)揮其專業(yè)性。
來自中立機(jī)構(gòu)的預(yù)測也顯示這幾種實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的未來市場預(yù)測，由此可以看出，ProfiNet和Ethernet/IP將占據(jù)較大的份額，而Powerlink、EtherCAT、SERCOSIII同樣占據(jù)一定的市場份額。
