帶有切割功能的表格、宣傳冊、日歷和郵件打印是一個高速的工作，具有高精度的要求。當Jakob Graphic Services GmbH升級這種操作時，運動控制和短的啟動時間是選擇網絡的關鍵指標。

        這些復雜打印工作具有很多步驟，諸如切割、膠合、打孔和裝訂。所有這些步驟是緊密結合的。Jakob，位于德國的普豐施塔特（Pfungstadt），處理了很多類似的工作，而且啟動時間必須很短，生產時不能停車。

        切割也是一個重要的工作。分開的切割必須與紙幅速度保持同步，這樣可以達到最大的生產率。這個網絡連接了壓機和切割工具，必須在準確的時間傳遞信息，否則就會在錯誤的地方切割，損毀了印刷的材料。設備要與紙卷一起工作，紙卷的最大直徑可達50英寸，紙卷的寬度范圍從4到27英寸。

        Jakob使用了來自Kollmorgen的硬件和軟件來處理這些高精度的工作。Radford, Va., 設備制造商使用了EtherCat以太網來滿足實時的要求。這樣的選擇對于Kollmorgen是重要的， 但多數的用戶不是真正在意使用什么樣的網絡結構來處理這種關鍵確定性的命令。 

        “很多用戶不太考慮確定性的問題。他們僅是關心他們的應用，他們希望在一分鐘里，按特定的精度，整理或者切割350袋紙，”在 Kollmorgen的高級系統工程師Carroll Wontrop說道。用戶非常希望知道以太網是否可以用于通信，但僅有非常資深的工程師才知道哪些變量用于數據包，它們都是極具時間敏感性的指令。

        在很多工業供應商中，這是真實的故事。有很多應用需要確定性的網絡，并且它們的數量隨著生產設備運行的更快而不斷增長，用戶期望極為精確的切割、裝訂和密封。在這些應用的多數要求中，包傳遞的時間必須用納秒來測量。

時間就是一切

        專注于網絡設計的工程師花費很多時間定義需求的確定性等級，因此用戶能夠滿足他們設計需要，而不用關心數據位是怎樣傳遞的。當這些專家關注網絡結構時，他們更關心低階秒的傳輸性能。

        “EtherCat能夠在輸出設備的出線端，實際信號的抖動數量為 +/- 20 納秒，”北美EtherCat 技術組織設在德州奧斯丁辦公室的代表Joey Stubbs說道。

        網絡開發者采用電氣和電子工程師協會（IEEE）發布標準的優勢，這些標準在需要技術的環境中被廣泛接受。IEEE 1588冗長的標題解釋它的基本概念：“用于網絡測量和控制系統的精確時鐘同步協議標準。”它確保在一個精確時間完成所有操作。

        “使用EtherNet/IP和IEEE 1588時間同步，你可以在100納秒之內同步多個節點，”位于俄亥俄州，梅菲爾德海茨，羅克韋爾自動化的供應商應用工程經理Steve Zuponcic 說道。“當每個節點精確地知道時間是多少，你就可以告訴每個驅動器和每個電動機在一個確定的時間到達一個確定的點。它們都是同步的，完成你需要的準確控制。”

        網絡開發者需要把這些技術嵌入他們的設備和軟件中，使用戶不用為在一秒鐘發生幾千步的程序步驟而犯愁。即使這樣，很多控制工程師直到最近才參與了基于時間系統的工作，他們可以使用眾所周知編程語言來設立他們的工作節點。

        “協同運動控制使用絕對時間是一個新概念。對于編程人員來說它是透明的，” Zuponcic說。“與使用SERCOS（串行實時通信系統）編程沒什么不同，可以使用相同的指令，和他們原先的一樣。”

        當客戶正在建立他們的系統，他們通常必須阻止把所有數據都用最高的優先級進行傳送。如果所有通信都在網絡上按峰值速率傳送，網絡很快就會達到飽和點。“不是每件事都需要確定性。如果你把每件事都做為時間關鍵事務，你就沒有空間了，” Wontrop說。“客戶必須知道他們需要的性能，哪些信息從A點到B點需要是確定性的。”

        時間在EtherCat網絡中也是重要的，主站同步和鎖定所有設備時鐘到一個參考時鐘時間。有效發布一個精確的64位時間值到所有現場從設備。主站這樣可以用同樣的系統時間同步和鎖定網絡上的所有時鐘。

        “用這樣的方法，網絡的確定性和抖動可以從以太網幀的抖動脫離。這使得EtherCat工作不需要昂貴、專用主站控制器卡。”Stubbs說。

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使用環網

        雖然有一個強勁的驅動實施確定性網絡，不是所有人需要納秒級的傳送時間。雙口節點已經可以非常簡單滿足主流網絡的需求，不用增加硬件或者軟件把時間縮到最短來實現確定性。

        “我們相信如果我們得到50到100毫秒的確定性，我們可以覆蓋80－85％的應用，” 自動化供應商施耐德電氣以太網市場部的經理Dan DesRuisseaux說，位于Raleigh, N.C.

        使用雙口或者四口設備做成環狀拓撲是一個簡單的方法滿足時間敏感性需求，它們接受毫秒級的數據傳送時間。這種配置使得節點在一個口發送數據而在另一個口接收數據。環結構也使得信號可以反方向傳送，如果有電路斷開或者節點失效，減少宕機時間。“當你的可編程控制器（PLC）有兩個口，你具有多個故障容錯，”西門子工業公司的網絡咨詢顧問Marty Jansons說道，位于Norcross, Ga.

        另一種選擇是把需要的任務放在有傳輸限制的網上。這種方法不總是適用，但它可以提供足夠的吞吐量確保數據包及時到達。當網絡節點不是很多時，用戶不必限制他們自己成環或者回路。

        “CC-link IE 現場網絡可以采用不同的拓撲結構，以適應用戶的不同應用。走線布局可以是菊花鏈、星形、或者任意的組合－或者甚至一個回路，”CC-link 伙伴協會的美洲總監Chuck Lukasik說道，位于Vernon Hills, Ill.

        使用小型、專用的網絡可能增加一些成本，但它也可以幫助控制支出。比如，施耐德可以使用商場里的市售設備諸如思科的路由器和標準的可編程控制器（PLC）設計控制網絡。 小型環可以具有很高的性能。

        “我們創建的專用環僅有不多的設備在上面跑，”DesRuisseaux 說道。“我們知道它們的性能，我們不把像錄像機或者PC（個人電腦）等占用高帶寬的組件放在網絡上。采用控制環和安裝少量設備，用戶可以把延時確定在10到20毫秒之間。”

        使用雙口和四口的節點，通信可以足夠的牢靠。多口PLC可以在它們發送數據時同時接收數據，比起只有一個口的老式組態性能和可用性都有大幅度提高。DesRuisseaux解釋道：不斷增加的輸入/輸出（I/O）設備正轉向使用雙口版本，這使得它實施更為簡單。這種體系架構可以用在現場總線層。

        在很多拓撲結構中，設備的放置是非常重要的。如果信號遠離一臺中心控制器，數據包通過交換機會產生更多的延時。如果設備發送和接收多個信號非常接近網絡的終點，這也會使交換機超載。“你不想把圖像系統或者人機界面放在線路的終點，”Carl Henning說道，他是PI 北美的代理總監，從前是Profibus行業組織，辦公室位于Scottsdale, Ariz。“它們具有很多通信量。當它通過很多交換機時，它占用了很多可用帶寬。”

擴展領域

        建立實時網絡的另一個的方面是確保所有關鍵設備不需要網關或者轉換器就能夠通信。雖然以太網正在工業領域里廣泛使用，現場總線不會馬上消失。很多老設備不能兼容以太網，甚至很多新產品為了保持價格低廉，也避開以太網而采用簡單的現場總線。

        然而，隨著控制器的成本下降，以太網的連接會不斷從骨干網進一步往前推進。“我們正在把以太網技術加入到更多的產品中去，產品開發人員都理解協議，”Jansons說道。“Profinet協議將植入更多的現場設備中。”

        網絡確定性網絡工作更加有效，這些低層設備必須具有接收高速報文和快速處理指令的能力。如果簡單設備不能滿足這些要求，網絡的能力就沒有充分發揮。

        “一個確定性網絡不一定意味著一個確定性系統，”Stubbs說道。“對于工業基礎實施和控制，整個系統需要滿足應用的需求，無論這意味著包括時間戳輸入、在精確的時間確保輸出，包括超出采樣模擬量值，或者調整復雜的運動控制網絡。現場設備必須按一種方法集成，使他們作為確定性系統的一部分執行工作。”

        除了進行適當的集成，設計人員必須確保設備具有記憶能力和處理能力，保持確定性所要求的通用速度。很多中央處理單元（CPU）芯片可以同時處理通信和通用目的計算，所以有可能超載。隨著節點增加信息發送量的上升，微控制器的處理能力也必須提高。

        “使用確定性以太網的服務越多，可以執行運動控制任務的能力就越少，” Wontrop 說道。“節點處理數據的能力是一個重要因素。”