以太网接管

大宗商品技术的巨大定价优势继续扩大了它们的使用范围，经常将它们带到远离它们原本用途的地区。以太网也不例外。始于办公室的无处不在的网络，如今正深入到制造环境，将传感器和其他输入/输出(I/O)点连接到更复杂的模块。

就在几年前，以太网还被嘲笑为太慢、太脆弱，但今天它进入了可以称为实时环境的应用领域。其中一些苛刻到让工厂的车间看起来就像前台办公室。

Advanced Measurement Inc.使用以太网将加拿大北部偏远油田的传感器与向远程办公室发送数据的坚固系统连接起来。该应用程序具有毫秒通信要求以及苛刻的环境规范。但这些障碍还不足以抵消以太网带来的好处。

位于加拿大阿尔伯塔省卡尔加里的这家系统集成商的首席执行官史蒂夫·征服者古德(Steve征服者)说:“我们喜欢(以太网)的无所不在的特性，我们在这方面有丰富的经验。”但正是价格问题让他放弃了专有的现场总线。“以太网非常便宜，我们在任何实用的地方都使用它。”

这种推理是由越来越多的开发商谁专注于更传统的工业应用共享。尽管以太网可能仍然是在加拿大的荒野少见的，这已经成为在全球许多工厂的标准。“物料搬运是正在推动很难在这个规范许多领域之一，”在自动化组件供应商，倍加福公司特温斯堡，俄亥俄州的智能系统经理黑尔格Hornis说。

使用以太网进行高层通信的管理人员正在将该技术扩展到传感器等简单设备。所有类型的专用总线都在向以太网移动。“我们看到越来越多的活动与安全有关
进入以太网I/O机架，而不是铺设一个单独的安全网络。这样做的真正价值在于安全成为了一种I/O功能。你不用连接特殊的安全继电器和安全网络，而是将所有东西连接成一个I/O点，就像它是一个电机一样。”的自动化供应商。

许多供应商注意到，远离专有现场总线的行动已经超越了少数勇敢的灵魂，成为一股浪潮。“我们销售过非联网产品，但现在几乎没有人会购买任何不支持以太网的产品。我们基于arm的模块都有以太网或无线互联网协议连接，”明尼苏达州供应商Digi国际公司研发副总裁Joel Young说。，指的是该公司基于ARM精简指令集计算机(简称RISC)处理器的产品。

为什么换?

以太网芯片的价格，或者更常见的是包括“免费”以太网的中央处理单元(cpu)的价格，是采用以太网I/O的一个关键因素。专有现场总线芯片的价格是相对固定的，但是CPU上以太网外围设备的价格从它已经很低的价格点继续下降。

但以太网的普及还带来了其他好处。设备供应商列举了更广泛采用该网络的其他一些原因。布莱恩特说:“我们看到人们对单一、扁平的网络和单一的媒体结构的渴望。

“人们转向以太网是为了共性，或者因为他们想要额外的功能。以太网解决的专有现场总线存在一些基本限制，如节点数和数据包大小，”他补充道。

以太网的定价好处超出采购控制器的成本。消除专有的现场总线简化了维护，即使对于这些低级的链接通信协议可能比在较高的水平使用的互联网协议的不同。每个人都知道网络的基础知识。“究其原因，越来越多的认可是，除其他外，快速启动，因为大家都熟悉的以太网，”笔记Hornis倍加福的。

这种熟悉，再加上整个行业的成功案例，是消除顾虑，一旦禁止使用以太网在要求苛刻的应用。“顾客是不害怕互联网协议网络中的任何更多。他们可能不理解他们，但现在他们相信他们的供应商，” Digi International公司的Young说。

他们也可以相信电气和电子工程师协会(IEEE)会继续提高性能。千兆以太网芯片和电路板正在缓慢地进入坚固的工业世界，提供了一条超过100兆每秒(Mbps)速度的道路，而100兆每秒的速度在更广泛的应用中。IEEE的高速研究小组最近准备将光纤传输速率提高到100gbits / s (Gbps)，预计这一版本将在2009年完成。

正朝着实时

在这种高速度和光缆的过渡出现之前，速度仍然是那些希望将以太网移至I/O级别的人最大的担忧。以太网的设计初衷并不是确定性的，尽管它提高的速度使许多任务成为可能，而这些任务在网络的峰值速率为10兆比特/秒时是不可能完成的。

现在，100mbps和更快的产品已经得到了很好的证明，许多工业网络可以不用担心常规消息不能按时到达。在设备只偶尔发送几个小数据包的应用中尤其如此。

“有了高速切换，人们已经克服了对碰撞和数据包迟到的恐惧。他们意识到，除非他们移动巨大的文件，否则他们不会看到数据速率的巨大波动。现在，许多设计者说以太网通常可以降低到毫秒级的延迟时间。但它究竟能降到毫秒级多远，以及它能提供多少确定性，仍有待解释。

对于Advanced Measurement来说，基本网络并不能保证信息总是在规定的时间内到达。该公司提出了一个解决方案，带来了很大的性能，但只增加了一点成本。“当你把它推到毫秒级时，这不是一个通才的领域。我们使用两个物理总线，在两端放置两个以太网端口，并使用一个交换机，这样消息就不会被共享，”征服者说。

其中一个并行网络携带通用的消息，如启动或停止。另一个处理需要在有限时间内通过的消息。节点的数量和消息的数量都保持在最小，因此几乎没有碰撞或其他延迟的机会。“这样做的影响是，我们在适当的水平上创造了决定论，”征服者古德说。

添加决定论

这些技术适用于许多任务，但是观察者注意到许多应用程序需要更多的确定性。许多应用程序降到微秒级。为了达到这些确定性级别，工程师必须使用不同的协议。一些实时以太网协议，包括Cip同步、EtherCat、Ethernet /IP、Ethernet- powerlink、Profinet和Sercos III，已经出现在这些时间敏感的应用程序中。

它们中的每带来不同的特性，从相容性，在基于PROFIBUS-Profinet的的情况下，以长
EtherCat距离。I/O系统产品Skip Hansen说:“我们传播时钟以减少长时间运行的延迟。
位于明尼苏达州伯恩斯维尔的Beckhoff新自动化技术公司的经理“在典型的运动控制循环中，在两毫秒内完成一个循环通常是可以的。有了EtherCat，我们可以在400微秒内完成一个循环。”

虽然决定通常被认为是为需要非常快速地进行工作，供应商的注意，某些应用程序与相对缓慢的需求仍然要求信息在恰当的时间到达。“决定论是不一定低延迟。它是谁想要知道什么事情会发生的用户，” Young说。

虽然实现这些高性能协议增加了一些复杂性和费用，但观察家注意到这一点
并不能消除以太网的整体价格优势。“人们意识到，他们必须考虑他们的确定性水平所需的协议，以及他们的性能需求。使用一个网络的所有权成本是非常有益的，即使你使用不同的协议，”Bryant说。

输入1588

这些实时的协议也正在得到新的孩子竞争块，IEEE 1588这个标准，目前已接近2.0版本的完成，能够同步的时钟下到亚微秒级。时间戳信息可以保证，他们将预先确定的时间内到达传送。
虽然时钟同步到亚微秒级别，但很少有消息发送时需要比几微秒更严格的时间要求。

该标准并不局限于以太网，它的应用也在不断增长
因素以太网在这个级别的增长。“像IEEE 1588帮助驱动器使用的新标准，提供消息的时机，” Young说。他补充说，“有很多1588的部署开始的，比在美国更欧洲”

美国供应商和其他标准组织都表现出了更大的兴趣。LXI财团，代表
测试和测量行业，已经采用了1588，承诺一旦它准备好，就实现2.0版本。供应商正计划效仿。“1588是一项非常引人注目的技术，”美国国家仪器公司(National Instruments)产品经理亚历克斯•麦卡锡(Alex McCarthy)表示。

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