工业4.0时代来临，POWERLINK协议在千兆网卡下的性能

news2024/9/22 7:33:15

“工业 4.0”的高歌猛进， “智能制造”，“智慧工厂”的呼声越来越响亮。这些需求使得数据传输量越来越大，实时性越来越高，因此我们将 POWERLINK 从 100Mbps 升级到1000Mbps。测试下POWERLINK这种工业总线协议的性能，最短通讯周期达到了惊人的9us，只是升级了PHY 芯片到1000Mbps,成本并未明显增加。

1 硬件平台：
该方案采用 FPGA 做为主芯片，在 FPGA 中实现千兆以太网的 MAC 和POWERLINK 通讯协议，采用 Verilog HDL 语言，达到微秒级的硬实时级别。这里选用的硬件是来自米尔科技的ZYNQ 硬件板块。

2 性能：
数据传输速率：1000Mbps
最短通讯周期：9us
每增加一个站，通讯周期增加约 4us

3 时序：
传输一个 100bytes 的数据帧，大约需要 1us，两个数据帧之间的间隔大约 1us。

4 价格：
成本几乎没有增加。
与 100Mbps 的 POWERLINK 方案相比，1000Mbps 的 POWERLINK 需要以太网的物理层 PHY 支持1000Mbps，目前绝大部分的 PHY 芯片都是支持 100/1000Mbps 的。

总结

工业控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程，肩负着工业生产运行一线测量与控制信息传输的特殊任务，并产生或引发物质或能量的运动和转换，因此它通常应满足强实时性、高可靠性、恶劣的工业现场环境适应性、总线供电等特殊要求和特点。提到此，大部分人脑海中会出现了各种现场总线(field Bus）名字，Can，profibus，modbus等等，但这些Field Bus 各有特色，各有其发展背景，彼此并不兼容，在市场上各有其专攻的市场及拥护者，20多年来各占一方拥兵自重，无法妥协出一个共同国际标准。在后来的实际项目实施中也不可避免的涉及到了多种现场总线的通讯问题，如与鼓风机设备（国外原装进口设备）Profibus-dp的通讯，与高、低压室多功能电量采集仪、紫外消毒设备控制系统的Modbus通讯，那么是否还有更好的总线标准在类似项目中可供选择的呢？Ethernet Powerlink(EPL)工业实时以太网的技术无疑让人眼前一亮。

POWERLINK技术

ETHERNET POWERLINK（简称EPL）国际标准化组织EPSG（www.epsg.org）成立于2001年，2003年推出系列产品。截至2007年11月底，世界各地240多个OEM用户在40000多台设备和项目上使用了EPL，EPL在全球有450多个成员、用户和支持者，节点数超过了30万个。EPL的主要技术指标有：用标准以太网IEEE802.3u(Fast Ether-net)作为传输媒介；传输速率100Mb/s；使用标准Hub和标准接线；实时数据传输周期最小达200μs；抖动小于1μs；可同时传输实时和非实时数据；可同时传输IP协议；使用以太网标准硬件设备，并且支持冗余技术。它不仅具有工业以太网的标准的可靠性及环境适应性，还很好的解决的标准以太网TCP/IP协议的实时性问题，由于我们更倾向它的实际应用效果，所以对EPL内部工作机制不在描述，感兴趣的朋友可以浏览相关网站或与EPSG组织联系。