以太网通信技巧

工业环境中以太网的细节很难找到，工业以太网专用的资源也很难获得。所以这里有一些有用的建议和细节。

用户经常忽略使用以太网管理终端设备的应用程序响应时间的可能性。以太网交换机和布线可以由用户轻松安装，连接数十或数百个设备，并消除许多遗留的现场总线限制，如节点数和距离。

在估计以太网I/O的时序时，请记住，应用程序必须读取输入，在逻辑上解决输入，并通过写输出来响应，这意味着I/O模块和PLC CPU之间的通信发生两次。

可编程逻辑控制器(PLC)以太网应用程序的通信编程可以通过简单地将所需的设备和寄存器计数输入到表中来完成。但是了解通信设置的适当时机是很重要的，这将导致更可靠、无错误的操作。

要估计时间，请考虑应用程序必须读取输入，在逻辑中解决输入，并通过写入输出来响应。这需要主设备和终端设备之间的两个网络通信周期:一个用于读取，另一个用于写入(见插图)。在这两者之间，有以太网接口堆栈处理、中央处理器(cpu)的逻辑解决方案，以及通过背板或总线在设备中提供通信服务。

将这些知识放到现实环境中，考虑一下以太网I/O模块的“快速响应时间”是什么意思，通常用几毫秒来表示。实际上，到I/O模块的通信周期必须发生两次，同时还要对主PLC进行两次CPU扫描。

引用的“快速响应”是指向模块发送消息，并让模块对该消息做出反应。正如您所看到的，这并不能准确地反映实际操作。通信的周期或重复率应该是主PLC扫描时间的2.5到3倍的倍数。这将允许无问题的通信，因为PLC主机将有足够的时间来解决逻辑和过程通信，并且终端设备将响应输入或输出状态的变化。

虽然以太网基础设施的健壮性可以轻松处理大量流量负载，但终端设备可能会被多个主设备压垮。处理能力有限的简单设备可能需要几毫秒才能做出响应。即使是在CPU扫描结束时服务通信的健壮plc也会缓冲请求，直到扫描结束。在CPU扫描完成之前，问题不会给出响应。

解决了一个问题

在工业用以太网的开始阶段，最大的问题之一是由于在半双工以太网网络中设计时发生的碰撞而导致的不确定性性能。随着节点密度的增加，性能越来越差。

随着20世纪90年代中期全双工交换以太网的出现，骨干冲突几乎被消除了，性能得到了提高。大多数较新的终端设备现在都支持全双工操作。这大大提高了系统性能，提高了响应时间的一致性。

这种一致性的一个继承的好处是能够扩展工业以太网的节点数。具有全双工操作的交换以太网现在可以接近确定性，具有从一端设备到另一端设备的可重复传输时间。虽然大多数被认为是确定性的网络都是基于令牌的，但在设备之间拥有可预测和可重复的传输时间就足够了，这对于工业用途来说是必不可少的。

根据路径中每个交换机的缓冲和转发延迟，在经过交换机时将消息从一个端点传输到另一个端点的时间略有不同。但是，交换机转发延迟一般在每台交换机50微秒以下。可以使用IEEE 802.1p服务质量优先级来管理缓冲区拥塞。因此，从一个设备到另一个设备的实际传输时间可能始终在一毫秒内，这对大多数应用来说是令人满意的。

新的挑战即将到来

以太网和TCP/IP为全球通信、监视、数据交换和Web可访问性提供了一组丰富的特性。但是，将新一代以太网的性能、特性和服务集成到一个全面的企业解决方案中是最终用户继续面临的挑战。

另一个持续的挑战是如何让这些技术和谐地工作。当用户试图确定每种技术如何适应整个企业架构时，提高效率的系统解决方案仍然是首要考虑的问题。

对于遗留系统，通信和数据交换仅限于制造站点。现在，以太网和TCP/IP使相同的数据在全球范围内实时可用。

利用这些技术的力量，企业可以改善整个运营，从原材料的流动到成品的分销。

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作者信息

Michael B. Roche是施耐德电气终端用户解决方案自动化业务单元连接产品的首席网络应用工程师。欲了解更多关于施耐德电气Telemecanique品牌的以太网硬件和工业网络服务，请访问

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