因為工業(yè)以太網(wǎng)在未來的幾年中具有快速增長的勢頭啤邑，供應(yīng)商們已經(jīng)開始推出交換機和為實時控制應(yīng)用定制的以太網(wǎng)適用控制器哩治。
　　最近猿规，Rockwell Automation公司在這一方面邁出了一大步。該公司近期展出的一系列管理型和非管理型工業(yè)以太網(wǎng)交換機尤揣，其中包括整合了思科系統(tǒng)公司（Cisco Systems Inc.）Catalyst交換機架構(gòu)的模型敛意。模組和嵌入式版本中的管理型交換機具有對Ethernet/IP高性能的運動應(yīng)用證實有用的特征。這些特征包括IEEE-1588標(biāo)準(zhǔn)的時間同步和為提高服務(wù)質(zhì)量（QoS）進行的網(wǎng)絡(luò)通訊的優(yōu)先次序排列蝇莲。這些新型交換機將會允許來自Rockwell Automation集成架構(gòu)內(nèi)部的設(shè)置和診斷胶勾。Rockwell Automation公司計劃從2008年中開始推出這些新型交換機。
　　另外一個實時應(yīng)用硬件的最新發(fā)展來自于Innovasic半導(dǎo)體公司闭腊，該公司為實時應(yīng)用開發(fā)出一種具有內(nèi)置性能的32位微控制器爹窥。這些fido（fido指“靈活輸入，確定輸出”）微處理器的結(jié)構(gòu)特點是哀呕，它們把大多實時功能置入芯片中而不是依靠RTOS（實時操作系統(tǒng)）軟件膊许。“我們稱之為‘ 芯片中的RTOS核心’”支捍，Innovasic公司的研發(fā)總監(jiān)Dave Alsup說拭秃。建立在一套五個“硬件關(guān)聯(lián)”（hardware contexts）之上的RTOS核心就像獨立的真實CPU一樣，可以進行諸如定時抗稿、優(yōu)先控制蔓献、記憶體保護和計時控制等實時操作。
　　結(jié)果是“即使在優(yōu)先度較低的通訊中”也能獲得低抖動和確定性效果，Innovasic公司的首席執(zhí)行官幅慌、電氣工程師Keith Prettyjohns博士說宋欺。他所說的是最近在實驗室中進行的實驗。在這次實驗中胰伍，Schneider電氣公司的工程師們分別在一個fido 1100微處理器和一個基于ARM9的處理器上處理了一個高優(yōu)先級的Modbus/TCP應(yīng)用和背景以太網(wǎng)通訊齿诞。根據(jù)該項研究，fido 1100微處理器實現(xiàn)了最差反應(yīng)時間為1.1毫秒和最差抖動值為130微妙的目標(biāo)骂租，而基于ARM9控制器的最差反應(yīng)時間為1.8毫秒掌挚，最差抖動值為760微妙。盡管fido的時鐘速度較慢菩咨，只有66MHz，而ARM9是133MHz陡厘；結(jié)果fido還是勝出抽米。
　　Alsup說，fido微處理器還具有其他對控制應(yīng)用證實有用的特征糙置。一個特征是具有確定性的高速緩存存儲器云茸。它能夠為一些需要快速執(zhí)行的編碼提供永久的存儲空間，從而消除與緩存丟失相關(guān)的抖動谤饭。還有一個特征是具有以四個通用I/O控制器（UIC）為表現(xiàn)形式的可編程I/O性能么鹊。四個控制器中的每一個都可以進行編程用以支持大量的I/O協(xié)議。
　　圖譜的一端是各種試圖使標(biāo)準(zhǔn)未修改以太網(wǎng)和TCP/IP運用IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)使整個網(wǎng)絡(luò)時間同步并使其具有確定性表現(xiàn)的方法途徑诚悍。這與Ethernet TCP/IP采用的置入“CIP Sync”方法差不多勇震。
　　Hibbard把圖譜的另一端描述為“焦土”方法∶Γ“你要把舊以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)打破扯爛尼摩，直到剩下一些銅片片和連接器為止，”他開玩笑說族江。他把只是利用了以太網(wǎng)物理層面的自主運動控制網(wǎng)絡(luò)歸入了這一類惜荐。
　　像SERCOS III、PROFINET IRT站号、EtherCAT和ETHERNET Powerlink一樣的開放確定性網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)則處于圖譜的中間位置用缔，它們利用的是以太網(wǎng)硬件、軟件椂酰或兩者同時利用來對確定性通訊進行優(yōu)先次序排列并把它們從對時間不太敏感的網(wǎng)絡(luò)通訊中區(qū)分出來赠粘。“它們都有相當(dāng)好的確定性催首，”Hibbard說扶踊。“真正的問題是，它們是如何獲得這樣的確定性的秧耗。那才是需要討論的地方备籽。” 西門子公司的網(wǎng)絡(luò)專家Jeremy Bryant也同意以上看法分井〕碘“保持確定性的不同方法會帶來運動控制以外不同的重要結(jié)果〕呙”
　　這些結(jié)果包括了系統(tǒng)成本珠闰，因為不同種類的網(wǎng)絡(luò)在需要實現(xiàn)確定性的硬件數(shù)量上有著本質(zhì)區(qū)別。根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)類別瘫辩，硬件的范圍可以從現(xiàn)成的或嵌入式以太網(wǎng)交換機到客戶定制交換機再到特定的ASIC（專用集成電路）甚至FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）伏嗜。各種工業(yè)以太網(wǎng)的支持者們都被糾纏于哪種網(wǎng)絡(luò)成本效率最高的激烈爭論中。但從IXXAT公司Seitz的估計來看伐厌，根據(jù)實現(xiàn)確定性所需要的專用硬件數(shù)量和應(yīng)用開發(fā)情況承绸，各種工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)每個節(jié)點需要的成本在30美元到50美元之間。
　　XFC極速控制技術(shù)
　　德國倍福提出的基于EtherCAT的最新技術(shù)——XFC技術(shù)（eXtreme Fast Control Technology邑丰，極速控制技術(shù)）代表著一種速度極快且時間確定性極高的控制技術(shù)伸危。它包括控制領(lǐng)域所涉及的所有硬件和軟件組件：優(yōu)化的輸入輸出組件，可高精度檢測信號或使任務(wù)初始化伺免；超高速EtherCAT通訊網(wǎng)絡(luò)欺邻；高性能工業(yè)PC；整合所有系統(tǒng)組件的TwinCAT自動化軟件徐敢。采用XFC技術(shù)橘抵，可以實現(xiàn)I/O響應(yīng)時間≤100 ms。
　　過去彰茉，控制周期時間一般都在10-20 ms左右午禽，但通訊接口無約束地運行，其確定性誤差會影響與之相關(guān)聯(lián)的過程信號響應(yīng)究勺。隨著高性能工業(yè)PC控制器的實用性技術(shù)迅猛發(fā)展绿锋，周期時間可降至1-2 ms，幾乎縮減了10倍酱劫。因此澄港，很多特殊的控制回路被轉(zhuǎn)移到中央設(shè)備控制器中處理，既節(jié)省了成本柄沮，同時也極大地提高了智能化算法應(yīng)用的靈活性回梧。
　　XFC則可以使響應(yīng)時間（響應(yīng)時間包括所有硬件的處理時間，涵蓋了從物理輸入觸發(fā)到輸出響應(yīng)的整個過程）再縮減10倍祖搓，即周期時間達到100ms狱意，而不會對中央智能化和相關(guān)的高性能算法產(chǎn)生任何影響湖苞。此外，還可以提高時間精度和分辨率详囤。
　　用戶完全可以從提高設(shè)備品質(zhì)及縮小響應(yīng)時間的全新選擇中獲益财骨。例如，預(yù)防性維護測試任務(wù)藏姐，空閑時間監(jiān)視或部件質(zhì)量文件歸檔等功能都可被輕松地集成到設(shè)備控制中去隆箩，而無需再附加昂貴的專用設(shè)備。
　　如何實現(xiàn)確定性的另外一個重要結(jié)果與以太網(wǎng)處理非運動性應(yīng)用的控制網(wǎng)絡(luò)能力有關(guān)羔杨，這也是首先向工業(yè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)移的主要好處之一捌臊。“實施基于以太網(wǎng)且有足夠能力處理運動需求同時對所有其他網(wǎng)絡(luò)需求來說又足夠靈活的解決方案勢在必行兜材，”Br yant說肘认。他所說的其他需求可能包括用于機械控制的I/O、診斷數(shù)據(jù)猖生、用于數(shù)據(jù)采集的OPC（用于過程控制的OLE）逐点、HMI（人機界面）連通性、安全性等饭里。
　　為了傳送所有這些數(shù)據(jù)，所有實時確定性網(wǎng)絡(luò)都要接入同樣100 Mbit/s的帶寬（100BaseT）并臊〗∏“但是我們多少都能有效地運用那些帶寬，” 設(shè)計ETHERNET Powerlink 的B&R工業(yè)自動化公司的副總裁Helmut Kirnstoetter說帆疚。這個使用效率現(xiàn)在仍然能激起關(guān)于最佳帶寬和數(shù)據(jù)包處理的激烈爭論煌害，它能影響到一個系統(tǒng)可以處理節(jié)點的數(shù)量和為同一網(wǎng)絡(luò)中其他應(yīng)用所留的帶寬量。
　　“最后养烙，工程師們必須問問自己‘我需要什么樣的周期時間芦惧、我有多少節(jié)點、要達到目的我需要什么樣的硬件货僚，’” Kirnstoetter說耙替。能夠準(zhǔn)確回答這三個問題，你就有可能從各種網(wǎng)絡(luò)中做出正確選擇了曹体。 

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