施耐德電氣（中國）投資有限公司工業事業部自動化市場部總經理 徐偉先生

        施耐德電氣一直致力提升工業以太網在可靠性、確定性和實時性等諸多方面的性能，在PlantStruxure協同自動化控制系統中，從控制層到設備層的通訊都全面基于“透明就緒”工業以太網解決方案平臺。在這一平臺之上，施耐德電氣將在 IEC61158中定義的兩種實時工業以太網EtherNet/IP和Modbus TCP技術進行了無縫融合。從以太網的實時性角度來說，為了能夠避免PLC程序執行周期對于數據采集實時性的影響，Unity 平臺控制器中集成了兩塊控制器芯片，分別執行程序處理和以太網通訊。通過Unity Pro軟件可以將I/O掃描的最小周期配置為5ms，從而實現與遠程I/O系統的實時通訊。同時Modbus-RTPS（實時發布與訂閱）服務可以在確定的時間點，完成將實時數據在由D類IP地址定義的一組以太網設備之間的數據發布和訂閱。
        由于工業以太網在實時應用領域仍處在發展階段，所以在如下應用中，實時性表現還亟待提升：傳動應用，如冶金軋線、造紙，其對于多輥系統的線速度實時調節有很高要求；高速機械，如機床、汽車高速升降設備，主要靠高速傳感器的輸入執行邏輯控制和高速輸出；給料系統，需要通過來自稱重系統的高速輸入控制給料閥確保給料量精確。
        從技術和應用角度出發，如下問題制約著工業以太網實時性的進一步發展：
        1.沖突監測機制。IEEE802.3在MAC層定義的CSAM/CD (載波監聽多路訪問/沖突檢測) 機制由于引入了沖突機制，雖然隨著以太網全雙工機制的引入以及通訊帶寬的不斷提升，沖突發生的幾率已經大大降低，但是本質上還是為工業以太網的實時性埋下了一定隱患。如果要進一步提升實時性的表現，CSMA/CD的退避算法需要進行升級。也就是說一旦監測到沖突，退避的間隔時間需要進一步減少，從而提高實時性。
        2.交換機性能的提升。在整個數據采集-處理-輸出的工程中，網絡節點設備也是造成延時的主要因素。雖然隨著交換機性能的不斷提升，發生在交換設備上的延時往往被控制在10μs之內，但是當網絡負荷較大時仍然對網絡的實時性產生嚴重的影響。所以如QoS和HOL Blocking Prevention等服務需要集成到交換機設備之中。
        3. 網絡體系與通訊設備處理的性能。數據在網絡上傳輸的延時也會對實時性有著很大的影響。由于在規劃工業以太網在設備層網絡負荷時，一般不超過總帶寬的 30%，所以進一步提升網絡的帶寬十分必要。同時，作為可以提供更高EMC表現，更快傳輸速度的光纖方案也會有助于實時性的提升。隨著芯片技術的提升，通訊節點對于數據包的處理能力和速度也會不斷提升，進而提升以太網的實時性。
        PLC等控制系統的功能發展也對工業以太網技術的實時性有一定的影響。對于90%的工業應用，其PLC掃描周期在10ms~10s之間，但是在精益制造和低碳節能理念不斷發展的大趨勢下，PLC系統功能的發展，尤其是PLC處理能力的提升將是PLC發展的大勢所趨。當傳統工業對于PLC掃描周期的要求愈加苛刻時，對I/O數據采集和與其他設備的通訊實時性要求也勢必需要隨之提升，因此工業以太網技術的實時性也必須順應這一趨勢，尤其是在網絡延時控制、通訊處理能力方面進一步提升性能，才能完成在工業領域里對高速總線，如CANopen和SERCOS的全面取代。
        施耐德電氣多種產品和技術都可幫助用戶擁有更優秀的工業以太網實時性：
        1. ConneXium工業交換機提供了QoS (Quality of Service) 和HOL Blocking Prevention (預防頭包阻塞功能) 服務。QoS為所有網絡上傳輸的Packet設置了相應的優先級；“預防頭包阻塞功能”則可以在交換機同一個端口的緩存里設置兩個具備不同優先級的隊列，從而保證了預設值為高優先級的通訊能具備更好的實時性。
        2. Unity控制器平臺的CPU模塊中集成了兩塊分別來自Intel和Phoenix的處理器芯片，使得與以太網通訊的相關操作不會影響程序處理能力，從而完成真正意義上的并行處理。
        3. 在設備層的網絡里使用了以太網菊花鏈拓撲結構，可以保證當設備接受到Packet時只需確認整個包的目的地址是否是自己的IP地址，避免了復雜的路由表查找工作而縮短了延時。
        工業以太網作為施耐德電氣協同自動化系統的重要組成部分，將不斷得到施耐德大力的研發投入，以保證客戶的長遠利益，保持我們在此領域的全球領先地位。