
Промышленные протоколы связи в реальном времени — это протоколы, в которых обмен данными происходит в течение определенного промежутка времени — обычно менее 10 мс. Но системы “реального времени” могут быть “мягкими” в режиме реального времени или “жесткими” в режиме реального времени, в зависимости от того, насколько жестко соблюдаются крайние сроки. В мягкой системе реального времени допускаются случайные нарушения времени цикла или крайнего срока для сообщения. С другой стороны, в жесткой системе реального времени существует абсолютное ограничение на время отклика. Если крайний срок будет пропущен, произойдет сбой или исключение. Для достижения этого жесткие системы реального времени должны быть детерминированными — то есть сеть должна гарантировать, что сообщение будет передано или событие произойдет в течение определенного, ограниченного промежутка времени, а не быстрее или медленнее.
Несколько промышленных протоколов на основе Ethernet, а именно Profinet IRT (изохронный протокол реального времени, также называемый PROFINET Класс C), SERCOS III и Ethernet POWERLINK, обеспечивают надежную связь в реальном времени, используя принципы изохронной передачи данных. Другими словами, сеть полагается на согласованную синхронизацию с помощью синхронизированных часов, чтобы уменьшить время цикла и его дребезг, обеспечивая детерминированное поведение, отвечающее требованиям жестких систем реального времени.
В жесткой сети реального времени пропускная способность сети делится на временные срезы, причем некоторые временные срезы выделяются для жесткого (изохронного) трафика реального времени (IRT), а остальные — для стандартного трафика реального времени (RT). Когда в действие вступают изохронные временные срезы реального времени (IRT), сеть буферизует и удерживает стандартный трафик реального времени (RT), разрешая только IRT кадры чтобы пройти через период изохронной передачи. (Полоса пропускания или временные отрезки, зарезервированные для трафика IRT, достаточны только для связи IRT, так что стандартный трафик RT не задерживается без необходимости.) Как только кадры IRT будут пропущены, сеть возобновит стандартный трафик RT.
В PROFINET IRT такое управление трафиком становится возможным благодаря использованию сетевых коммутаторов со специальными АСИКами (вместо стандартных коммутаторов Ethernet). Ethernet POWERLINK также использует механизм временных интервалов вместе с циклическим опросом для управления изохронным и стандартным трафиком Ethernet, но делает это в сочетании со стандартными концентраторами и коммутаторами Ethernet вместо специального оборудования. SERCOS III также использует изохронную передачу данных, но вместо использования коммутаторов каждая станция имеет встроенный ASIC или ПЛИС с двумя коммуникационными портами.
Еще одним ключом к обеспечению возможности изохронной связи в реальном времени в PROFINET IRT и Ethernet POWERLINK является использование чрезвычайно точных общих часов в соответствии со стандартом IEEE 1588. Этот стандарт определяет протокол, известный как Протокол точного времени, или PTP, для “точной синхронизации часов в системах измерения и управления, реализованных с использованием таких технологий, как сетевая связь, локальные вычисления и распределенные объекты”.
Каждый коммутатор в сети использует эти часы, чтобы определить, когда активировать временной интервал IRT и когда разрешить стандартный трафик RT. PROFINET IRT идет еще дальше, расширяя PTP до протокола, называемого Precision Transparent Clock Protocol (PTCP), который также вычисляет задержки в сетевых коммутаторах и кабелях. Это позволяет отправлять кадры IRT в точное, заранее определенное время. SERCOS III не использует протокол IEEE 1588 PTP, но вместо этого обеспечивает синхронизацию времени с помощью главного сообщения синхронизации.
EtherCAT и EtherNet/IP тоже поддерживают жесткую связь в режиме реального времени. EtherCAT был разработан для высокодетерминированной связи в режиме реального времени с чрезвычайно коротким временем цикла и синхронизацией на основе стандарта IEEE 1588. Ethernet/IP требует расширения CIP Motion и CIP Sync для достижения детерминированного поведения в реальном времени.
Изохронная связь в реальном времени обычно характеризуется временем цикла менее 1 мс и дрожанием менее 1 мкс. Эти требования предъявляются к приложениям для управления движением, которые включают скоординированные движения (особенно многоосевое управление движением) или которые требуют точно рассчитанных по времени, повторяемых сообщений или действий, которые необходимо выполнять одновременно.
Свежие комментарии