以太网如何将确定性引入更广泛的工业系统

以太网增加了确定性在工业系统中的覆盖范围

曾几何时，工业网络中的决定性主要是协调运动和CNC式应用的领域。1人们普遍认为，石油和天然气、风力发电甚至某些类型的制造业等领域的核心应用永远不会真正需要确定论所能提供的可证明的效率提升。

为什么决定论过去仅限于少数几个应用程序

这个假设的原因是什么？对于初学者来说，以太网速度长达数十年的提高以及串行网络逐渐被基于以太网的协议（例如，Modbus TCP，EtherNet/IP和PROFINET）取代，这意味着自动化和控制系统不断变得更快，并获得更多带宽。这些转变的收益足够大，足以使决定论的好处相比之下显得次要。

还有一个实际问题 - 或者更确切地说，障碍 - 确保最初不包含它的标准（IEEE 802.3以太网）的确定性。尽管以太网始终比半双工和固有的确定性串行连接（如RS-232和RS-485）具有更高的带宽，但在1990年代全双工交换以太网的编码和商业工业以太网协议的发展之前，其响应时间是不可预测的。

像PROFINET这样的协议象征着以太网解决方案如何解决工业网络中的确定性和易于实施的问题。PROFINET实际上定义了三种协议，用于不同的响应范围，从100毫秒到小于1毫秒。2为了实现差异化，它在处理需要实时或常时等量实时性能以缩短周期时间的工作负载时绕过标准 TCP/IP（适用于其三层中要求最低的）。

PROFINET也是一个开放协议，尽管许多供应商为了自己的目的而修改了该协议。与EtherCAT等替代品一样，它承诺相对容易且具有成本效益地集成到现有系统中，大部分更改都在应用层进行。此外，大型供应商生态系统有助于整体实施。这些优势以及以太网的总体发展使得实现确定性不仅在以运动为中心的架构中越来越可行，而且在更简单的架构中也越来越可行，例如PLC系统。

以太网如何更广泛地使用确定性

也许具有讽刺意味的是，以太网，一种非确定性标准，为各种工业系统的确定性铺平了道路。尽管如此，它仍然速度快，可以长距离使用，并且能够在单根线上传输多种类型的数据。重要的节点不再需要像一些专有的现场总线那样紧密地放置在一起以确保准时交付。布线也得到了简化，使得通过以太网的确定性更具吸引力，因为它有助于简化管理和成本。

“此功能过去仅存在于功能安全、状态监测和数据采集系统等独立解决方案中，”1EtherCAT技术集团的Joey Stubbs在2012年告诉Automation World。“对于用户来说，这降低了成本并减少了编程工作量，同时提高了整个系统的诊断能力。现在，这些子系统可以简单地作为主控制器中的软件模块实现，并且所有变量、诊断和状态都可以自由通信，而不是为每个子系统提供单独的硬件附加组件。

当然，为网络添加确定性可能会给互操作性和通信带来复杂性，因为另一个层正在添加到基本的TCP / IP中，就像PROFINET用于其更高性能协议一样。制造商必须确保他们与满足其特定业务需求的以太网解决方案供应商合作。确定性可以在许多系统中产生显着的收益，并且可以在应用程序的整个生命周期中真正累积起来。

审核编辑：郭婷