如今，特別是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）或工業(yè)4.0的背景下，許多工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的供應(yīng)商和制造商都渴望一個(gè)開(kāi)放的、獨(dú)立于制造商的通信平臺(tái)。因此，制造商期望在全系統(tǒng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)越來(lái)越多的自動(dòng)化過(guò)程。因此，自動(dòng)化必須考慮IT系統(tǒng)在開(kāi)放數(shù)據(jù)訪問(wèn)方面的需求，以及工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)要求。以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)在這里發(fā)揮了重要作用。這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)，例如在共享傳輸介質(zhì)上高效同步傳輸大量數(shù)據(jù)，優(yōu)于傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線。流行的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如PROFINET，EtherNet/IP，EtherCAT，POWERLINK等，允許或多或少地與http或TCP / IP等傳統(tǒng)協(xié)議共享相同的以太網(wǎng)介質(zhì)。

在本文中，將更詳細(xì)地考慮工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的要求（例如，可靠的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)的時(shí)間同步）。此外，ADI公司（ADI）的fido5000 REM開(kāi)關(guān)將作為可能的產(chǎn)品解決方案進(jìn)行展示。該芯片有fido5100和fido5200變體，兩種型號(hào)的區(qū)別僅在于它們支持的以太網(wǎng)協(xié)議。fido5100支持除EtherCAT以外的主要工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，而fido5200支持包括EtherCAT在內(nèi)的主要工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。

fido5000 快速眼動(dòng)開(kāi)關(guān)

ADI公司通過(guò)fido5000提供具有兩個(gè)以太網(wǎng)端口的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、多協(xié)議（REM）交換機(jī)芯片。因此，兩個(gè)端口成為當(dāng)今的工業(yè)設(shè)備，未來(lái)的工業(yè)4.0應(yīng)用必須支持流行的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如線形和環(huán)形拓?fù)湟约靶切瓮負(fù)?。此外，可以連接任何主機(jī)處理器，因此開(kāi)發(fā)人員可以使用自己的處理器以及首選的開(kāi)發(fā)環(huán)境。fido5000 的所有這些可能性和功能如圖 2 所示。

圖2.fido5000 功能概述。

REM芯片和處理器之間的通信通過(guò)內(nèi)存總線工作，以實(shí)現(xiàn)高性能，低延遲/低ITTER工業(yè)以太網(wǎng)。內(nèi)存總線還為主機(jī)接口提供優(yōu)先通道技術(shù)。該濾波器技術(shù)由ADI公司開(kāi)發(fā)，由硬件/軟件組合組成。它確保對(duì)來(lái)自以太網(wǎng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)處理，而不受其協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)利用率的影響，因此不會(huì)受到非時(shí)間關(guān)鍵型數(shù)據(jù)流量的干擾。這意味著來(lái)自實(shí)時(shí)通道的數(shù)據(jù)比普通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)具有更高的處理優(yōu)先級(jí)。這種 PriorityChannel 技術(shù)如圖 3 所示，它顯示了四個(gè)隊(duì)列，可以在處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行微調(diào)。?

圖3.ADI公司優(yōu)先通道技術(shù)的概念。

除了開(kāi)關(guān)功能外，fido5000還具有強(qiáng)大的定時(shí)器控制單元（TCU）。TCU 旨在實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的同步機(jī)制。輸入捕獲或輸出任何方波信號(hào)等附加功能可以通過(guò)四個(gè)專用輸出或四個(gè)通用輸入/輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些端口與同步時(shí)間直接同相。例如，可以在四個(gè)輸入中的任何一個(gè)輸入端以64位分辨率對(duì)邊沿的到達(dá)進(jìn)行時(shí)間戳。在輸出端，任何數(shù)字信號(hào)模式都可以與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步輸出。這意味著可以將用戶的應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步，甚至可以將周期時(shí)間降至小于 31.25 μs。

但fido5000的功能遠(yuǎn)不止于此——該芯片已經(jīng)為未來(lái)做好了準(zhǔn)備！fido5000支持時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）。未來(lái)基于TSN的工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用的需求將能夠滿足運(yùn)動(dòng)控制或安全等應(yīng)用非?？量痰膶?shí)時(shí)要求。

TSN是由IEEE 802.1工作組定義的一組標(biāo)準(zhǔn)。它將與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)兼容。從本質(zhì)上講，TSN為交換以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間控制數(shù)據(jù)路由定義了第一個(gè)IEEE標(biāo)準(zhǔn)。因此，IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)系列中的確定性實(shí)時(shí)通信可以通過(guò)公共時(shí)基和時(shí)間表來(lái)實(shí)現(xiàn)，該時(shí)間表是為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)組件上的消息路徑生成的。

除了純REM開(kāi)關(guān)芯片fido5000外，ADI還提供fido5000的完整解決方案，稱為RapID平臺(tái)。RapID平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了所有常見(jiàn)的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，可以毫不費(fèi)力地集成到非以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中。這將使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠滿足工業(yè)4.0應(yīng)用的要求。通用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)施已經(jīng)過(guò)預(yù)先認(rèn)證。RapID平臺(tái)的另一個(gè)有趣功能是動(dòng)態(tài)的集成Web服務(wù)器。它允許用戶讀取和修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并以非常簡(jiǎn)單的方式輸入和輸出數(shù)據(jù)。

圖4.基于 fido5000 的 RapID 平臺(tái)可在評(píng)估套件中使用。

fido5000 REM 交換機(jī)和 RapID 平臺(tái)已經(jīng)為基于當(dāng)前工業(yè)以太網(wǎng)和未來(lái) TSN 標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用提供了最佳先決條件。

審核編輯：郭婷