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一个包括IEEE1588对时机制的简单系统至少包括一个主时钟和多个从属时钟。如果同时存在多个潜在的主时钟,那么活动的主时钟将根据最优化的主时钟算法决定。所有的时钟不断地与主时钟比较时钟属性,如果新时钟加入系统或现存的主时钟与网络断开,则其他时钟会重新决定主时钟。如果多个PTP子系统需要互联,则必须由边界时钟来实现。边界时钟的某个端口会作为从属端口与子系统相联,并且为整个系统提供时钟标准。因此这个子系统的主时钟是整个系统的原主时钟。边界时钟的其他端口会作为主端口,通过边界时钟的这些端口将同步信息传送到子系统。边界时钟的端口对子系统来说是普通时钟。
IEEE1588所定义的精确网络同步协议实现了网络中的高度同步,使得在分配控制工作时无需再进行专门的同步通信,从而达到了通信时间模式与应用程序执行时间模式分开的效果。由于高精度的同步工作,使以太网技术所固有的数据传输时间波动降低到可以接受的,不影响控制精度的范围。IEEE1588的一大优点是其标准非常具有代表性,并且是开放式的。由于它的开放性,现在已经有许多控制系统的供应商将该标准应用到他们的产品当中了。而且不同设备的生产商都遵循同样的标准,这样他们的产品之间也可以保证很好的同步性。
工业以太网典型协议
典型的工业以太网包括4种协议:HSE、ModbusTCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP。
HSE
基金会现场总线FF于2000年发布Ethernet规范,称HSE(HighSpeedEthernet)。HSE是以太网协议IEEE802.3,TCP/IP协议族与FFIll的结合体。FF现场总线基金会明确将HSE定位于实现控制网络与Internet的集成。
Modbus
ModbusTCP/IP
该协议由施耐德公司推出,以一种非常简单的方式将Modbus帧嵌入到TCP帧中,使Modbus与以太网和TCP/IP结合,成为ModbusTCP/IP。这是一种面向连接的方式,每一个呼叫都要求一个应答,这种呼叫/应答的机制与Modbus的主/从机制相互配合,使交换式以太网具有很高的确定性,利用TCP/IP协议,通过网页的形式可以使用户界面更加友好。
ProflNet
针对工业应用需求,德国西门子于2001年发布了该协议,它是将原有的Profibus与互联网技术结合,形成了ProfiNet的网络方案。
ProfiNet采用标准TCP/IP十以太网作为连接介质,采用标准TCP/IP协议加上应用层的RPC/DCOM来完成节点间的通信和网络寻址。它可以同时挂接传统Profibus系统和新型的智能现场设备。
Ethernet
Ethernet/IP
Ethernet/IP是适合工业环境应用的协议体系。它是由ODVA(OpenDevicenetVendorsAsso-cation)和ControlNetInternational两大工业组织推出的最新成员与DeviceNet和ControlNet一样,它们都是基于CIP(ControlandInformationProto-Col)协议的网络。它是一种是面向对象的协议,能够保证网络上隐式(控制)的实时I/O信息和显式信息(包括用于组态、参数设置、诊断等)的有效传输。
未来提供工业骨干网的解决方案,对于传统的自动化设备的高端仪器,其通讯的性能要求是可以达到工业以太网的级别的。
就如文中所述,随着网络速率的提升,未来可能以太网与工业以太网的差异不大。但至少现在还有差异,无论如何,要实现全部设备的骨干网,需要:
1、支持现有的工业以太网的协议;
2、提升网络的性能,解决现有以太网的问题中,工业以太网已经解决的问题;
3、未来是否可能实现无线网络的性能达到工业以太网的性能?
实现了前面两条,我认为工业骨干网才可能被工业企业接受。
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