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)自動化技術(shù)的供應(yīng)商和制造商都渴望一個開放的、獨立于制造商的通信平臺。因此，制造商期望在全系統(tǒng)范圍內(nèi)實現(xiàn)越來越多的自動化過程。因此，自動化必須考慮IT系統(tǒng)在開放數(shù)據(jù)訪問方面的需求，以及工業(yè)控制系統(tǒng)的實時要求。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，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)的時間同步）。此外，ADI公司（ADI）的fido5000 REM開關(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 快速眼動開關(guān)

ADI公司通過fido5000提供具有兩個以太網(wǎng)端口的實時以太網(wǎng)、多協(xié)議（REM）交換機(jī)芯片。因此，兩個端口成為當(dāng)今的工業(yè)設(shè)備，未來的工業(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，因此開發(fā)人員可以使用自己的處理器以及首選的開發(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內(nèi)存總線工作，以實現(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公司開發(fā)，由硬件/軟件組合組成。它確保對來自以太網(wǎng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行即時處理，而不受其協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)利用率的影響，因此不會受到非時間關(guān)鍵型數(shù)據(jù)流量的干擾。這意味著來自實時通道的數(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。這種 PriorityChannel 技術(shù)如圖 3 所示，它顯示了四個隊列，可以在處理實時數(shù)據(jù)時進(jìn)行微調(diào)。?

圖3.ADI公司優(yōu)先通道技術(shù)的概念。

除了開關(guān)功能外，fido5000還具有強(qiáng)大的定時器控制單元（TCU）。TCU 旨在實現(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等附加功能可以通過四個專用輸出或四個通用輸入/輸出來實現(xiàn)。這些端口與同步時間直接同相。例如，可以在四個輸入中的任何一個輸入端以64位分辨率對邊沿的到達(dá)進(jìn)行時間戳。在輸出端，任何數(shù)字信號模式都可以與網(wǎng)絡(luò)時間同步輸出。這意味著可以將用戶的應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)時間同步，甚至可以將周期時間降至小于 31.25 μs。

但fido5000的功能遠(yuǎn)不止于此——該芯片已經(jīng)為未來做好了準(zhǔn)備！fido5000支持時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）。未來基于TSN的工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用的需求將能夠滿足運動控制或安全等應(yīng)用非常苛刻的實時要求。

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)中的時間控制數(shù)據(jù)路由定義了第一個IEEE標(biāo)準(zhǔn)。因此，IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)系列中的確定性實時通信可以通過公共時基和時間表來實現(xiàn)，該時間表是為多個網(wǎng)絡(luò)組件上的消息路徑生成的。

除了純REM開關(guān)芯片fido5000外，ADI還提供fido5000的完整解決方案，稱為RapID平臺。RapID平臺實現(xiàn)了所有常見的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，可以毫不費力地集成到非以太網(wǎng)現(xiàn)場設(shè)備中。這將使現(xiàn)場設(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)議的實施已經(jīng)過預(yù)先認(rèn)證。RapID平臺的另一個有趣功能是動態(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)，并以非常簡單的方式輸入和輸出數(shù)據(jù)。

圖4.基于 fido5000 的 RapID 平臺可在評估套件中使用。

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

審核編輯：郭婷