实时通信在工业以太网进入现场级通信的中的应用

3）、等时同步实时（IRT）通信

现场级通信对通信实时性要求最高的是运动控制，PROFINET的等时同步实时技术可以满足运动控制的高速通信需求，在100个节点下，其响应时间要小于1ms，抖动误差要小于1ms，以此来保证及时的、确定的响应。

4 保障同步实时

对于PROFINET ，为了保证高质量的等时通信，所有的网络节点必须很好地实现同步，这样才能保证数据在精确相等的时间间隔内被传输，网络上的所有站点必须通过精确的时钟同步以实现同步实时以太网。例如：通过规律的同步数据实现通信循环的同步，其精度可以达到微秒级。这个同步过程可以精确记录其所控制的系统的所有时间参数，因此能够在每个循环的开始实现非常精确的时间同步。这么高的同步水平单纯靠软件是无法实现的，想要获得这么高精度的同步实时，必须依靠网络第二层中硬件的支持，即西门子IRT等时实时ASIC芯片。

每个通信周期被分成两个不同的部分，一个是循环的、确定的部分，被称之为“实时通道”；另外一个是标准通道，标准的TCP/IP数据通过这个通道传输。

实时通道为实时数据预留了固定循环间隔的时间窗，而实时数据总是按固定的次序插入，因此，实时数据就在固定的间隔被传送，循环周期中剩余的时间用来传递标准的TCP/IP数据。这样，两种不同类型的数据就可以同时在PROFINET上传递，而且不会互相干扰，实现了PROFINET技术对以太网技术的兼容。基于普通以太网技术的各种网络服务功能，如SNMP、HTML等，也同样可以在PROFINET上运行。用户在获得高性能实时网络的同时，还可以享受以太网技术和IT技术带来的便利。



                               图3 循环周期分为实时通道和开放通道

由于实时数据在确定的时刻以确定的顺序发送，因此，在交换机中建立一个时间表格，通过该时间表格，交换机就可以知道在什么时间来传送实时信息，信息的转发几乎没有延时。如果有发生冲突的危险，标准的TCP/IP信息就暂时保存在交换机中，在下一个开放通信周期再发送。这种机制很好地保证了系统响应时间。例如：使用PROFINET构建的实时通信网络可以在1ms的时间周期内实现对100多个轴的控制，其抖动误差小于1ms，可以很好地满足运动控制对通信实时性的要求。

5 开放的协议走向未来

作为国际标准IEC61158的重要组成部分，PROFINET是完全开放的协议，而且PROFINET和标准以太网完全兼容，集成IRT功能的交换机和一个普通交换机在平时工作起来是完全一样的，也就是说，IRT交换机可以和普通交换机一样使用，即使在使用实时通道时，它同样可以在它的开放通道使用其他标准功能，所以，根据环境的需求，自动化组件之间可以通过相同网络、相同的连接建立不同的通信链路，为用户的使用提供了极大的方便。

PROFINET基于以太网，使用TCP/IP和IT标准，是实时的自动化通信技术，能够与现有现场总线系统PROFIBUS等无缝地集成，能连接更多的站点，可用于运动控制应用中，使用工业局域网进行无线通信，且便于扩大规模和扩大新的应用领域。总之，PROFINET是基于以太网的完整解决方案。PROFIBUS国际组织主席Edgar Kuster先生认为这一技术将在市场上保持至少15年的技术领先优势。