EPL工业实时以太网技术在污水处理厂中的应用

一：引言

随着计算机、通信、网络等信息技术的发展，信息交换的领域已经覆盖了工厂、企业乃至世界各地的市场，因此，需要建立包含从工业现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综合自动化网络平台，建立以工业控制网络技术为基础的企业信息化系统。现代化的污水处理厂系统同样提出了类似的需求。 工业控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程，肩负着工业生产运行一线测量与控制信息传输的特殊任务，并产生或引发物质或能量的运动和转换，因此它通常应满足强实时性、高可靠性、恶劣的工业现场环境适应性、总线供电等特殊要求和特点。提到此，大部分人脑海中会出现了各种现场总线(field Bus）名字，Can，profibus，modbus等等，但这些Field Bus 各有特色，各有其发展背景，彼此并不兼容，在市场上各有其专攻的市场及拥护者，20多年来各占一方拥兵自重，无法妥协出一个共同国际标准。在后来的实际项目实施中也不可避免的涉及到了多种现场总线的通讯问题，如与鼓风机设备（国外原装进口设备）Profibus-dp的通讯，与高、低压室多功能电量采集仪、紫外消毒设备控制系统的Modbus通讯，那么是否还有更好的总线标准在类似项目中可供选择的呢？Ethernet Powerlink(EPL)工业实时以太网的技术无疑让人眼前一亮。

二：ETHERNET POWERLINK技术

ETHERNET POWERLINK（简称EPL）国际标准化组织EPSG成立于2001年，2003年推出系列产品。截至2007年11月底，世界各地240多个OEM用户在40000多台设备和项目上使用了EPL，EPL在全球有450多个成员、用户和支持者，节点数超过了30万个。EPL的主要技术指标有：用标准以太网IEEE802.3u(Fast Ether-net)作为传输媒介；传输速率100Mb/s；使用标准Hub和标准接线；实时数据传输周期最小达200μs；抖动小于1μs；可同时传输实时和非实时数据；可同时传输IP协议；使用以太网标准硬件设备，并且支持冗余技术。它不仅具有工业以太网的标准的可靠性及环境适应性，还很好的解决的标准以太网TCP/IP协议的实时性问题，由于我们更倾向它的实际应用效果，所以对EPL内部工作机制不在描述，感兴趣的朋友可以浏览相关网站或与EPSG组织联系。

下面的这个图可以更好的说明EPL的出现给工程设计、项目实施以及后期的维护带来的便利性。

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如上图所示，典型的工业控制网络从低到高可以分为这样几个层次：

1：传感器层（Sensor Layer）：对象是各类传感器及执行器，该层主要处理各类传感器、各类执行机构间的通讯，通讯量很小，通常按字节进行传输，通讯速率< 1kb，但实时性要求很高，ms级别。

2：过程控制层（Process Layer）：对象是各个远程及本地的I/O站，该层主要处理各个I/O站点间的通讯，通讯量也不大，速率通常设定在50K-500K之间，实时性要求高，ms级别。

3：处理器层（Cell Layer）：对象是各个CPU控制器，该层主要处理各个控制单元cpu间的通讯，通讯量适中，通讯速率通常在500k—10M间均可满足要求，实时性要求稍高，100ms级别。

4：管理层（Management Layer）：对象是各个控制室的操作PC,包括相关的服务器及工程师站、操作员站等，该层主要处理各个PC与服务器间的通讯，通讯量大，通讯速率通常为100M以上，实时性要求不高，s级别即可。管理层之上通常还有一层可称为公司层，主要运行相关的ERP系统及其他管理系统，主要负责和管理层数据库的通讯，通讯量大，实时性同样不高。

在各个层次的分配中，我们可以看到各种现场总线各自的生存空间，如活跃在传感器层的AS-I,活跃在传感器层和过程控制层的Profibus-dp，CANopen、DeviceNet,活跃在处理器层的ControlNet、Profibus-fms等等，而EPL是唯一一款可以同时在传感器层、过程控制层、处理器层及管理层四层网络中应用的协议，真正实现了一线到底，由于EPL即使是基于标准以太网上发展起来的，所以它的配置、升级、扩容都很方便，它的出现很好的克服了传统现场总线互不兼容，不能真正实现信息无缝共享；速率低，应用有限；专用网络，成本高等几点不足。

三：EPL特点综述

保证确定通信 EPL是标准以太网上惟一的符合IAONA实时类“3+4”的实时协议。无论连接上多少台站(station)或不管周期时间是200微秒还是10毫秒，这项技术始终保证了不超过1微秒(抖动)的精确定时。在点在类似与传感器/执行器层实时性要求高的场合，显得尤为重要。我们可以保证从控制器或者中控室下发下来的指令在一个确定的时间内能获得相应。

100%兼容以太网标准

EPL兼容快速以太网IEEE 802.3u标准。因