施耐德電氣一直致力提升工業(yè)以太網(wǎng)在可靠性、確定性和實時性等諸多方面的性能，在PlantStruxure協(xié)同自動化控制系統(tǒng)中，從控制層到設(shè)備層的通訊都全面基于“透明就緒”工業(yè)以太網(wǎng)解決方案平臺。在這一平臺之上，施耐德電氣將在IEC61158中定義的兩種實時工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP和ModbusTCP技術(shù)進行了無縫融合。從以太網(wǎng)的實時性角度來說，為了能夠避免PLC程序執(zhí)行周期對于數(shù)據(jù)采集實時性的影響，Unity平臺控制器中集成了兩塊控制器芯片，分別執(zhí)行程序處理和以太網(wǎng)通訊。通過UnityPro軟件可以將I/O掃描的最小周期配置為5ms，從而實現(xiàn)與遠程I/O系統(tǒng)的實時通訊。同時Modbus-RTPS（實時發(fā)布與訂閱）服務(wù)可以在確定的時間點，完成將實時數(shù)據(jù)在由D類IP地址定義的一組以太網(wǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)發(fā)布和訂閱。

      由于工業(yè)以太網(wǎng)在實時應(yīng)用領(lǐng)域仍處在發(fā)展階段，所以在如下應(yīng)用中，實時性表現(xiàn)還亟待提升：傳動應(yīng)用，如冶金軋線、造紙，其對于多輥系統(tǒng)的線速度實時調(diào)節(jié)有很高要求；高速機械，如機床、汽車高速升降設(shè)備，主要靠高速傳感器的輸入執(zhí)行邏輯控制和高速輸出；給料系統(tǒng)，需要通過來自稱重系統(tǒng)的高速輸入控制給料閥確保給料量精確。

      從技術(shù)和應(yīng)用角度出發(fā)，如下問題制約著工業(yè)以太網(wǎng)實時性的進一步發(fā)展：

    1.沖突監(jiān)測機制。IEEE802.3在MAC層定義的CSAM/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)機制由于引入了沖突機制，雖然隨著以太網(wǎng)全雙工機制的引入以及通訊帶寬的不斷提升，沖突發(fā)生的幾率已經(jīng)大大降低，但是本質(zhì)上還是為工業(yè)以太網(wǎng)的實時性埋下了一定隱患。如果要進一步提升實時性的表現(xiàn)，CSMA/CD的退避算法需要進行升級。也就是說一旦監(jiān)測到?jīng)_突，退避的間隔時間需要進一步減少，從而提高實時性。

    2.交換機性能的提升。在整個數(shù)據(jù)采集-處理-輸出的工程中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備也是造成延時的主要因素。雖然隨著交換機性能的不斷提升，發(fā)生在交換設(shè)備上的延時往往被控制在10μs之內(nèi)，但是當網(wǎng)絡(luò)負荷較大時仍然對網(wǎng)絡(luò)的實時性產(chǎn)生嚴重的影響。所以如QoS和HOLBlockingPrevention等服務(wù)需要集成到交換機設(shè)備之中。

    3.網(wǎng)絡(luò)體系與通訊設(shè)備處理的性能。數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)难訒r也會對實時性有著很大的影響。由于在規(guī)劃工業(yè)以太網(wǎng)在設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)負荷時，一般不超過總帶寬的30%，所以進一步提升網(wǎng)絡(luò)的帶寬十分必要。同時，作為可以提供更高EMC表現(xiàn)，更快傳輸速度的光纖方案也會有助于實時性的提升。隨著芯片技術(shù)的提升，通訊節(jié)點對于數(shù)據(jù)包的處理能力和速度也會不斷提升，進而提升以太網(wǎng)的實時性。

      PLC等控制系統(tǒng)的功能發(fā)展也對工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的實時性有一定的影響。對于90%的工業(yè)應(yīng)用，其PLC掃描周期在10ms~10s之間，但是在精益制造和低碳節(jié)能理念不斷發(fā)展的大趨勢下，PLC系統(tǒng)功能的發(fā)展，尤其是PLC處理能力的提升將是PLC發(fā)展的大勢所趨。當傳統(tǒng)工業(yè)對于PLC掃描周期的要求愈加苛刻時，對I/O數(shù)據(jù)采集和與其他設(shè)備的通訊實時性要求也勢必需要隨之提升，因此工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的實時性也必須順應(yīng)這一趨勢，尤其是在網(wǎng)絡(luò)延時控制、通訊處理能力方面進一步提升性能，才能完成在工業(yè)領(lǐng)域里對高速總線，如CANopen和SERCOS的全面取代。

      施耐德電氣一直致力提升工業(yè)以太網(wǎng)在可靠性、確定性和實時性等諸多方面的性能，在PlantStruxure協(xié)同自動化控制系統(tǒng)中，從控制層到設(shè)備層的通訊都全面基于“透明就緒”工業(yè)以太網(wǎng)解決方案平臺。在這一平臺之上，施耐德電氣將在IEC61158中定義的兩種實時工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP和ModbusTCP技術(shù)進行了無縫融合。從以太網(wǎng)的實時性角度來說，為了能夠避免PLC程序執(zhí)行周期對于數(shù)據(jù)采集實時性的影響，Unity平臺控制器中集成了兩塊控制器芯片，分別執(zhí)行程序處理和以太網(wǎng)通訊。通過UnityPro軟件可以將I/O掃描的最小周期配置為5ms，從而實現(xiàn)與遠程I/O系統(tǒng)的實時通訊。同時Modbus-RTPS（實時發(fā)布與訂閱）服務(wù)可以在確定的時間點，完成將實時數(shù)據(jù)在由D類IP地址定義的一組以太網(wǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)發(fā)布和訂閱。

      由于工業(yè)以太網(wǎng)在實時應(yīng)用領(lǐng)域仍處在發(fā)展階段，所以在如下應(yīng)用中，實時性表現(xiàn)還亟待提升：傳動應(yīng)用，如冶金軋線、造紙，其對于多輥系統(tǒng)的線速度實時調(diào)節(jié)有很高要求；高速機械，如機床、汽車高速升降設(shè)備，主要靠高速傳感器的輸入執(zhí)行邏輯控制和高速輸出；給料系統(tǒng)，需要通過來自稱重系統(tǒng)的高速輸入控制給料閥確保給料量精確。

      從技術(shù)和應(yīng)用角度出發(fā)，如下問題制約著工業(yè)以太網(wǎng)實時性的進一步發(fā)展：

    1.沖突監(jiān)測機制。IEEE802.3在MAC層定義的CSAM/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)機制由于引入了沖突機制，雖然隨著以太網(wǎng)全雙工機制的引入以及通訊帶寬的不斷提升，沖突發(fā)生的幾率已經(jīng)大大降低，但是本質(zhì)上還是為工業(yè)以太網(wǎng)的實時性埋下了一定隱患。如果要進一步提升實時性的表現(xiàn)，CSMA/CD的退避算法需要進行升級。也就是說一旦監(jiān)測到?jīng)_突，退避的間隔時間需要進一步減少，從而提高實時性。

    2.交換機性能的提升。在整個數(shù)據(jù)采集-處理-輸出的工程中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備也是造成延時的主要因素。雖然隨著交換機性能的不斷提升，發(fā)生在交換設(shè)備上的延時往往被控制在10μs之內(nèi)，但是當網(wǎng)絡(luò)負荷較大時仍然對網(wǎng)絡(luò)的實時性產(chǎn)生嚴重的影響。所以如QoS和HOLBlockingPrevention等服務(wù)需要集成到交換機設(shè)備之中。

    3.網(wǎng)絡(luò)體系與通訊設(shè)備處理的性能。數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)难訒r也會對實時性有著很大的影響。由于在規(guī)劃工業(yè)以太網(wǎng)在設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)負荷時，一般不超過總帶寬的30%，所以進一步提升網(wǎng)絡(luò)的帶寬十分必要。同時，作為可以提供更高EMC表現(xiàn)，更快傳輸速度的光纖方案也會有助于實時性的提升。隨著芯片技術(shù)的提升，通訊節(jié)點對于數(shù)據(jù)包的處理能力和速度也會不斷提升，進而提升以太網(wǎng)的實時性。

      PLC等控制系統(tǒng)的功能發(fā)展也對工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的實時性有一定的影響。對于90%的工業(yè)應(yīng)用，其PLC掃描周期在10ms~10s之間，但是在精益制造和低碳節(jié)能理念不斷發(fā)展的大趨勢下，PLC系統(tǒng)功能的發(fā)展，尤其是PLC處理能力的提升將是PLC發(fā)展的大勢所趨。當傳統(tǒng)工業(yè)對于PLC掃描周期的要求愈加苛刻時，對I/O數(shù)據(jù)采集和與其他設(shè)備的通訊實時性要求也勢必需要隨之提升，因此工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的實時性也必須順應(yīng)這一趨勢，尤其是在網(wǎng)絡(luò)延時控制、通訊處理能力方面進一步提升性能，才能完成在工業(yè)領(lǐng)域里對高速總線，如CANopen和SERCOS的全面取代。