施耐德電氣一直致力提升工業(yè)以太網在可靠性、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，從控制層到設備層的通訊都全面基于“透明就緒”工業(yè)以太網解決方案平臺。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EtherNet/IP和ModbusTCP技術進行了無縫融合。從以太網的實時性角度來說，為了能夠避免PLC程序執(zhí)行周期對于數據采集實時性的影響，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）服務可以在確定的時間點，完成將實時數據在由D類IP地址定義的一組以太網設備之間的數據發(fā)布和訂閱。

      由于工業(yè)以太網在實時應用領域仍處在發(fā)展階段，所以在如下應用中，實時性表現(xiàn)還亟待提升：傳動應用，如冶金軋線、造紙，其對于多輥系統(tǒng)的線速度實時調節(jié)有很高要求；高速機械，如機床、汽車高速升降設備，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。

      從技術和應用角度出發(fā)，如下問題制約著工業(yè)以太網實時性的進一步發(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)生的幾率已經大大降低，但是本質上還是為工業(yè)以太網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)測到沖突，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。在整個數據采集-處理-輸出的工程中，網絡節(jié)點設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)生在交換設備上的延時往往被控制在10μs之內，但是當網絡負荷較大時仍然對網絡的實時性產生嚴重的影響。所以如QoS和HOLBlockingPrevention等服務需要集成到交換機設備之中。

    3.網絡體系與通訊設備處理的性能。數據在網絡上傳輸的延時也會對實時性有著很大的影響。由于在規(guī)劃工業(yè)以太網在設備層網絡負荷時，一般不超過總帶寬的30%，所以進一步提升網絡的帶寬十分必要。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。隨著芯片技術的提升，通訊節(jié)點對于數據包的處理能力和速度也會不斷提升，進而提升以太網的實時性。

      PLC等控制系統(tǒng)的功能發(fā)展也對工業(yè)以太網技術的實時性有一定的影響。對于90%的工業(yè)應用，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數據采集和與其他設備的通訊實時性要求也勢必需要隨之提升，因此工業(yè)以太網技術的實時性也必須順應這一趨勢，尤其是在網絡延時控制、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，從控制層到設備層的通訊都全面基于“透明就緒”工業(yè)以太網解決方案平臺。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EtherNet/IP和ModbusTCP技術進行了無縫融合。從以太網的實時性角度來說，為了能夠避免PLC程序執(zhí)行周期對于數據采集實時性的影響，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）服務可以在確定的時間點，完成將實時數據在由D類IP地址定義的一組以太網設備之間的數據發(fā)布和訂閱。

      由于工業(yè)以太網在實時應用領域仍處在發(fā)展階段，所以在如下應用中，實時性表現(xiàn)還亟待提升：傳動應用，如冶金軋線、造紙，其對于多輥系統(tǒng)的線速度實時調節(jié)有很高要求；高速機械，如機床、汽車高速升降設備，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。

      從技術和應用角度出發(fā)，如下問題制約著工業(yè)以太網實時性的進一步發(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)生的幾率已經大大降低，但是本質上還是為工業(yè)以太網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)測到沖突，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。在整個數據采集-處理-輸出的工程中，網絡節(jié)點設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)生在交換設備上的延時往往被控制在10μs之內，但是當網絡負荷較大時仍然對網絡的實時性產生嚴重的影響。所以如QoS和HOLBlockingPrevention等服務需要集成到交換機設備之中。

    3.網絡體系與通訊設備處理的性能。數據在網絡上傳輸的延時也會對實時性有著很大的影響。由于在規(guī)劃工業(yè)以太網在設備層網絡負荷時，一般不超過總帶寬的30%，所以進一步提升網絡的帶寬十分必要。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。隨著芯片技術的提升，通訊節(jié)點對于數據包的處理能力和速度也會不斷提升，進而提升以太網的實時性。

      PLC等控制系統(tǒng)的功能發(fā)展也對工業(yè)以太網技術的實時性有一定的影響。對于90%的工業(yè)應用，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數據采集和與其他設備的通訊實時性要求也勢必需要隨之提升，因此工業(yè)以太網技術的實時性也必須順應這一趨勢，尤其是在網絡延時控制、通訊處理能力方面進一步提升性能，才能完成在工業(yè)領域里對高速總線，如CANopen和SERCOS的全面取代。