反射內存網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)互為補充

發(fā)布時(shí)間:2018-1-24 13:46    發(fā)布者:trueleven
關(guān)鍵詞: 反射內存卡 , 反射內存 , 測試測控

  在冷軋、熱軋等一些工業(yè)自動(dòng)化應用領(lǐng)域,對于壓力、轉速有著(zhù)極為嚴苛的規定要求,必須在極短的時(shí)間內將數據傳輸至下一個(gè)節點(diǎn)控制工程網(wǎng)版權所有,進(jìn)行實(shí)時(shí)精確的參數調節,微小的延時(shí)就會(huì )造成生產(chǎn)誤差和嚴重浪費。目前,現場(chǎng)總線(xiàn)、以太網(wǎng)的性能尚不能完全滿(mǎn)足此類(lèi)高度確定性、高度時(shí)間性要求的應用需求。GE智能平臺針對嚴苛的仿真、過(guò)程控制數據采集推出的反射內存技術(shù)恰恰彌補了這種不足,以其確定性、低延遲、高速內存共享等特點(diǎn)符合了實(shí)時(shí)性很高的環(huán)境需求。
     低延遲性        反射內存是種基于2.12G波特率的高速網(wǎng)絡(luò ),最大傳輸速率可達174Mbyte/s。GE智能平臺嵌入式系統應用工程師邵劍鋒介紹,在反射內存光纖環(huán)網(wǎng)中,當數據寫(xiě)入本地反射內存備份,高速邏輯同步將其傳輸至環(huán)狀網(wǎng)絡(luò )的下一個(gè)節點(diǎn),并可以隨時(shí)在任何節點(diǎn)插入數據。每個(gè)節點(diǎn)存儲從前一個(gè)節點(diǎn)接收的數據,數據包解包檢查錯誤并將這個(gè)新數據寫(xiě)入本地備份,然后將其發(fā)送至環(huán)網(wǎng)的下一個(gè)節點(diǎn)。當數據包完成數據流環(huán)繞返回至初始節點(diǎn)時(shí)便會(huì )被從網(wǎng)絡(luò )中移除。通過(guò)這種方式,每臺計算機便可始終擁有共享內存集的最新本地備份,沒(méi)有軟件延遲,硬件延遲微乎其微。如圖1所示,四個(gè)節點(diǎn)中所有計算機只需2.1μs便可接收到寫(xiě)入反射內存中的數據。這種低延遲性能對于構建實(shí)時(shí)系統(例如模擬器、PLC控制器系統、試驗臺或高可用性系統)起著(zhù)至關(guān)重要的作用。

        作為一種特殊類(lèi)型的共享內存系統,所有CPU寫(xiě)入該公共內存空間的訪(fǎng)問(wèn)都將被復制到網(wǎng)絡(luò )中的其他節點(diǎn)上,最多可連接多達256臺計算機。每個(gè)子系統均享有充分且不受限制的訪(fǎng)問(wèn)權限。
        除了環(huán)形結構,反射內存數據交互星形拓撲是一個(gè)發(fā)展方向,能使同步性更高。通過(guò)使用光纖集線(xiàn)器,即使節點(diǎn)中斷已經(jīng)關(guān)閉,集線(xiàn)器仍會(huì )自動(dòng)地繞過(guò)終止操作的任何網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)繼續傳輸,每臺聯(lián)網(wǎng)的計算機始終具有網(wǎng)絡(luò )共享內存集合的本地最新備份,備份節點(diǎn)可以通過(guò)使用與失效的系統一樣的內存來(lái)無(wú)縫地接管處理工作,以減少意外停機可能對生產(chǎn)率、盈利能力和性能產(chǎn)生的嚴重影響。
       能否被取代?        GE反射內存提供了通過(guò)光纜以2.12Gbaud速率運行的數據插入環(huán)形架構網(wǎng)絡(luò ),節點(diǎn)間距離可達10公里(單模)/300米(多模)。邵劍鋒說(shuō):“相比百兆、千兆以太網(wǎng),反射內存具有更高的實(shí)時(shí)性,相鄰兩個(gè)節點(diǎn)最長(cháng)延遲不超過(guò)750納秒,而以太網(wǎng)、現場(chǎng)總線(xiàn)目前都無(wú)法滿(mǎn)足此要求,千兆以太網(wǎng)(包括協(xié)議報頭)的速率只有100 MB/s!保ㄒ(jiàn)圖2)由于IP協(xié)議費用、尋址和內存寫(xiě)入次數等限制,采用以太網(wǎng)等其他網(wǎng)絡(luò )技術(shù)要達到相同的延遲也是相當困難的。

        那么,工業(yè)萬(wàn)兆以太網(wǎng)的發(fā)展是否將對反射內存網(wǎng)絡(luò )造成沖擊呢?邵劍鋒認為,目前工業(yè)現場(chǎng)應用更多的仍是百兆、千兆工業(yè)以太網(wǎng),萬(wàn)兆應用停留在服務(wù)器層面。萬(wàn)兆工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)現場(chǎng)大規模應用從長(cháng)遠來(lái)講是可能的,但是仍需較長(cháng)時(shí)間,而GE目前也正在積極研發(fā)速度可以達到10G的光纖技術(shù),以進(jìn)一步滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求更嚴苛的環(huán)境應用。
        此外CONTROL ENGINEERING China版權所有,反射內存不依靠任何網(wǎng)絡(luò )協(xié)議技術(shù)www.cechina.cn,可確保合適的連通性,不存在附加負載限制或終端規則,這也是其一大優(yōu)勢!胺瓷鋬却嬗布捎糜赩ME、PCI/PCI-X、PMC、PCI Express和其他各種格式,這樣便允許單獨的反射內存網(wǎng)絡(luò )連接不同總線(xiàn),設計和實(shí)施方案不需要考慮太多的系統兼容問(wèn)題,可以組建自適應系統,方便現場(chǎng)系統組建和擴展!鄙蹌︿h說(shuō),“另外,有協(xié)議就意味著(zhù)CPU開(kāi)銷(xiāo),數據會(huì )在傳輸過(guò)程中有所損失,而反射內存網(wǎng)絡(luò )能傳輸裸數據,極低的數據延遲,傳輸數據確定性有效性更高,CPU開(kāi)銷(xiāo)更小!狈瓷鋬却嫱该鞯乇O測、復制數據,這樣便能在無(wú)軟件開(kāi)銷(xiāo)的情況下共享該數據,與傳統通訊方式的附加開(kāi)發(fā)時(shí)間、測試、維護、文檔編制和附加CPU要求所產(chǎn)生的成本相比,更加經(jīng)濟高效。
  適用范圍        既然反射內存有這么多優(yōu)勢,是否適用于所有的工業(yè)環(huán)境應用呢?答案是否定的。反射內存技術(shù)是GE獨特的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )技術(shù),可以和GE其他嵌入式平臺結合組建實(shí)時(shí)系統,實(shí)現遠程數據實(shí)時(shí)傳輸,用于所有使用以太網(wǎng)、光纖通道或其他串行網(wǎng)絡(luò )將計算機或可編程邏輯控制器連接在一起的應用場(chǎng)合,如實(shí)時(shí)的飛行仿真器、電訊、高速過(guò)程控制(軋鋼廠(chǎng)和制鋁廠(chǎng))、高速測試和測量系統等,但并非適用于所有應用場(chǎng)合!胺瓷鋬却媾c以實(shí)時(shí)交互作用為首要關(guān)注因素的系統關(guān)系最為緊密。在需要低延遲與高度通信的系統中,雖然反射內存板價(jià)格高于性能較低的硬件,但卻能通過(guò)極高的功能性和易用性帶來(lái)豐厚回報!碑斎,邵劍鋒也表示,對于一些對實(shí)時(shí)性要求并不嚴苛的工業(yè)環(huán)境應用,加上生產(chǎn)成本的考慮,可以采用傳統的控制方式達到預期的生產(chǎn)目標。所以,“反射內存尤其適用于對數據傳輸高速、實(shí)時(shí)、確定性要求極高的場(chǎng)合。數據環(huán)網(wǎng)中允許多達256個(gè)節點(diǎn),完全能滿(mǎn)足工業(yè)環(huán)境和仿真環(huán)境的應用需求!保≒CI5565)
      實(shí)時(shí)精確控制生產(chǎn)        反射內存憑借低延遲和確定性成為冶金、鋼鐵、交通等許多實(shí)時(shí)性嚴苛應用的最佳解決方案,比如用于提高PLC控制鋁軋的操作性能,控制軋鋼的快速流程。在3500英尺/分鐘的軋鋁機上,標準PLC控制環(huán)路的響應時(shí)間可允許在執行器響應之前能夠通過(guò)2至3英尺的鋁材,這些執行器在鋁材上施加和釋放壓力以獲得不同的鋁材厚度。通過(guò)利用反射內存,與軋機相關(guān)的數據被輸入PLC,PLC迅速將數據寫(xiě)入反射內存的存儲器中,從而將數據發(fā)送至獨立的VME計算機系統以傳輸復雜的控制運算法則。系統通過(guò)簡(jiǎn)單的反射內存寫(xiě)入命令將輸出控制數據發(fā)回至PLC中,數據傳輸與計算速度極快,以至于PLC運行控制回路不會(huì )出現任何延遲!叭绻霈F延遲,會(huì )使鋼的薄厚尺寸無(wú)法達到既定的要求,造成部分尺寸的成本浪費;赩ME高級控制系統的反射內存可確保實(shí)時(shí)精確控制,將響應時(shí)間縮短到4英寸控制工程網(wǎng)版權所有,提高產(chǎn)品質(zhì)量!(PCI-5565)
        邵劍鋒表示:“相比PLC系統,反射內存具有更好的實(shí)時(shí)性,可以實(shí)現更快的系統響應,成本比較高,但是兩者并不沖突。反射內存是對傳統PLC控制的補充,可根據生產(chǎn)實(shí)際要求決定選用哪種。再如系統冗余,利用反射內存在幾微秒內可將停止運作機器里的數據恢復到備份中,這在PLC控制中也大量使用!保ǚ瓷鋬却婢W(wǎng))
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