分析POWERINK在流程工业中的应用

　　在信息化浪潮席卷和经济一体化的今天，市场竞争更加激烈，利用先进的信息技术建立企业生产信息一体化管理是企业获得竞争优势的必要手段，企业管理要达到国际先进水平，实现企业信息一体化管理是一条必由之路。网络是信息流动的通路，网络拓扑结构的合理性决定了信息流动是否顺畅，也决定了系统的成本。

　　阿尔斯通（ALSTOM）是发电和轨道交通基础设施领域的企业，其创新环保的技术已成为行业的参照基准。 阿尔斯通建造了世界上运行快的列车和动力的全自动地铁列车。阿尔斯通还为水电、燃气、燃煤和核电等利用各类能源的发电厂提供总包整合电厂解决方案和相关服务

　　阿尔斯通是EPSG（POWERLINK标准组织）的成员之一，活跃于能源和运输领域。公司基于POWERLINK研发了一套冗余系统，具有响应时间短、实时同步性高、高传输速率及易于诊断的特点。

　　挑战

　　阿尔斯通之前仅使用"工厂执行协议FIP",除非有必要使用另一个现场总线解决方案，在我们的过程序列中，现在的数据量已经超过了FIP的带宽，项目经理斯戴芬。宝特赫说："因此我们需要一个能够处理更加大量的实时数据并且适应冗余拓扑的总线备选方案。

　　系统的选择

　　宝特赫解释了阿尔斯通的评判标准，重要的不仅仅在于诸如带宽之类的技术性能，也包括系统的标准化，毕竟选择一个新技术总是带来很多投资保护的问题。

　　因此，控制技术需要保持长期的可用及透明度，我们深信EthernetPOWERLINK的开放性允许我们开发适应任何过程的应用。此外，阿尔斯通要求整厂一致的方案。"我们在寻找一个实时且具有确定性的网络以能够使得我们的集中过程通过分布的I/O来实现。"Potier如是说到。阿尔斯通的系统们罗列出系统的需求后，权衡利弊，阿尔斯通终选择了EthernetPOWERLINK及ProfiNet-IRT,这两个总线满足了所有的需求及所期望的高速率，由于ProfiNetIRT那时候尚未正式在市场发布，真正的选择就很清楚了。

　　POWERLINK历史

　　Powerlink由贝加莱B&R公司开发，并由Ethernet Powerlink标准化组（Ethernet Powerlink Standardisation Group,EPSG）支持。Powerlink协议对第三、四层的TCP（UDP）/IP栈进行了扩展。它在共享式以太网网段上采用槽时间通信网络管理（Slot Communication Network Management,SCNM）中间件控制网络上的数据流量。SCNM采用主从调度方式，每个站只有在收到主站请求的情况下，才能发送实时数据。因此，在一个特定的时间，只有一个站能够访问总线，所以没有冲突，从而确保了通信的实时性。为此，Powerlink需采用基于IEEE 1588的时间同步。

　　POWERLINK是由一家奥地利控制技术制造商-贝加莱（B#amp;R）在2001年开发的。贝加莱的目标是通过在IEEE802.3标准以太网协议的扩展在微秒级上实现实时数据传输。

　　POWERLINK对于其它的开发者而言是开放的，在2002年，它由一个民主开放的EPSG组织领导，2003年，EPSG表决通过POWERLINKV2技术规范，它重要的扩展是标准化了基于CANopen标准定义的机制的应用接口。

　　POWERLINK

　　POWERLINK的关键特性在于对网络上设备的时钟管理，不像标准以太网系统，在那里，传输速度依赖于数据量，POWERLINK扩展性采用了时间槽的方法，这能够确保数据交换的同步性，为了使得数据传输同步，应用了整个带宽并且阻止了数据冲突，在一个POWERLINK总线内的设备被指派了管理节点（MN）功能，而同时所有其它设备则扮演一个受控节点。由于以太网是一个广播系统，所有的网络节点能够接收数据，一个POWERLINK循环由四个周期构成，在"启动"周期，MN发送循环帧启动给所有CN使得设备同步。

　　循环的同步数据交换在第二个周期（循环周期）内发生，下面的"非同步周期"使得非实时数据传输得以实现。一个"空闲"周期完成了整个循环，由于时间槽方法阻止了不同设备同时发送数据，各自的MN可以被指派多达240个受控节点，更多的POWERLINK优势在于这个基于软件实现方式及已存的标准化，一个循环由实时Poll请求和Poll响应的实时脉冲及用于传输非实时数据的非实时脉冲构成。

　　通过其它组织的工作，在这个领域提供了许多优势，我们已经在冗余技术方面积累了丰富的经验，我们能够定位我们公司的开发前瞻性并且给予高可用性标准化巨大贡献。

　　解决方案

　　Alstom冗余模式是按照如下设计的：两个或更多的冗余管理节点在网络层次的顶端，只有一个作为主动管理节点AMN,其它保持Stand-by（SMN）状态并扮演一个受控节点。SMN和CN的不同在于SMN持续的监控所有网络及CN功能，在紧急情况下，这能使得SMN具有AMB功能作为网络内的一个RMN,每个RMN必须能够配置所有网络设备，其它RMN也不例外。封闭了网络结构内，第三个对阿尔斯通有利的方面包括冗余数据线，能够保护总线不仅在MN失效，而且在总线电缆失效和故障的情况下运行。

　　网络管理状态

　　阿尔斯通的开发者们必须进行很多针对网络状态的改变，以能够使得系统集成多个冗余管理站，由于POWERLINK初只允许对一个MN进行操作，网络管理站NMT是一个基于CANOpen的监测及控制服务。可操作表示单元完全可操作的，停止意味着设备从网络断开，只接受一个NMT指令，为了冗余操作，MN可以在任何时候承担控制功能，编程者增加一个第五状态（StandBy）给NMT状态机器，在预操作阶段，RMN检查总线状态，如果没有相关的信号被侦测到，它就切换到激活模式，并且扮演一个AMN功能，如果RMN检测到网络活动，它就会在操作模式切换到等待模式，但是将会以一个标准CN进入系统。

　　连接选择器

　　除了堆栈更换，阿尔斯通的们开发了连接选择器，这个创新使得网络能够对冗余数据线进行操作。与HUB相似，它连接了数据行输入和受控节点，扮演了一个关联操作者的角色，并且将信号输送线与CN相连，如果一个线路中断，开关切换到另一个。电缆断掉也能通过连接选择器发送信息来定位。

　　应用

　　在完成所有模式及技术开发后，阿尔斯通进入一个仿真阶段，在阿尔斯通的工业化安装中，系统是否能够适应特殊过程必须通过基于计算机模式进行验证。重中之重，仿真确定我们的初步估计，这展现了100Mbps以太网足以满足数据负载的要求。结果是，我们创造了丰富的特殊过程，并测试了在这些情况下的系统功能，Potier描述了这个漫长的仿真阶段，我们不能在确认之前投入操作，除非它如我们所愿的那样工作。

　　结果

　　阿尔斯通为结果所鼓舞，我们现在有了一个现场网络可以满足我们所有的要求，系统有一个非常清晰的层次，此外，我们可以轻松的集成网络配置到工程设计的工具中去，由于POWERLINK是一个基于CANOpen的网络，但是重要的事情在于这个系统属于我们，我们知道开发的过程，有所有可以进入的资源在需要时进行更深入的开发，新的功能将被在EPSG标准并且是开放给任何人的。