POWERLINK 冗余技术

• 关键词：POWERLINK,冗余,环网,线路选择器
• 作者：贝加莱工业自动化 陈志平
• 摘要：ETHERNET POWERLINK（简称EPL）是一种高速实时以太网，它基于标准以太网硬件，甚至可以是标准以太网卡，通讯速度为100M，通讯距离为100米，通过光纤技术可延长到数十公里。

1.POWERLINK概述　

　　ETHERNET POWERLINK（简称EPL）是一种高速实时以太网，它基于标准以太网硬件，甚至可以是标准以太网卡，通讯速度为100M，通讯距离为100米，通过光纤技术可延长到数十公里。
　　ETHERNET POWERLINK（简称EPL）国际标准化组织EPSG（www.epsg.org）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多台设备上使用了EPL。EPL在全球有450多个成员、用户和支持者。
　　EPL现在的版本为V2（兼容V1），网络刷新周期为50s，数据传送时间误差小于1s。EPL每1ms可以刷新1000个数据点（其中40%为模拟量点）。基于1000M的EPL产品正在研发中。

2.POWERLINK冗余技术
　　过程自动化常常有总线冗余的要求，机械自动化（比如滑环）也有部分总线冗余的要求，实际的需求促成了EPL冗余技术的发展。
　　EPL基于标准以太网硬件，因此EPL可采用标准以太网冗余技术：环网、双环网、主干冗余。另外还有针对EPL的线路选择器冗余技术。

2.1环网冗余
　　以太网环网冗余协议主要有：改造过的快速生成树协议、简化的FDDI、简化的弹性分组环RPR、以及各个厂家的自有协议。
　　环网冗余结构分：单环冗余和双环冗余。双环冗余是对单环冗余的双重化配置，冗余特性比单环更可靠。环网内各节点之间采用以太网或光纤。

2.1.1单环结构

　　在过程自动化领域，我们常常在一个主CPU中插入一块EPL主站卡，通过冗余网络来扩展出多个EPL从站。当EPL网络上出现3个以上的节点时，我们一般建议选择单环网冗余。
　　单环网的通讯介质可以是标准以太网，也可以选择光纤，这要视实际要求而定。节点之间距离比较远（比如大于100米） 或者环境电磁干扰很强（比如风电机舱内）时，系统可靠性比成本更要优先考虑，一定要使用选用光纤。如果所有EPL节点在一个配电间内，选择环网已经足够。

2.1.1.1工作原理
　　在一个环网内，数据从一个节点沿缺省方向向另一个节点传送。如果中间某段网络断了，沿该方向无法将数据发到该段网络后面的节点上，网络系统检测到这种情况后，自动会将该段网络后面节点所需的数据从另外一个方向传送，网络系统会纪录每次通讯状态，下一次通讯将沿用上次成功的通讯路径。
　　要特别注意的是，环网交换机的切换时间必须足够快才行，老式的环网交换机切换时间在300ms，不能用于EPL网络冗余，新的环网交换机切换速度可以做到20ms，可以用于一般过程控制领域，而且在EPL主站上要设置足够长的容忍时间。

2.1.2双环结构
　　在一些过程自动化中，网络节点数大于3个，而且系统要求网络的可靠性非常高，这时可用第3方环网交换机来构建一个双环网。
　　双环网中每个节点有两个环网交换机组成，分别负责A网和B网通讯，每个节点内的两个环网交换机之间有通讯电缆连接。
　　不同节点之间的通讯介质可以是标准以太网电缆，也可以是光线，标准以太网电缆的优点是成本低，缺点是通讯距离短；光纤的优点是抗电磁干扰强，传送距离远（几公里~几十公里），缺点是成本高、施工难度大。

2.1.2.2工作原理
　　双环网中A、B两个网络具有单环网特性，每一个节点内的A网和B网之间有跨接通路。
　　标准情况下，数据从 “源节点“到“目的节点”的通讯用一个缺省网完成，基于单环网的工作原理，即使A中某一段网络出现故障业可以完成。
　　当某节点损坏一个A网交换机时，连接该交换的节点和A网的通讯路径变为不可用，网络系统会试图从该节点的B网交换机来和网络上其它节点通讯。
　　当某个节点损坏一个A网交换机，而另外一个节点损坏一个B网交换机时，数据就从B网和A网之间传送，通讯的路径是经过动态优化的。
　　由于每个交换机都会纪录该次成功通讯的路径，下次通讯将会沿用上次成功的路径。遇到网络故障时，网络路径重新选择需要一定延时，因此EPL通讯设置中，容忍时间必须大于网络系统恢复过程所花的时间。这个时间一般在10ms左右，因此只能作为常规控制用，不能做电厂SOE等高速处理用。

2. 2非环网结构
2.2.1线路选择器技术
该网络技术采用链路层HUB来构建2个网络A网、B网。每个节点通过线路选择器用2根EPL电缆，分别接入A网和B网。
由于采用数据链路层HUB，线路切换时间可以达到s级。可以用在电厂SOE等高速采集场合。