ETHERNET POWERLINK(簡稱EPL)是一種高速實時以太網,它基于標準以太網硬件,甚至可以是標準以太網卡,通訊速度為100M,通訊距離為100米,通過光纖技術可延長到數十公里。
ETHERNET POWERLINK(簡稱EPL)國際標準化組織EPSG(www.epsg.org)成立于2001年,2003年推出系列產品。截至2007年11月底,世界各地240多個OEM用戶在40000多臺設備上使用了EPL。EPL在全球有450多個成員、用戶和支持者。
EPL現在的版本為V2(兼容V1),網絡刷新周期為50ms,數據傳送時間誤差小于1ms。EPL每1ms可以刷新1000個數據點(其中40%為模擬量點)?;?000M的EPL產品正在研發中。
過程自動化常常有總線冗余的要求,機械自動化(比如滑環)也有部分總線冗余的要求,實際的需求促成了EPL冗余技術的發展。
EPL基于標準以太網硬件,因此EPL可采用標準以太網冗余技術:環網、雙環網、主干冗余。另外還有針對EPL的線路選擇器冗余技術。
環網冗余
以太網環網冗余協議主要有:改造過的快速生成樹協議、簡化的FDDI、簡化的彈性分組環RPR、以及各個廠家的自有協議。
環網冗余結構分:單環冗余和雙環冗余。雙環冗余是對單環冗余的雙重化配置,冗余特性比單環更可靠。環網內各節點之間采用以太網或光纖。
單環結構
在過程自動化領域,我們常常在一個主CPU中插入一塊EPL主站卡,通過冗余網絡來擴展出多個EPL從站。當EPL網絡上出現3個以上的節點時,我們一般建議選擇單環網冗余。
單環網的通訊介質可以是標準以太網,也可以選擇光纖,這要視實際要求而定。節點之間距離比較遠(比如大于100米) 或者環境電磁干擾很強(比如風電機艙內)時,系統可靠性比成本更要優先考慮,一定要使用選用光纖。如果所有EPL節點在一個配電間內,選擇環網已經足夠。
在一個環網內,數據從一個節點沿缺省方向向另一個節點傳送。如果中間某段網絡斷了,沿該方向無法將數據發到該段網絡后面的節點上,網絡系統檢測到這種情況后,自動會將該段網絡后面節點所需的數據從另外一個方向傳送,網絡系統會紀錄每次通訊狀態,下一次通訊將沿用上次成功的通訊路徑。
要特別注意的是,環網交換機的切換時間必須足夠快才行,老式的環網交換機切換時間在300ms,不能用于EPL網絡冗余,新的環網交換機切換速度可以做到20ms,可以用于一般過程控制領域,而且在EPL主站上要設置足夠長的容忍時間。
單環結構

雙環結構
在一些過程自動化中,網絡節點數大于3個,而且系統要求網絡的可靠性非常高,這時可用第3方環網交換機來構建一個雙環網。
雙環網中每個節點有兩個環網交換機組成,分別負責A網和B網通訊,每個節點內的兩個環網交換機之間有通訊電纜連接。
不同節點之間的通訊介質可以是標準以太網電纜,也可以是光纖,標準以太網電纜的優點是成本低,缺點是通訊距離短;光纖的優點是抗電磁干擾強,傳送距離遠(幾公里~幾十公里),缺點是成本高、施工難度大。

雙環結構
雙環網中A、B兩個網絡具有單環網特性,每一個節點內的A網和B網之間有跨接通路。
標準情況下,數據從 “源節點“到“目的節點”的通訊用一個缺省網完成,基于單環網的工作原理,即使A中某一段網絡出現故障業可以完成。
當某節點損壞一個A網交換機時,連接該交換的節點和A網的通訊路徑變為不可用,網絡系統會試圖從該節點的B網交換機來和網絡上其它節點通訊。
當某個節點損壞一個A網交換機,而另外一個節點損壞一個B網交換機時,數據就從B網和A網之間傳送,通訊的路徑是經過動態優化的。
由于每個交換機都會紀錄該次成功通訊的路徑,下次通訊將會沿用上次成功的路徑。遇到網絡故障時,網絡路徑重新選擇需要一定延時,因此EPL通訊設置中,容忍時間必須大于網絡系統恢復過程所花的時間。這個時間一般在10ms左右,因此只能作為常規控制用,不能做電廠SOE等高速處理用。
非環網結構
線路選擇器技術

該網絡技術采用鏈路層HUB來構建2個網絡A網、B網。每個節點通過線路選擇器用2根EPL電纜,分別接入A網和B網。
由于采用數據鏈路層HUB,線路切換時間可以達到?s級。可以用在電廠SOE等高速采集場合。
每幀數據從節點出發,同時發送給A網和B網。任何時候,數據在兩個網絡上事相同的。
每個節點的線路選擇器(圖中AC810或BC8084內置式)每50?s檢測一次2個EPL網絡的信號質量。
如果線路選擇器評估出兩個網絡的通訊質量一樣,該節點就用缺省網絡(或上次所用網絡)和其它EPL節點通訊。
如果線路選擇器發現一個EPL連接的通訊質量好于另外一個EPL連接,該節點就從數據質量好的網絡發送和接收數據。
主干網絡冗余

在兩個節點之間同時有多根EPL電纜(通常為2根,也可以是多根)。
正常的操作中,兩個設備之間的數據分成多個數據流,分別從不同的EPL上通過,增強了網絡的吞吐量;當一根EPL網絡斷開,兩個設備之間的數據全部從剩下的EPL連接上通過,保證了網絡的通訊正常。線路恢復時間在毫秒級。
幾種網絡冗余技術比較
自愈速度:從網絡自愈(或切換)速度看,線路選擇器冗余技術速度最快(10?s級);其次是主干網絡冗余,在毫秒級;環網(單環、雙環)冗余在幾十毫秒級。
魯棒性:從網絡魯棒性看,最可靠的是雙環網,它相當于四重冗余;其次是線路選擇器和主干網絡冗余,線路選擇器的網絡負荷幾乎沒有變化,主干網絡冗余在網絡修復階段網絡負荷波動比較大,項目設計時要考慮到;單環網的時滯產生在自愈階段,項目設計時應充分考慮。
經濟性:單環網和主干網絡冗余的經濟性最好。需要特別指出的是,主干網絡冗余采用串級連接方式,適合于只有2個節點的網絡,多余2個節點宜采用單環冗余。然后就是線路選擇器冗余,它的冗余工作在線路選擇器中完成,對A、B兩個網絡的構建沒有太多的智能要求,可以選擇任何鏈路層HUB。雙環網冗余要求的環網交換機多,價格較高,只有對可靠性要求特別高的場合才用,實際情況下用的不多。
不同場合的選擇:綜上所述,對于要求速度很快的應用,一般選擇線路選擇器技術;一般過程自動化項目,選擇單環網技術即可;主干網絡冗余技術更多的用在增加網絡帶寬的應用上;只有對網絡系統可靠性要求很嚴格的才采用雙環網冗余。