1.POWERLINK概述
ETHERNET POWERLINK（簡稱EPL）是一種高速實時以太網(wǎng)，它基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)硬件，甚至可以是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)卡，通訊速度為100M，通訊距離為100米，通過光纖技術(shù)可延長到數(shù)十公里。
ETHERNET POWERLINK（簡稱EPL）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織EPSG（www.epsg.org）成立于2001年，2003年推出系列產(chǎn)品。截至2007年11月底，世界各地240多個OEM用戶在40000多臺設(shè)備上使用了EPL。EPL在全球有450多個成員、用戶和支持者。
EPL現(xiàn)在的版本為V2（兼容V1），網(wǎng)絡(luò)刷新周期為50s，數(shù)據(jù)傳送時間誤差小于1s。EPL每1ms可以刷新1000個數(shù)據(jù)點（其中40%為模擬量點）。基于1000M的EPL產(chǎn)品正在研發(fā)中。
2.POWERLINK冗余技術(shù)
過程自動化常常有總線冗余的要求，機械自動化（比如滑環(huán)）也有部分總線冗余的要求，實際的需求促成了EPL冗余技術(shù)的發(fā)展。
EPL基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)硬件，因此EPL可采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)冗余技術(shù)：環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、主干冗余。另外還有針對EPL的線路選擇器冗余技術(shù)。
2.1環(huán)網(wǎng)冗余
以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議主要有：改造過的快速生成樹協(xié)議、簡化的FDDI、簡化的彈性分組環(huán)RPR、以及各個廠家的自有協(xié)議。
環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)分：單環(huán)冗余和雙環(huán)冗余。雙環(huán)冗余是對單環(huán)冗余的雙重化配置，冗余特性比單環(huán)更可靠。環(huán)網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點之間采用以太網(wǎng)或光纖。
2.1.1單環(huán)結(jié)構(gòu)
在過程自動化領(lǐng)域，我們常常在一個主CPU中插入一塊EPL主站卡，通過冗余網(wǎng)絡(luò)來擴展出多個EPL從站。當(dāng)EPL網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)3個以上的節(jié)點時，我們一般建議選擇單環(huán)網(wǎng)冗余。
單環(huán)網(wǎng)的通訊介質(zhì)可以是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，也可以選擇光纖，這要視實際要求而定。節(jié)點之間距離比較遠(yuǎn)（比如大于100米） 或者環(huán)境電磁干擾很強（比如風(fēng)電機艙內(nèi)）時，系統(tǒng)可靠性比成本更要優(yōu)先考慮，一定要使用選用光纖。如果所有EPL節(jié)點在一個配電間內(nèi)，選擇環(huán)網(wǎng)已經(jīng)足夠。
2.1.1.1工作原理
在一個環(huán)網(wǎng)內(nèi)，數(shù)據(jù)從一個節(jié)點沿缺省方向向另一個節(jié)點傳送。如果中間某段網(wǎng)絡(luò)斷了，沿該方向無法將數(shù)據(jù)發(fā)到該段網(wǎng)絡(luò)后面的節(jié)點上，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢測到這種情況后，自動會將該段網(wǎng)絡(luò)后面節(jié)點所需的數(shù)據(jù)從另外一個方向傳送，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會紀(jì)錄每次通訊狀態(tài)，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(huán)網(wǎng)交換機的切換時間必須足夠快才行，老式的環(huán)網(wǎng)交換機切換時間在300ms，不能用于EPL網(wǎng)絡(luò)冗余，新的環(huán)網(wǎng)交換機切換速度可以做到20ms，可以用于一般過程控制領(lǐng)域，而且在EPL主站上要設(shè)置足夠長的容忍時間。
2.1.2雙環(huán)結(jié)構(gòu)
在一些過程自動化中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)大于3個，而且系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)的可靠性非常高，這時可用第3方環(huán)網(wǎng)交換機來構(gòu)建一個雙環(huán)網(wǎng)。
雙環(huán)網(wǎng)中每個節(jié)點有兩個環(huán)網(wǎng)交換機組成，分別負(fù)責(zé)A網(wǎng)和B網(wǎng)通訊，每個節(jié)點內(nèi)的兩個環(huán)網(wǎng)交換機之間有通訊電纜連接。
不同節(jié)點之間的通訊介質(zhì)可以是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜，也可以是光線，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜的優(yōu)點是成本低，缺點是通訊距離短；光纖的優(yōu)點是抗電磁干擾強，傳送距離遠(yuǎn)（幾公里~幾十公里），缺點是成本高、施工難度大。
2.1.2.2工作原理
雙環(huán)網(wǎng)中A、B兩個網(wǎng)絡(luò)具有單環(huán)網(wǎng)特性，每一個節(jié)點內(nèi)的A網(wǎng)和B網(wǎng)之間有跨接通路。
標(biāo)準(zhǔn)情況下，數(shù)據(jù)從 “源節(jié)點“到“目的節(jié)點”的通訊用一個缺省網(wǎng)完成，基于單環(huán)網(wǎng)的工作原理，即使A中某一段網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障業(yè)可以完成。
當(dāng)某節(jié)點損壞一個A網(wǎng)交換機時，連接該交換的節(jié)點和A網(wǎng)的通訊路徑變?yōu)椴豢捎?，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會試圖從該節(jié)點的B網(wǎng)交換機來和網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點通訊。
當(dāng)某個節(jié)點損壞一個A網(wǎng)交換機，而另外一個節(jié)點損壞一個B網(wǎng)交換機時，數(shù)據(jù)就從B網(wǎng)和A網(wǎng)之間傳送，通訊的路徑是經(jīng)過動態(tài)優(yōu)化的。
由于每個交換機都會紀(jì)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(wǎng)絡(luò)故障時，網(wǎng)絡(luò)路徑重新選擇需要一定延時，因此EPL通訊設(shè)置中，容忍時間必須大于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)恢復(fù)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(guī)控制用，不能做電廠SOE等高速處理用。
2. 2非環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)
2.2.1線路選擇器技術(shù)
該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用鏈路層HUB來構(gòu)建2個網(wǎng)絡(luò)A網(wǎng)、B網(wǎng)。每個節(jié)點通過線路選擇器用2根EPL電纜，分別接入A網(wǎng)和B網(wǎng)。
由于采用數(shù)據(jù)鏈路層HUB，線路切換時間可以達到s級?？梢杂迷陔姀SSOE等高速采集場合。
2.2.1.1工作原理
每幀數(shù)據(jù)從節(jié)點出發(fā)，同時發(fā)送給A網(wǎng)和B網(wǎng)。任何時候，數(shù)據(jù)在兩個網(wǎng)絡(luò)上事相同的。
每個節(jié)點的線路選擇器（圖中AC810或BC8084內(nèi)置式）每50s檢測一次2個EPL網(wǎng)絡(luò)的信號質(zhì)量。
如果線路選擇器評估出兩個網(wǎng)絡(luò)的通訊質(zhì)量一樣，該節(jié)點就用缺省網(wǎng)絡(luò)（或上次所用網(wǎng)絡(luò)）和其它EPL節(jié)點通訊。
如果線路選擇器發(fā)現(xiàn)一個EPL連接的通訊質(zhì)量好于另外一個EPL連接，該節(jié)點就從數(shù)據(jù)質(zhì)量好的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
2. 2.2主干網(wǎng)絡(luò)冗余
在兩個節(jié)點之間同時有多根EPL電纜（通常為2根，也可以是多根）。
2. 2.2.1工作原理
正常的操作中，兩個設(shè)備之間的數(shù)據(jù)分成多個數(shù)據(jù)流，分別從不同的EPL上通過，增強了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量；當(dāng)一根EPL網(wǎng)絡(luò)斷開，兩個設(shè)備之間的數(shù)據(jù)全部從剩下的EPL連接上通過，保證了網(wǎng)絡(luò)的通訊正常。線路恢復(fù)時間在毫秒級。
3.幾種網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)比較
3.1自愈速度
從網(wǎng)絡(luò)自愈（或切換）速度看，線路選擇器冗余技術(shù)速度最快（10s級）；其次是主干網(wǎng)絡(luò)冗余，在毫秒級；環(huán)網(wǎng)（單環(huán)、雙環(huán)）冗余在幾十毫秒級。
3.2魯棒性
從網(wǎng)絡(luò)魯棒性看，最可靠的是雙環(huán)網(wǎng)，它相當(dāng)于四重冗余；其次是線路選擇器和主干網(wǎng)絡(luò)冗余，線路選擇器的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷幾乎沒有變化，主干網(wǎng)絡(luò)冗余在網(wǎng)絡(luò)修復(fù)階段網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷波動比較大，項目設(shè)計時要考慮到；單環(huán)網(wǎng)的時滯產(chǎn)生在自愈階段，項目設(shè)計時應(yīng)充分考慮。
3.3經(jīng)濟性
單環(huán)網(wǎng)和主干網(wǎng)絡(luò)冗余的經(jīng)濟性最好。需要特別指出的是，主干網(wǎng)絡(luò)冗余采用串級連接方式，適合于只有2個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)，多余2個節(jié)點宜采用單環(huán)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(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建沒有太多的智能要求，可以選擇任何鏈路層HUB。雙環(huán)網(wǎng)冗余要求的環(huán)網(wǎng)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。
3.4不同場合的選擇
綜上所述，對于要求速度很快的應(yīng)用，一般選擇線路選擇器技術(shù)；一般過程自動化項目，選擇單環(huán)網(wǎng)技術(shù)即可；主干網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)更多的用在增加網(wǎng)絡(luò)帶寬的應(yīng)用上；只有對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性要求很嚴(yán)格的才采用雙環(huán)網(wǎng)冗余。
