openSAFETY基礎引導（二）

1.PROFINET上的openSAFETY
PROFINET技術的發展主要來自于西門子和其他PROFIBUS用戶組織PNO的成員。它的名字是“process field network”的縮寫。PROFINET是Profibus DP的以太網類的繼承者。其通信系統有I/O控制器之間的完整的數據傳輸說明，以及參數化、診斷和網絡實施的說明。根據時間要求不同，PROFINET又被分為PROFINET RT和PROFINETIRT，前者沒有或是軟實時，后者硬實時。
•原理
PROFINET使用不同協議和服務來滿足不同性能級別要求。根據用戶需求和一定原則，實時型PROFINET RT可以在一個循環周期內發送有效載荷數據和對時間要求不高的數據。又預留一個RT通道，通過以太網協議傳輸高優先級的載荷數據。而診斷和配置信息通過UDP/IP發送。因此，對于I/O的應用，循環周期可以達到10ms。應用基于交換管理的時分復用，PROFINET RT時鐘同步的1ms以下的循環周期，滿足運動控制的要求。PROFINET IRT采用一種特殊幀格式——PROFINET實時報文，使信號端需要一種特定的ASIC才能工作。
•用戶組織
PROFIBUS & PROFINET International (PI)代表PROFINET。它是一個傘式組織，與PROFIBUS用戶組織PNO和24個區域性PROFIBUS組織協力發展。
•openSAFETY
openSAFETY因其黑色通道原理與數據傳輸機制分離，使得PROFINET同其他協議一樣，對openSAFETY的實施毫無影響。

2. SERCOS III上的openSAFETY
作為一個開源、獨立于生產商的數字驅動接口標準，SERCOS III不僅定義了物理連接的硬件結構和協議結構，也支持廣泛的配置文件定義。Sercos接口最初在1985年引入到市場，到今天第三代的SERCOS III，標準以太網是數據傳輸的協議，主要用于運動控制為主的自動化系統。
•原理
SERCOS III需要主站和從站端都有專用硬件才能工作。該專有硬件將CPU從通信任務中解放出來，確保快速實時數據處理和硬件為基礎的同步。SERCOS用戶組織提供SERCOS III IP core支持用FPGA的SERCOS III硬件開發。
SERCOS III使用幀求和的方法，要求網絡節點使用菊花鏈或閉環的方式連接。數據在每經過一個設備的時候就被處理，不同通信類型對應不同報文類型。由于以太網連接的全雙工特點，菊花鏈已經滿足一個單環，而一個適當的拓撲會生產一個雙環，可以滿足冗余數據的傳輸。每個節點有兩個通信接口（用于菊花鏈和環形網），使其具有交叉通信的功能。實時報文會來回經過線路中每個節點，即，他們在每個循環周期里被處理兩次。所以，設備可以在一個循環周期中完成彼此通信，無需先經過主站。
實時通道使用有預留帶寬的時間槽來確保沒有沖突的數據傳輸。除此之外SERCOS III還提供一個可選的非實時通道。節點在硬件層面同步，它直接從通信周期開始的第一個實時報文中取得同步信息。主站同步報文（MST）為此被嵌入到第一個報文中。為保證同步便宜地域100ns，一個基于硬件的過程負責補償因以太網硬件導致的系統差異。各種網絡可以使用不同的循環時鐘，依然達到完全同步。

SERCOS III上實現openSAFETY的層級式模型

•用戶組織
SERCOS International e.V.是一個支持該技術持續發展并堅守該標準的注冊協會。超過50家控制系統生產者和30家以上伺服制造商是其成員。
•openSAFETY
利用“黑色通道原理”，openSAFETY在現有SERCOS III方案原封不動的基礎上就可以實施。
SERCOS III有交叉通信的功能。openSAFETY利用該功能進行周期性安全數據交換。SSDO在非實時通道（NRT）傳輸。通過SERCOS III功能配置（FSP），可以確保理想的停泊。（ideal docking）

安全SERCOS III網絡的一個典型環形拓撲

EtherNet/IP在2000年發布，是由Allen-Bradley (Rockwell Automation)和OVDA (Open DeviceNet Vendors Association) 開發的、開源的工業標準。“以太網工業協議”（EIP）本質上是CIP（Common Industrial Protocol）應用協議的一個端口，被用在ControlNet和DeviceNet上。在美國市場上尤其成功，經常用于羅克韋爾的控制系統中。
原理
EtherNet/IP運行于標準以太網硬件之上，使用TCP/IP和UDP/IP為數據傳輸。因CIP協議支持的“生產者/消費者”功能，EtherNet/IP可選用各種各樣的通信機制，比如輪詢，定時或事件觸發，多重廣播或點對點連接。
針對的配置和數據請求，CIP應用協議會區分“隱式”的I/O信息和“顯式”的查詢/應答報文。顯式信息被嵌入到TCP幀中，實時應用信息通過UDP發送，因其更緊湊的格式和較小的幀頭。以太網幀里的VLAN標識是用來給予實時數據以優先級的。交換機作為星形網絡的中心，防止通過點對點連接的設備之間的數據沖突。EtherNet/IP一般能達到10ms的循環周期這樣的軟實時性能。增強的擴展協議CIPSync和CIPMonitor目前尚不可用。IEEE1588中規定通過分布時鐘實現的節點精確同步能達到滿足伺服電機控制所要求的足夠小的循環周期和抖動。