工业控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程，肩负着工业生产运行一线测量与控制信息传输的特殊任务，并产生或引发物质或能量的运动和转换，具有强实时性、高可靠性、恶劣的工业现场环境适应性、总线供电等特殊要求和特点。说道此，人们往往会会想到各种现场总线（field Bus）名字，Can、profibus、modbus等，这些Field Bus 各有特色，但彼此并不兼容，20多年来各占一方拥兵自重，无法妥协出一个共同国际标准。在后来的实际项目实施中也不可避免的涉及到了多种现场总线的通信问题，如与鼓风机设备（国外原装进口设备）Profibus-dp的通信，与高、低压室多功能电量采集仪、紫外消毒设备控制系统的Modbus通信等，是否有一种更好的总线标准在类似项目中可供选择的呢？Ethernet Powerlink（EPL）工业实时以太网的技术无疑为此带来了希望。

ETHERNET POWERLINK技术

国际标准化组织EPSG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多台设备和项目上使用了EPL技术，EPL在全球拥有450多个成员、用户和支持者，节点数超过了30万个。EPL技术用标准以太网IEEE802.3u（Fast Ether-net）作为传输媒介（传输速率100Mb/s），使用标准Hub和标准接线，实时数据传输周期最小达200μs，抖动小于1μs，可同时传输实时和非实时数据，可同时传输IP协议，使用以太网标准硬件设备，并且支持冗余技术。它不仅具有工业以太网标准的可靠性及环境适应性，还很好的解决了标准以太网TCP/IP协议的实时性问题。图1可以更好的说明EPL的出现给工程设计、项目实施以及后期的维护带来的便利性。

图1 EPL的出现给工程设计、项目实施以及后期的维护带来了便利性

如图1所示，典型的工业控制网络从低到高可以分为这样几个·层次：

传感器层（Sensor Layer）的对象是各类传感器及执行器，该层主要处理各类传感器、各类执行机构间的通信，通信量很小（通常按字节进行传输），通信速率< 1kb，但实时性要求很高，需要达到ms级别；

过程控制层（Process Layer）的对象是各个远程及本地的I/O站，该层主要处理各个I/O站点间的通信信息，通信量不大，速率通常设定在50K~500K之间，实时性要求高，需要达到ms级别；

处理器层（Cell Layer）的对象是各个CPU控制器，该层主要处理各个控制单元cpu间的通信数据，通讯量适中，速率通常在500k~10M间均可满足要求，实时性要求稍高，需达到100ms级别；

管理层（Management Layer）的对象是各个控制室的操作PC，包括相关的服务器及工程师站、操作员站等，该层主要处理各个PC与服务器间的通信数据，通信量大，通信速率通常为100M以上，实时性要求不高，达到s级别即可。管理层之上通常还有一层可称为公司层，主要运行相关的ERP系统及其他管理系统，主要负责和管理层数据库的通信，通信量大，实时性同样不高。

在各个层次的分配中，我们可以看到各种现场总线各自的生存空间，如活跃在传感器层的AS-I，活跃在传感器层和过程控制层的Profibus-dp、CANopen、DeviceNet，活跃在处理器层的ControlNet、Profibus-fms等，而EPL是惟一可同时在传感器层、过程控制层、处理器层及管理层四层网络中应用的协议，真正实现了一线到底，由于EPL基于标准以太网上发展而来，所以其配置、升级、扩容都很方便，它的出现很好的克服了传统现场总线互不兼容，不能真正实现信息无缝共享，以及速率低，应用有限，必须专用网络，成本高等不足。

EPL的特点

保证确定通信

EPL是标准以太网中惟一的符合IAONA实时类“3+4”的实时协议。无论连接多少台站（station）或不管周期时间是200μs还是10ms，这项技术始终保证了不超过1微秒（抖动）的精确定时。在类似传感器/执行器层实时性要求高的场合，显得尤为重要。我们可以保证从控制器或者中控室下发的指令在一个确定的时间内能获得相应。

100%兼容以太网标准

EPL兼容快速以太网IEEE 802.3u标准。因此，所有的基于IP的协议（如TCP、UDP和HTTP）都可作为同步的时间敏感数据同时传送，从而实现从管理层到驱动器和传感器的无缝的IT集成。符合标准的另一个好处是我们可以利用标准IT网络布线，利用光纤技术通信距离也不再限制。

易于使用

简单的布线和配置对于机器制造商机器制造商十分重要。EPL网络可以使用直线、星形和树形等布线结。与基于交换机的实时以太网系统不同，EPL不仅提供了极高的定时精度，而且还提供了适应项目需要的网络结构。支持多样的拓扑结构给设计过程带来了很大便利，不必再担心控制站点的分布是否超出范围等。

除了100%标准以太网兼容外，EPL只需使用标准的以太网芯片。在实现微秒级周期时间和精度时，设备制造商不需要采用专用ASIC芯片。因此在设备中使用EPL技术的厂商可以自由地利用其选择的标准芯片厂商。这点使带有EPL接口的产品更受欢迎，更易得到用户方的接受。

跨所有节点的信息交换

EPL允许信息在网络中任意两个或多个节点之间交换。与那些所有信息都必须经过一台主设备的现场总线或以太网的模式不同，在使用EPL网络时，数据会被发送至网络中所有的节点。

保护、开放式的工作模式

在保护工作模式下，EPL能够管理抖动始终低于1μs、最小周期200μs。利用桥接器或路由器将实时网段与开放的IT网络分离，以避免网络冲突。通过桥接/路由器的接入保证了IT环境中网络的可靠安全性。

在开放工作模式下，EPL协议用于开放交换网络，并且利用IEEE 1588提供定时同步。在实时网络与IT开放网络之间无需进行隔离。但是，这种模式只适用于周期时间为毫秒级的低实时或中实要求的系统中。

图2 污水处理厂自动控制系统结构

小结

基于以上的特点，公司在2003年项目初期就向设计方和业主方介绍了EPL技术，也得到了双方的一致认同。在主干网络以及各个现场控制中均设置了EPL网络，利用B&R PCC系统本身在网络方面极好的融合能力，项目实施后得到了业主及设计单位的高度评价，EPL网络的使用，不仅在投资上没有增加，还给后续的扩容及维护带来了很大的便利。由于项目实施时，仍处于EPL技术推广的初期，所以配套仪器仪表、传感器产品还未推向市场，EPL一线到底的优势并没有发挥完全，但目前来说，这一问题已经得到了很好的改善，贝加莱工业自动化有限公司在后续的项目中使用带有EPL接口的变频器以及其他部分的传感器。2008年初，Ethernet POWERLINK工业以太网顺利通过IEC国际标准；EPSG组织也宣布将POWERLINK源代码开放，个人及厂商均可在网上下载到此技术的源代码，开发自己的POWERLINK产品；同时贝加莱公司也宣布EPL率先迈入千兆以太网时代；可以预见，随着这一技术的不断发展，将出现越来越多的带有POWERLINK接口的产品，给用户带来的益处还是更可靠，更方便，更高效。

组织背景：
EthernetPOWERLINK标准化组织（EPSG）是一个独立的组织，由驱动和自动化行业的领袖企业创建于2003年。其宗旨是标准化并进一步研发POWERLINK。POWERLINK于2001年由贝加莱首先研发推出。高性能实时通信系统是IEEE802.3以太网标准协议的扩展，确保实时数据微秒级传输。EPSG同领先的标准化组织开展合作，如CAN自动化（CiA）及IEC。现由贝加莱控制事业部经理AntonMeindl先生担任EPSGCEO一职。

余平就职于江苏创博工程技术有限公司，潘俊系贝加莱工业自动化有限公司员工。