实时以太网技术有哪些种类与应用？

摘要： 实时以太网是一种专为满足工业自动化和控制领域实时性需求而设计的网络通信技术，它结合了传统以太网的高带宽和广泛应用特点，同时引入了实时通信机制，以确保数据在规定的时间内可靠传输，以下...

实时以太网是一种专为满足工业自动化和控制领域实时性需求而设计的网络通信技术，它结合了传统以太网的高带宽和广泛应用特点，同时引入了实时通信机制，以确保数据在规定的时间内可靠传输，以下是关于实时以太网的详细介绍：

一、实时以太网概述

实时以太网（RealTime Ethernet，RTE）是常规以太网技术的延伸，旨在满足工业控制领域的实时性数据通信要求，与使用传统技术的现场总线相比，实时以太网具有传输速度快、数据包容量大、传输距离长、性价比高等优点，并且可以接入标准以太网网段。

二、实时以太网的实现方式

实时以太网根据不同的实时性和成本要求，采用了多种实现原理，主要分为以下三种类型：

1、基于TCP/IP的实现：这种方式仍使用TCP/IP协议栈，通过上层合理的控制来应对通信中的非确定性因素，常用的通信控制手段包括合理调度、减少冲突的可能性、定义数据帧的优先级等，典型协议有Modbus TCP和EtherNet/IP等，这种方式适用于对实时性要求不高的工业过程自动化应用。

2、基于以太网的实现：这种方式仍然使用标准的、未修改的以太网通信硬件，但引入了一种专门的过程数据传输协议，使用特定以太类型的以太网帧进行传输，TCP/IP协议栈可以通过一个时间控制层分配一定的时间片来使用以太网资源，典型协议有EtherNet Powerlink、EPA for Plant Automation和PROFInet RT等，这种方式可以实现较高的实时性。

3、修改以太网的实现：为了获得响应时间小于1ms的硬实时，这种方式对以太网协议进行了修改，其从站由专门的硬件实现，在实时通道内由实时MAC接管通信控制，彻底避免报文冲突，简化通信数据处理，非实时数据仍然可以在开放通道内按照原来的协议传输，典型协议有EtherCAT、SERCOS III和PROFINet IRT等。

三、主要的实时以太网协议

实时以太网领域存在多个重要的协议，每个协议都有其独特的特点和应用场景，以下是一些主要的实时以太网协议：

1、EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）：由德国贝克霍夫自动化公司开发，采用主从架构，具有快速通信速度和低通信延迟，支持大规模拓扑结构，适用于各种工业自动化应用，包括高速控制和数据采集。

2、PROFINET（Process Field Net）：由PROFIBUS & PROFINET International（PI）组织开发，提供了多种配置，包括实时和非实时通信，适用于各种工业自动化和控制应用，包括设备级和过程级控制。

3、SERCOS III（Serial Real Time Communication System）：由德国Rexroth公司开发，是一个面向数字驱动接口的实时通信标准，使用工业以太网作为传输机制，专注于高性能运动控制。

4、EtherNet/IP（EtherNet/Industrial Protocol）：由ODVA（Open DeviceNet Vendors Association）开发，结合了以太网和工业协议，支持实时和非实时通信，适用于工业自动化、设备网络和数据集成。

5、Modbus TCP：基于TCP/IP协议的Modbus协议版本，用于工业自动化系统中的设备间通信，支持实时数据传输。

四、实时以太网的应用

实时以太网广泛应用于工业自动化、机器控制、机器人技术、自动化生产线和其他需要精确实时通信的领域，在这些领域中，实时以太网确保了数据在规定的时间内传输，从而支持对时间敏感的应用，如机器控制和自动化。

五、实时以太网与传统以太网的区别

实时以太网和传统以太网虽然都基于以太网技术，但在性质、用途和性能方面存在显著差异：

1、实时性能：实时以太网注重实时性能，确保数据在规定的时间内传输，适用于对时间要求敏感的工业自动化应用；而传统以太网不保证实时性能，更注重通用性和数据可靠性。

2、协议和技术：实时以太网通常使用专门的实时通信协议，如Profinet、EtherCAT、SERCOS III等，这些协议对实时通信进行了优化；传统以太网则使用标准的TCP/IP协议栈，用于一般数据通信。

3、应用领域：实时以太网主要用于工业自动化、机器控制、机器人技术等对实时性能要求高的领域；传统以太网则用于一般的数据通信，如互联网、局域网、家庭网络等。

实时以太网作为一种先进的网络通信技术，在工业自动化和控制领域发挥着重要作用，随着技术的不断发展和完善，实时以太网将在更多领域得到广泛应用。

以下是两个关于实时以太网的FAQs及其解答：

FAQs 1: 什么是实时以太网？它在工业自动化中有什么作用？

解答：实时以太网是一种专为满足工业自动化和控制领域实时性需求而设计的网络通信技术，它结合了以太网的高带宽和广泛应用特点，同时引入了实时通信机制，以确保数据在规定的时间内可靠传输，在工业自动化中，实时以太网确保了数据在规定的时间内传输，从而支持对时间敏感的应用，如机器控制和自动化，这对于提高生产效率、降低故障率和增强系统稳定性具有重要意义。

FAQs 2: 实时以太网与传统以太网有什么区别？

解答：实时以太网和传统以太网虽然都基于以太网技术，但在性质、用途和性能方面存在显著差异，实时以太网注重实时性能，确保数据在规定的时间内传输，适用于对时间要求敏感的工业自动化应用；而传统以太网不保证实时性能，更注重通用性和数据可靠性，实时以太网通常使用专门的实时通信协议，如Profinet、EtherCAT、SERCOS III等，这些协议对实时通信进行了优化；传统以太网则使用标准的TCP/IP协议栈，用于一般数据通信，实时以太网主要用于工业自动化、机器控制、机器人技术等对实时性能要求高的领域；传统以太网则用于一般的数据通信，如互联网、局域网、家庭网络等。