真正实时以太网——Ethernet Powerlink
奥地利贝加莱(B&R)公司开发的 Ethernet Powerlink(EPL)标准是一种可满足最苛刻实时要求(4级)、并已投入实际应用的工业以太网。该公司当初开发Ethernet Powerlink的思路是在标准以太网基础上建立一个现场总线系统来满足控制中最苛刻的实时要求，同时克服以上介绍的传统解决方案的局限性。
Ethernet Powelink主要技术指标：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200?s；抖动小于1?s；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。
1. 工作原理——时间槽通信管理机制
为避免冲突、尽量利用带宽，EPL在时间上重新组织了网络中站间信息交换机制，在CSMA基础上引入时间槽管理机制。网络其中一个站点充当管理站管理网络通信，对其他所有站点给定同步节拍，分别分配各站发布权限，各站只能在得到发布权限后才可发布信息。
一个EPL通信周期可分成4个阶段(如图4)：
(1)开始阶段：管理员发布“通信周期开始(SoC)”信号，信号以广播方式发给所有站点。此信号发出后，各站点就此同步。
(2)同步阶段：这阶段中所有站点进行同步信息交换，管理站按照一个事先定义的顺序给某站发一个PRq帧，要求此站发布信息。此站得到发布许可后，以广播形式发出一帧PRs回应信息，所有站点都可收到这帧信息，也包括那些应该得到这帧信息的站点。站点间直接横向通信方式和CAN总线很相似。
(3)异步阶段：这个阶段是给无实时要求的信息留下的，管理站发给某站一个“邀请”帧，此站便可发布非同步信息，比如一帧IP信息。
(4)闲置阶段：到下一个周期前的等待时间。
2. 拓扑结构
通过使用Hub可实现任意网络拓扑结构，因为同时间内网络中只有一站可发送信息，不会发生冲突，所以Hub使用数量不受限制。系统可使用双端口Hub，实现单线形串连式的拓扑结构。EPL网络不建议使用网络交换器，因为它会导致更高系统延迟和抖动。外界标准以太网(如局域网)可直接通过一个网关用IP协议访问EPL网络。
Ethernet Powerlink V2的应用层接口是以CANOpen(CAN in Auto-mation组织定义)中DS301通信规范定义的机制为基础的。这样，EPL可直接使用已在CANopen中定义的大量设备元器件特征，实现了CANopen和EPL网络通信的一贯性，也简化了从CANopen到Ether-netPowerlink的软件层过渡。
3. Ethernet Powerlink和TCP/IP的兼容性
在工控领域使用以太网的一个重要目的是实现贯穿管理层到现场层乃至传感器、执行器层的通信。各个层之间没有位置或系统所造成的界线，通信使用IP协议。Ethernet Powerlink通过两个机制来实现这个目标：实时和非实时(异步)信息可同时传输；透明地在异步时间槽发送和接收IP协议信息(如图5)。
Ethernet Powerlink接口函数API和标准以太网驱动函数完全兼容。在应用层上，基于IP的协议或软件都可不加改动就直接使用。在通信实时性不重要时，如程序下载、系统编程诊断或参数配置过程中，用Ethernet Powerlink的开放模式可使所有站点作为普通以太网站点的模式来使用(非实时模式)。在这个模式下EPL站点对普通以太网来说完全透明。
4. Ethernet Powerlink 的实际应用与标准化进程
Ethernet Powerlink投入实际应用3年以来，用户反应良好，在世界范围内已有两万个以上的节点投入使用，并以极高速度扩大市场占有率。它证明以太网可满足控制系统对实时性最苛刻的要求。从三轴同步的全电子注塑机(通信周期400?s，抖动<1?s)，到25轴无轴印刷机(通信周期800?s，抖动<1?s)，乃至50轴加50个IO站点的大型包装机械(通信周期2.4ms，抖动<1ms)，它的性能都已在现场中得到了考验。
当然，一个新的通信标准是否能被广大用户接受，除技术优势外，这个标准的普及程度是最关键的因素。为加快EPL标准的普及，贝加莱开发EPL标准后随即公开了这个技术，并委托中立机构(苏黎世工科学院)来管理此项标准。此后，欧洲几个知名工控企业如Lenze、Kuka Roboter、Hirschmann也加入到这个行列中来，成立了Ethernet Powerlink标准化协会EPSG，目的是共同开发有关硬软件产品，使Ethernet Powerlink尽快在工控行业中得到普及。至今全世界已有30多家知名工控企业，其中包括终端用户参加EPSG协会，共同参与Ethernet Powerlink标准的改进，并同时开发、生产有关硬软件产品。 这使得此标准独立于任何公司，成为一个世界性的、开放的工业以太网标准。
同时，EPSG正与IEEE标准化组织商讨关于使Ethernet Powerlink成为IEEE新一代工业以太网标准的一部分，使其成为真正的国际标准。
Ethernet Powelink主要技术指标：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200?s；抖动小于1?s；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。
1. 工作原理——时间槽通信管理机制
为避免冲突、尽量利用带宽，EPL在时间上重新组织了网络中站间信息交换机制，在CSMA基础上引入时间槽管理机制。网络其中一个站点充当管理站管理网络通信，对其他所有站点给定同步节拍，分别分配各站发布权限，各站只能在得到发布权限后才可发布信息。
一个EPL通信周期可分成4个阶段(如图4)：
(1)开始阶段：管理员发布“通信周期开始(SoC)”信号，信号以广播方式发给所有站点。此信号发出后，各站点就此同步。
(2)同步阶段：这阶段中所有站点进行同步信息交换，管理站按照一个事先定义的顺序给某站发一个PRq帧，要求此站发布信息。此站得到发布许可后，以广播形式发出一帧PRs回应信息，所有站点都可收到这帧信息，也包括那些应该得到这帧信息的站点。站点间直接横向通信方式和CAN总线很相似。
(3)异步阶段：这个阶段是给无实时要求的信息留下的，管理站发给某站一个“邀请”帧，此站便可发布非同步信息，比如一帧IP信息。
(4)闲置阶段：到下一个周期前的等待时间。
2. 拓扑结构
通过使用Hub可实现任意网络拓扑结构，因为同时间内网络中只有一站可发送信息，不会发生冲突，所以Hub使用数量不受限制。系统可使用双端口Hub，实现单线形串连式的拓扑结构。EPL网络不建议使用网络交换器，因为它会导致更高系统延迟和抖动。外界标准以太网(如局域网)可直接通过一个网关用IP协议访问EPL网络。
Ethernet Powerlink V2的应用层接口是以CANOpen(CAN in Auto-mation组织定义)中DS301通信规范定义的机制为基础的。这样，EPL可直接使用已在CANopen中定义的大量设备元器件特征，实现了CANopen和EPL网络通信的一贯性，也简化了从CANopen到Ether-netPowerlink的软件层过渡。
3. Ethernet Powerlink和TCP/IP的兼容性
在工控领域使用以太网的一个重要目的是实现贯穿管理层到现场层乃至传感器、执行器层的通信。各个层之间没有位置或系统所造成的界线，通信使用IP协议。Ethernet Powerlink通过两个机制来实现这个目标：实时和非实时(异步)信息可同时传输；透明地在异步时间槽发送和接收IP协议信息(如图5)。
Ethernet Powerlink接口函数API和标准以太网驱动函数完全兼容。在应用层上，基于IP的协议或软件都可不加改动就直接使用。在通信实时性不重要时，如程序下载、系统编程诊断或参数配置过程中，用Ethernet Powerlink的开放模式可使所有站点作为普通以太网站点的模式来使用(非实时模式)。在这个模式下EPL站点对普通以太网来说完全透明。
4. Ethernet Powerlink 的实际应用与标准化进程
Ethernet Powerlink投入实际应用3年以来，用户反应良好，在世界范围内已有两万个以上的节点投入使用，并以极高速度扩大市场占有率。它证明以太网可满足控制系统对实时性最苛刻的要求。从三轴同步的全电子注塑机(通信周期400?s，抖动<1?s)，到25轴无轴印刷机(通信周期800?s，抖动<1?s)，乃至50轴加50个IO站点的大型包装机械(通信周期2.4ms，抖动<1ms)，它的性能都已在现场中得到了考验。
当然，一个新的通信标准是否能被广大用户接受，除技术优势外，这个标准的普及程度是最关键的因素。为加快EPL标准的普及，贝加莱开发EPL标准后随即公开了这个技术，并委托中立机构(苏黎世工科学院)来管理此项标准。此后，欧洲几个知名工控企业如Lenze、Kuka Roboter、Hirschmann也加入到这个行列中来，成立了Ethernet Powerlink标准化协会EPSG，目的是共同开发有关硬软件产品，使Ethernet Powerlink尽快在工控行业中得到普及。至今全世界已有30多家知名工控企业，其中包括终端用户参加EPSG协会，共同参与Ethernet Powerlink标准的改进，并同时开发、生产有关硬软件产品。 这使得此标准独立于任何公司，成为一个世界性的、开放的工业以太网标准。
同时，EPSG正与IEEE标准化组织商讨关于使Ethernet Powerlink成为IEEE新一代工业以太网标准的一部分，使其成为真正的国际标准。
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