有关采用NS21与SIMENS 的OLM实现Profibus光纤现场总线的实时性不

时间:2016年05月11日

前言

 

  NS21产品可以完全代替SIMENS有OLM实现Profibus光纤现场总线,可以组成星形、链形、双环自愈形等多种网络。两种产品都可以达到最高12M的数据传输速率。采用这两种设备组成系统的通信网络时,其目的之一都是为了提高系统的实时性。用这两种产品组成的通信网络在实时性上有何差别?这对我们的系统设计将产生何种影响?这是本文所要解决的问题。

有关时间的性能参数

  OLM产品手册中没有关于时间参数的直接描述,有关定的部分信息摘录如下:

  1.有关组成环网时的定时参数计算(摘自SIMENS的产品手册)
 

有关采用NS21与SIMENS 的OLM实现Profibus光纤现场总线的实时性不


 

有关采用NS21与SIMENS 的OLM实现Profibus光纤现场总线的实时性不

 

  2.OLM的定时参数的最小值

有关采用NS21与SIMENS 的OLM实现Profibus光纤现场总线的实时性不

  NS21的定时参数:点对点仅有两台设备时,传输信号的延时为2.8-3.0us,每增加一台设备时,增加1.6-1.7us,在组成,测试时分别测试了的网络结构为环网和链网。(测试时的试验环境采用的单模1米的光跳线,因光跳线引起的传输延时忽略不计。上述数据摘自NS21产品研发中试记录单)

分析

  由上面的OLM数据可以分析,用于计算时间的参数b约是光路(1KM)传输电信号的时间3倍,这与上面端口重传三次的说明相符合。

  由上面的OLM数据可以分析,用于计算时间的参数c约是单端设备的延时,如果结合参数b的三次重传原理,所以一次重传的延是为8bit(单字节)。

  同时可以认为OLM是解析串行异步收发数据的传输模式,是采用的完全异步光纤接口,工作于光纤的低速信号开关模式。因传输延时是单字节的,所以OLM没有解析Profibus的总线的链路层协议,仅是解析物理层的串行数据比特流格式,没有做传输线路上的数据包的完整性分析。

  由上述可以认为,在正常通信时,OLM的单端延时为速率的8bit时间(12M时可能另加了4bit)。且其延时与通信速率有关系。工作在1.5M时,单端设备引起的延时4.8us,工作于3M时单端延时2.4us,工作于6M时,单端延时1.2us,工作于12M时,延时1us。

 

有关采用NS21与SIMENS 的OLM实现Profibus光纤现场总线的实时性不

 

  存在上面的定时上的差别对于实际工程应用有何影响呢,我们来分析一个中等规模的工业通信系统,采用1.5M的通信速率(若采用更高的速率,因总线速率更快,总线的定时差异性对系统的影响会更小,所以这里不再分析这些更高速度通信网络影响),整个系统共使用20台NS21(或是OLM)组能的光纤通信网,通信距离按总长30KM计算(已经足够大),组成的网络结构按环网计算,一个主站数据发送查询数据并收到从站回复的数据时间,(这里认定主站与从站都为0响应时间,只计算因传输引起的单周期时间),

  最长时间结果如下:

  NS21:(1.7us/台 * 20台 + 100/30us/KM * 30KM) * 2 (来回两次)= 268us

  OLM:(15.2us/台 * 20台 + 100/30us/KM * 30KM) * 2 (来回两次)= 808us

  最短时间结果如下:

  NS21:(1.6us/台 * 20台 + 100/30us/KM * 30KM) * 2 (来回两次)= 264us

  OLM:(4.8us/台 * 20台 + 100/30us/KM * 30KM) * 2 (来回两次)= 392us

  如果在状态更新时间为100ms(应能满足当前现场级的实时性要求),在一个更新周期内每个站使用了一条查询命令与一条执行命令,则共用40条命令,所以用于传输的时间为:

  最长时间结果如下:

  NS21:268us * 40 =10.720ms OLM:808us * 40 = 32.32ms

  最短时间结果如下:

  NS21:264us * 40 = 10.56ms OLM:392us * 40 = 15.68ms

  在正常运行时,都站总时间的10-20%。都能满足用户的实时性要求。

结论

  使用NS21产品与使用OLM产品组成工业通信系统时,可以得到几乎一样的实时性。

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