雙乙太網路架構介紹

NI 發表可程式化自動控制器 (PACs) 的新系列產品，可跨 CompactRIO、Compact FieldPoint，與智慧型相機平台，達到雙乙太網路通訊埠。透過雙乙太網路埠的功能，這些即時控制器可從公用企業網路中，分隔出工業級 I/O 通訊功能，以提升資料完整性與頻寬功能。

介紹

乙太網路為商業、家用，與個人網路的骨幹，而其廣泛的應用領域，亦影響工業應用中的成本效益與網路連結解決方案。搭配乙太網路的功能，NI 可程式化自動控制器 (PAC) 將具有網路連結功能的 I/O，帶入至工業級監控系統中。這些控制器將透過網路進行通訊作業，並可自動發佈量測。若搭配 LabVIEW 遠端面板 (Remote Panel)、Web 伺服器，與內建的 FTP/HTTP 伺服器功能，不論距離遠近的使用者均可存取 I/O 資料。

 

新增雙乙太網路埠

由於乙太網路於商業與企業中的普及度，因此成為最普遍的網路連結選擇。然而，乙太網路具有工業級設定所需的資料完整性與安全性嗎？要如何能夠不必共用網路頻寬或追加成本，即可整合量測與控制的複雜系統？為了提升 Ethernet I/O 平台的可靠性，NI 最近發表了包含雙乙太網路埠與高端 PowerPC 處理器的 PAC (如表 1 所示)。現在可於 2 種獨立網路中使用此組即時控制器：其中 1 埠可進行主機電腦或企業系統的網路通訊，另 1 埠則可將 I/O 擴充至其他乙太網路架構的裝置。

 

NI cRIO-9074 整合式 400 MHz Real-Time cRIO 控制器與 2M Gate FPGA	NI cFP-2220 適用於 Compact Field 的 400 MHz Real-Time 控制器
NI 1742 Smart Camera 內建光源控制器的 533 MHz 單色 VGA Smart Camera	NI 1722 Smart Camera 400 MHz 單色 VGA Smart Camera

 

表 1. 包含雙乙太網路埠的 NI 即時控制器

 

使用雙乙太網路架構的原因？

雙乙太網路埠的主要優點，在於即時控制器可建立專屬的次要網路，並可區隔開公用網路與網際網路。透過裝置與公用企業網路的隔離功能，專屬網路的乙太網路頻寬，將可單獨用於所需的 I/O 與 HMI 資料、縮短反應時間，並降低流量過大所造成的潛時。

 

NI 雙乙太網路技術

NI 即時控制器上的所有乙太網路埠，均具有常見網路介面卡的必備功能。舉例來說，此 2 乙太網路埠可透過如 TCP/IP、UDP，與 Modbus TCP 的乙太網路協定進行通訊。The dual Ethernet ports on CompactRIO 與 Compact FieldPoint 的雙乙太網路埠，具有 10/100 Mb/s 傳輸率，而智慧型相機則具有雙 Gigabit 乙太網路埠 (10/100/1000 Mb/s)。

依預設值，共用變數 (Shared Variable) 與 FieldPoint API 均由主通訊埠 (Port 1) 所主導 (Host)。共用變數亦可由次通訊埠 (Port 2) 主導，但無法同時進行主導。舉例來說，由 cRIO-9074 控制器所主導的共用變數，可透過 Port 1 或 Port 2 連接至個別子網路上的裝置，但是這些共用變數無法同時連接此 2 子網路。圖 1 的設定即為主機電腦將共用變數 1 傳送至 cRIO Port 1，而 cRIO 控制器則透過 cRIO Port 2，將本身的 Shared Variable 2 傳送至 Compact FieldPoint 系統。

圖 1. cRIO-9074 系統傳送共用變數。

 

由於共用變數並無法同時由控制器進行主導，因此若在長形菊鏈 (Daisy-chain) 中連接多組雙埠式裝置，將導致程式設計作業產生額外的複雜性。此時推薦使用切換器傳送資料至多組控制器。

針對所有的控制器，Measurement & Automation Explorer 軟體設定公用程式，則可設定此雙埠的 IP 位址。針對 NI 智慧型相機，自動化檢驗軟體 NI Vision Builder 亦可進行設定作業。下列則為相關說明與線上教學：

 

相關連結：

於即時控制器上設定雙乙太網路埠的方法？
雙乙太網路埠即時控制器入門
將共用變數佈署至特定的網路介面卡 
透過 Vision Builder AI 於 NI 智慧型相機使用共用變數

 

範例架構

當使用雙乙太網路埠設定網路系統的架構時，可參考下列範例架構。圖 2 為單控制器使用雙乙太網路埠的典型設定。控制器上的 Port 1 (或稱 Subnet A) 可支援 DHCP 或靜態 IP 位址，而 Port 2 (或稱 Subnet B) 僅可設定為靜態 IP 位址。同樣的，圖 2 中的 Private Network Target 則為任何包含至少 1 組乙太網路埠的 I/O 或 HMI 裝置。若系統屬於其他即時控制器，則控制器僅有 1 埠可主導共用變數與 FieldPoint API。

 

圖 2. 包含雙乙太網路埠的單控制器範例架構。

 

若應用涉及多組雙乙太網路埠的控制器或裝置時，圖 3 則顯示使用切換器的相關架構，可連接所有 Port 1 至 Subnet A；Port 2 則連接 Subnet B。所有串聯的乙太網路裝置，均可透過 Subnet A 上的網際網路或企業網路進行遠端檢測與控制；裝置之間的 Subnet B 則可個別作為專屬網路，以來回傳送 I/O 資料。此外，若同時將所有裝置連接至此 2 子網路，將可由主機電腦輕鬆管理 IP 位址設定。

 

圖 3. 多組雙乙太網路埠控制器與裝置的範例架構。

使用案例 1：
使用 cFP-2220 雙埠控制器的範例，即是連接主機電腦至 Port 1，而連接 cFP-1808 擴充機箱至 Port 2。由於 cFP-1808 並不屬於即時控制器，且使用 FieldPoint API 而非共用變數，因此透過單乙太網路埠輸出資料。因此，cFP-2220 控制器可使用其主通訊埠，將主機電腦與 cFP-1808 之間的資料傳送至主機共用變數。

使用案例 2：
此範例則是將 cRIO-9074 作為雙埠控制器。Port 2 透過切換器，連接以共用變數、FieldPoint API，與 Modbus TCP 進行溝通的多種 PAC 與 I/O 裝置。cRIO-9074 可做為中央資料庫，於乙太網路架構的 HMI 上連接至 Port 1，以處理並顯示資料。

 

結論

透過乙太網路的優點為基礎，NI PAC 平台可針對工業級監控系統提供雙乙太網路埠。只要以即時控制器區隔量測與 HMI 資料，即可輕鬆控制使用頻寬，並維持專屬次要網路上的資料完整性。若能分開企業網路與擴充 I/O 網路，即可提升工業級乙太網路應用的可靠性。

相關連結：
雙乙太網路埠即時控制器入門 
NI cRIO-9074 產品頁面 
NI cFP-2220 產品頁面 
NI 智慧型相機產品頁面