带有切割功能的表格、宣传册、日历和邮件打印是一个高速的工作，具有高精度的要求。当Jakob Graphic Services GmbH升级这种操作时，运动控制和短的启动时间是选择网络的关键指标。
这些复杂打印工作具有很多步骤，诸如切割、胶合、打孔和装订。所有这些步骤是紧密结合的。Jakob，位于德国的普丰施塔特（Pfungstadt），处理了很多类似的工作，而且启动时间必须很短，生产时不能停车。
切割也是一个重要的工作。分开的切割必须与纸幅速度保持同步，这样可以达到最大的生产率。这个网络连接了压机和切割工具，必须在准确的时间传递信息，否则就会在错误的地方切割，损毁了印刷的材料。设备要与纸卷一起工作，纸卷的最大直径可达50英寸，纸卷的宽度范围从4到27英寸。
Jakob使用了来自Kollmorgen的硬件和软件来处理这些高精度的工作。Radford, Va., 设备制造商使用了EtherCat以太网来满足实时的要求。这样的选择对于Kollmorgen是重要的， 但多数的用户不是真正在意使用什么样的网络结构来处理这种关键确定性的命令。
“很多用户不太考虑确定性的问题。他们仅是关心他们的应用，他们希望在一分钟里，按特定的精度，整理或者切割350袋纸，”在 Kollmorgen的高级系统工程师Carroll Wontrop说道。用户非常希望知道以太网是否可以用于通信，但仅有非常资深的工程师才知道哪些变量用于数据包，它们都是极具时间敏感性的指令。
在很多工业供应商中，这是真实的故事。有很多应用需要确定性的网络，并且它们的数量随着生产设备运行的更快而不断增长，用户期望极为精确的切割、装订和密封。在这些应用的多数要求中，包传递的时间必须用纳秒来测量。
时间就是一切
专注于网络设计的工程师花费很多时间定义需求的确定性等级，因此用户能够满足他们设计需要，而不用关心数据位是怎样传递的。当这些专家关注网络结构时，他们更关心低阶秒的传输性能。
“EtherCat能够在输出设备的出线端，实际信号的抖动数量为 +/- 20 纳秒，”北美EtherCat 技术组织设在德州奥斯丁办公室的代表Joey Stubbs说道。
网络开发者采用电气和电子工程师协会（IEEE）发布标准的优势，这些标准在需要技术的环境中被广泛接受。IEEE 1588冗长的标题解释它的基本概念：“用于网络测量和控制系统的精确时钟同步协议标准。”它确保在一个精确时间完成所有操作。
“使用EtherNet/IP和IEEE 1588时间同步，你可以在100纳秒之内同步多个节点，”位于俄亥俄州，梅菲尔德海茨，罗克韦尔自动化的供应商应用工程经理Steve Zuponcic 说道。“当每个节点精确地知道时间是多少，你就可以告诉每个驱动器和每个电动机在一个确定的时间到达一个确定的点。它们都是同步的，完成你需要的准确控制。”
网络开发者需要把这些技术嵌入他们的设备和软件中，使用户不用为在一秒钟发生几千步的程序步骤而犯愁。即使这样，很多控制工程师直到最近才参与了基于时间系统的工作，他们可以使用众所周知编程语言来设立他们的工作节点。
“协同运动控制使用绝对时间是一个新概念。对于编程人员来说它是透明的，” Zuponcic说。“与使用SERCOS（串行实时通信系统）编程没什么不同，可以使用相同的指令，和他们原先的一样。”
当客户正在建立他们的系统，他们通常必须阻止把所有数据都用最高的优先级进行传送。如果所有通信都在网络上按峰值速率传送，网络很快就会达到饱和点。“不是每件事都需要确定性。如果你把每件事都做为时间关键事务，你就没有空间了，” Wontrop说。“客户必须知道他们需要的性能，哪些信息从A点到B点需要是确定性的。”
时间在EtherCat网络中也是重要的，主站同步和锁定所有设备时钟到一个参考时钟时间。有效发布一个精确的64位时间值到所有现场从设备。主站这样可以用同样的系统时间同步和锁定网络上的所有时钟。
“用这样的方法，网络的确定性和抖动可以从以太网帧的抖动脱离。这使得EtherCat工作不需要昂贵、专用主站控制器卡。”Stubbs说。
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使用环网
虽然有一个强劲的驱动实施确定性网络，不是所有人需要纳秒级的传送时间。双口节点已经可以非常简单满足主流网络的需求，不用增加硬件或者软件把时间缩到最短来实现确定性。
“我们相信如果我们得到50到100毫秒的确定性，我们可以覆盖80－85％的应用，” 自动化供应商施耐德电气以太网市场部的经理Dan DesRuisseaux说，位于Raleigh, N.C.
使用双口或者四口设备做成环状拓扑是一个简单的方法满足时间敏感性需求，它们接受毫秒级的数据传送时间。这种配置使得节点在一个口发送数据而在另一个口接收数据。环结构也使得信号可以反方向传送，如果有电路断开或者节点失效，减少宕机时间。“当你的可编程控制器（PLC）有两个口，你具有多个故障容错，”西门子工业公司的网络咨询顾问Marty Jansons说道，位于Norcross, Ga.
另一种选择是把需要的任务放在有传输限制的网上。这种方法不总是适用，但它可以提供足够的吞吐量确保数据包及时到达。当网络节点不是很多时，用户不必限制他们自己成环或者回路。
“CC-Link IE 现场网络可以采用不同的拓扑结构，以适应用户的不同应用。走线布局可以是菊花链、星形、或者任意的组合－或者甚至一个回路，”CC-Link 伙伴协会的美洲总监Chuck Lukasik说道，位于Vernon Hills, Ill.
使用小型、专用的网络可能增加一些成本，但它也可以帮助控制支出。比如，施耐德可以使用商场里的市售设备诸如思科的路由器和标准的可编程控制器（PLC）设计控制网络。 小型环可以具有很高的性能。
“我们创建的专用环仅有不多的设备在上面跑，”DesRuisseaux 说道。“我们知道它们的性能，我们不把像录像机或者PC（个人电脑）等占用高带宽的组件放在网络上。采用控制环和安装少量设备，用户可以把延时确定在10到20毫秒之间。”
使用双口和四口的节点，通信可以足够的牢靠。多口PLC可以在它们发送数据时同时接收数据，比起只有一个口的老式组态性能和可用性都有大幅度提高。DesRuisseaux解释道：不断增加的输入/输出（I/O）设备正转向使用双口版本，这使得它实施更为简单。这种体系架构可以用在现场总线层。
在很多拓扑结构中，设备的放置是非常重要的。如果信号远离一台中心控制器，数据包通过交换机会产生更多的延时。如果设备发送和接收多个信号非常接近网络的终点，这也会使交换机超载。“你不想把图像系统或者人机界面放在线路的终点，”Carl Henning说道，他是PI 北美的代理总监，从前是Profibus行业组织，办公室位于Scottsdale, Ariz。“它们具有很多通信量。当它通过很多交换机时，它占用了很多可用带宽。”
扩展领域
建立实时网络的另一个的方面是确保所有关键设备不需要网关或者转换器就能够通信。虽然以太网正在工业领域里广泛使用，现场总线不会马上消失。很多老设备不能兼容以太网，甚至很多新产品为了保持价格低廉，也避开以太网而采用简单的现场总线。
然而，随着控制器的成本下降，以太网的连接会不断从骨干网进一步往前推进。“我们正在把以太网技术加入到更多的产品中去，产品开发人员都理解协议，”Jansons说道。“Profinet协议将植入更多的现场设备中。”
网络确定性网络工作更加有效，这些低层设备必须具有接收高速报文和快速处理指令的能力。如果简单设备不能满足这些要求，网络的能力就没有充分发挥。
“一个确定性网络不一定意味着一个确定性系统，”Stubbs说道。“对于工业基础实施和控制，整个系统需要满足应用的需求，无论这意味着包括时间戳输入、在精确的时间确保输出，包括超出采样模拟量值，或者调整复杂的运动控制网络。现场设备必须按一种方法集成，使他们作为确定性系统的一部分执行工作。”
除了进行适当的集成，设计人员必须确保设备具有记忆能力和处理能力，保持确定性所要求的通用速度。很多中央处理单元（CPU）芯片可以同时处理通信和通用目的计算，所以有可能超载。随着节点增加信息发送量的上升，微控制器的处理能力也必须提高。
“使用确定性以太网的服务越多，可以执行运动控制任务的能力就越少，” Wontrop 说道。“节点处理数据的能力是一个重要因素。”
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