以太網正成為工業應用中日益重要的網絡。

 

就運動控製而言，以太網、現場總線以及其他技術（如外圍組件互連）曆來都是相互競爭的，用以在工業自動化和控製係統中獲得對一些最苛刻要求的工作負載的處理權限。運動控製應用要求確定性（保證網絡能夠及時將工作負載傳送至預定的節點）
，這是確保位置保持所必需的，這進而又將確保驅動器的精確停止、適當的加速/減速以及其他任務。

 

標準的IEEE 802.3以太網從未達到這方麵的要求。即使全雙工交換和隔離衝突域淘汰了過時的CSMA/CD數據鏈路層，但它還是缺乏可預測性。此外

，典型堆棧中的TCP/IP的高度複雜性並未針對實時流量的可靠傳送進行優化。因此，現場總線以及帶有基於ASIC的PCI卡的PC控製架構一直是常見的運動控製解決方案。

 

從EtherNet/IP®到EtherCAT®的(de)以(yi)太(tai)網(wang)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)以(yi)其(qi)獨(du)特(te)的(de)方(fang)式(shi)克(ke)服(fu)了(le)這(zhe)些(xie)缺(que)點(dian)。盡(jin)管(guan)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)相(xiang)較(jiao)於(yu)別(bie)的(de)替(ti)代(dai)技(ji)術(shu)還(hai)有(you)一(yi)些(xie)其(qi)它(ta)優(you)勢(shi)，然(ran)而(er)它(ta)在(zai)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)中(zhong)還(hai)遠(yuan)沒(mei)有(you)占(zhan)到(dao)主(zhu)導(dao)地(di)位(wei)。我(wo)們(men)來(lai)看(kan)看(kan)它(ta)能(neng)夠(gou)並(bing)且(qie)將(jiang)會(hui)在(zai)未(wei)來(lai)幾(ji)年(nian)的(de)競(jing)爭(zheng)中(zhong)越(yue)來(lai)越(yue)被(bei)接(jie)受(shou)的(de)三(san)個(ge)原(yuan)因(yin)。

 

融合而不是增加複雜性

 

隨著時間的推移
，企業IT與工廠之間的互聯不斷增加，導致了係統更複雜
，往往將標準以太網和工業以太網與現場總線混合使用。例如，機器可能會利用：

 

●   適用於與伺服器進行通信的SERCOS 1

●   適用於聯網變頻驅動器的PROFIBUS®

●   適用於故障安全現場總線通信的SafetyBUS p

●   適用於連接至傳感器的DeviceNet

●   適用於向最終用戶發送數據、通過網關訪問的以太網

 

這樣的網絡很複雜，而且它的建立和維護也很昂貴。每個協議都需要各自的實施程序
、安裝人員和培訓。相比之下，以太網提供了將適用於運動

、安全等的不同網絡融合到經濟高效的基礎架構上的可能性，該架構布線更容易，獲得供應商的廣泛支持
，並能適應未來要求。

 

以太網提供了不同網絡融合的可能性。

 

EtherNet/IP協議體現了如何在實踐中充分發揮融合的作用。通過使用TCP/IP和UDP/IP等標準以太網技術、輔以CIP Sync（用於實現分布式時鍾IEEE 1588精確時間協議同步）等特性，集成的交換式係統可以同時適應商業和工業應用。2

 

確定性適用於運動控製應用

 

運yun動dong控kong製zhi依yi賴lai於yu精jing確que通tong信xin。這zhe種zhong精jing確que性xing通tong過guo使shi用yong基ji於yu時shi隙xi的de調tiao度du來lai支zhi持chi
，每mei個ge設she備bei在zai調tiao度du策ce略lve中zhong都dou有you一yi個ge與yu其qi它ta設she備bei進jin行xing通tong信xin的de調tiao度du表biao。這zhe些xie伺si服fu驅qu動dong器qi和he控kong製zhi器qi計ji算suan出chu它ta們men各ge自zi的de時shi序xu，由you此ci可ke計ji算suan出chu控kong製zhi函han數shu的deΔT值。但是，如果數據傳輸變得無法預測，則可能會丟失結果，因此需要確定性來確保環路的穩定性。

 

以太網能夠支持工廠中苛刻的運動控製應用

 

在某些情況下，通過直接集成於英特爾®芯片內的加速器電路在EtherNet/IP中實施IEEE 1588
，隻是以太網解決方案用於強製確定性的一種常見機製。EtherCAT的高速實時處理是運動控製應用中如何實現始終如一的預測性能的另一個示例。EtherCAT突破了基於PCI的集中式通信的嚴格物理限製，即要求機器處理單元和伺服處理器之間可快速通信但需要保持短距離。

 

Jason Goerges在發表於2010年Machine Design的一篇文章中解釋道：“基於EtherCAT的分布式處理器架構具備寬帶寬、同步性和物理靈活性，可與集中式控製的功能相媲美並兼具分布式網絡的優勢”。3 “事實上，一些采用這種方式的處理器可以控製多達64個高度協調的軸（包括位置、速度和電流環以及換向）
，采樣速率和更新速率為20 kHz。”

 

麵向IIoT的長期可行性

 

以太網自作為一種局域網技術問世以來，已經過一係列發展。鑒於傳統現場總線組件目前的製造規模較小，而PCI正麵臨逐漸成為過時的工業標準架構的風險，以太網經過不斷發展，現已完全有能力為以IP為核心的工業物聯網提供服務。

 

即將到來的改進（如時間敏感型網絡將完善IEEE 1588並支持網絡融合的可能性）也使以太網成為當前和未來運動控製的理想選擇。這並不是說現場總線和PCI將會消亡，隻是隨著自動化行業邁向IIoT，以太網的優勢將持續提升。

 

參考文獻

 

1 Paul Brooks.“EtherNet/IP應用於運動控製”Industrial IP Advantage，2015年10月

2 “通過標準以太網成功實現運動控製”Industrial Ethernet Book
，第48卷第71期

3 Jason Goerges.“EtherCAT實現高性能運動控製”Machine Design
，2010年11月。

 

 

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