工業以太網在運動控制中的應用

文:2017年第5期

    現場總線曾經一度成為熱搜的名詞,可惜由于標準實在太不統一,加上信息技術的快速發展,工業以太網逐漸在多樣化的十幾種的現場總線中脫穎而出,每一個用戶更期待的是一個統一、開放的工業以太網規范。但事實并非如此,IEC61158認可的八種工業網絡標準作為工業以太網發展的結果,形成了四種不同的工業以太網標準協議,分別為FoundationFieldbus和WorldFIP向FoundationFieldbusHSE發展;ControlNet和DeviceNet向Ethernet/IP發展;Interbus和Modbus向IDA發展;Profibus向ProfiNet發展。這四種工業以太網標準,都有其支持廠商和相應產品。在運動控制領域,2011年,現場總線協議在新運動控制節點連接領域占據主導地位,而以太網僅占12%的市場,約180萬新的運動控制節點連接。到了2016年,新以太網節點連接超過了25%的網絡化運動控制產品。

    目前有多種用于提供實時功能的以太網方案。例如,通過較高級的協議層禁止CSMA/CD存取過程,并使用時間片或輪詢過程來取代它。其它方案使用專用交換機,并采用精確的時間控制方式分配以太網數據包。盡管這些解決方案能夠比較快和比較準確地將數據包傳送到所連接的以太網節點,但帶寬的利用率卻很低,特別是對于典型的運動控制設備,因為即使對于非常小的數據量,也必須要發送一個完整的以太網幀。而且,重新定向到輸出或驅動控制器,以及讀取輸入數據所需的時間主要取決于執行方式。其中,EtherCat以高速數據傳輸和快速響應時間著名,2016年前它的成員數持續高速增長。EtherCAT技術突破了其它以太網解決方案的這些系統限制,不必再像從前那樣在每個連接點接收以太網數據包,然后進行解碼并復制為過程數據。當幀通過每一個設備(包括底層端子設備)時,EtherCAT從站控制器讀取對于該設備十分重要的數據。同樣,輸入數據可以在報文通過時插入至報文中。

    正是由于EtherCAT并不是要將所有的工業網絡全部改成以太網,而是要將原來工業網絡應用層定義的數據信息封包在以太網的網絡層與傳輸層內,大幅度提高了運動控制的實時性,其應用范圍會越來越廣。

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