關于數字驅動網絡的選擇，目前沒有一個清晰的標準。當然，數字網絡和傳統的模擬信號相比，優勢顯而易見。數字網絡可以大大節省布線和安裝時間、費用；控制器可以訪問所有驅動數據；更為準確的電機控制；驅動和控制可以使用同一套軟件編程；以及降低系統噪音。因此數字驅動網絡的選取成為需要考慮的重要問題。 在近幾年，市場中有不少數字驅動控制網絡協議，它們包括： • SERCOS SERCOS（Serial Real-time Communication System）是由德國機械工具協會、電氣制造協會與許多工具機、服務器廠商針對數字運動控制所制訂，并于1995年獲的通過成為IEC 61491國際標準。SERCOS是目前國際上唯一成為IEC國際標準的運動控制專用網絡。以下約略地簡述其特色： SERCOS是全數字化的網絡：在SERCOS問世之前，運動控制器與伺服驅動器間常需依賴數位/模擬轉換器，以模擬形式的訊號溝通；而SERCOS提供了一個全數字化的接口，就無須數字/模擬轉換器，一則節省數字/模擬轉換器的成本，再則利用全數字式的特性，可以制作智能型控制器。 SERCOS是開放式架構：SERCOS是一個由許多制造商共同制訂發展的架構，為一開放式架構，任何人都可以依據其架構設計自己所需的產品。 SERCOS具有良好的擴充性：當使用塑料光纖為傳輸介質時，SERCOS每節點間的傳訊距離為40ç±³；若使用玻璃光纖，傳訊距離可長達200ç±³，整個環狀網絡的長度可達一萬到五萬米。每個環狀網絡上理論上最多可連接256個輔節點，而實際上可連接的節點數則取決于傳輸周期、資料長度及傳輸速率。當節點數超過一個環狀網絡的負荷時，可以利用多環路的方式擴充。 SERCOS具有隨插即用（Plug & Play）的特性：當初SERCOS再制訂過程就以隨插即用的概念設計，盡可能將許多上下游間的協議明確的定義下來以確保產品間隨插即用的特性。 SERCOS具有跨廠商兼容的特性：SERCOS在制訂標準時，就制訂了一些系統接口的兼容類別（Compliance Class），這些相關接口定義可以在IEC-61491標準中找到。只要制造商依據這些接口規格設計產品，這些產品就具有跨廠商兼容的特性。 這個通訊協議主要是應用在分布式多軸運動控制上，提供使用者一個實時、抗噪聲力強、高解析度、可完全以軟件方式規劃的串行傳輸網絡。該網絡的使用可以提高PC-Based控制器的性能。 • SSCNET 日本三菱電機自從九十年代初期開始發展SSCNET（Servo System Control Network）技術，到目前已經是第二代的SSCNET II。SSCNET傳輸媒介是類似RS485技術，傳輸距離最長可達30m，傳輸速度為5.625Mbps，控制用的通訊周期為0.888ms?？刂品绞綖橹鲝氖郊軜?，單顆主控IC（Master Controller）可控制六顆Slave的伺服驅動器，主控IC間可以最同步，使得被控伺服軸得以同步。 SSCNET是為了解決傳統馬達控制應用中過多配線、精度及噪聲等問題所開發出的新技術。這項技術架構在三菱馬達伺服技術上，將傳統的脈波或是電壓指令型式的輸入接口改為串行式傳輸入介面，使用者不必再為每一軸的配線而困擾，每個伺服驅動器只需一條傳輸線與其它周邊連接，達到快速安裝、易于除錯的功效。 除了安裝簡便外，因其采用串行式傳輸，所以其距離不再受限，且命令也不會因為在高速使用下受影響或衰減。因為是串行式資料，其命令解析可以高達32位，如配合高解析的位置回授器更可以做到奈米控制，而且串行式資料都是由一個同步信號在控制，所以完全沒有各軸不同步的問題。 • Profibus MC PROFIBUS是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現場總線標準。PROFIBUS廣泛應用于加工制造、過程和樓宇自動化等行業。PROFIBUS根據應用特點分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA。其特點分別為：PROFIBUS-DP（工廠自動化） ，快速即插即用ï¼›PROFIBUS-FMS（通用性自動化），通用、大范圍使用、多主通信ï¼›PROFIBUS-PA（過程自動化），面向應用、總線供電、本質安全。 PROFIBUS DP是全集成自動化的系統總線，可以提供最大12M bps的傳輸速率。由于優越的傳輸特性和高的傳輸速率，在上位機與下位機的通訊中被廣泛采用。PROFIBUS-DP主要用于設備級的高速數據傳送，中央控制器通過高速串行線同分散的現場設備進行通信，多數數據交換是周期性的，除此以外，智能化現場設備還需要非周期性通信，以進行配置診斷和報警處理。Profibus MC是用于驅動通信的Profibus DP新協議 • Macro MACRO（Motion And Control Ring Optical）是美國Delta Tau公司為運動控制系統開發的以光纖或雙絞線為介質的高速通訊協議，波特率高達125Mbps。MACRO協議的數據包由12個字節組成，其中有9個字節的有效數據，可以傳輸位置、速度、扭矩、相電流和PWM命令值等。 MACRO網絡的通信由預定義的同步主節點周期性地發起，周期通常為100微秒。在每個通信周期，每個主節點輪流給自己的從節點發送數據，并接收從節點的反饋數據。主節點之間通過傳遞權標來獲得總線的控制權。主節點和從節點的數據交換是通過傳遞數據寄存器的形式進行的，從節點接收到主節點數據包之后，如果目的地址匹配，則將數據接收到從節點的接收寄存器，同時用反饋數據替換數據包中的命令數據，并繼續傳遞數據包。數據包返回到發送主節點之后，就完成了一次數據交換。地址不匹配的主節點和從節點只是轉發所接受到的數據包。所有主節點的數據交換都結束后，總線權標又傳遞給同步主節點以發起下一個通信周期。MACRO通信周期非常短，沒有同步數據包同步各從站的運行。 MACRO總線具有連線簡單、支持多主機、高速等優點，但是它不是國際標準，支持該協議的產品和廠家較少。 • CANopen CANOpen是一種基于CAN的高層協議，是一種具有靈活配置功能的標準嵌入式網絡。CANOPEN是為運動導向機器所設計的控制網絡，如處理系統，如今，它被運用于許多領域，如醫療設備，海事電子，公共運輸，建筑自動化等。 CANOPEN最初由Bosch主席領導的Esprit項目所開發，1995å¹´，CANOPEN規范被移交給CIA的國際用戶與制造商。最初，CANOPEN的通訊輪廓是基于CAN的應用層協議（CAL）。CANOPEN（CiA DS 301）的Ver 4已經是EN50325-4標準了。 CANOPEN的規范涉及應用層和通訊描述（CiA DS 301），同時也是一個可編程設備（CiA 302）的框架，推薦運用于電纜，連接器（CiA 303-1），SI單元和前綴表示法（CiA 303-2）?；贑AN的應用層協議描述在軟件中實現。 CiA的成員開發的標準化描述（設備，接口和應用描述），簡化了系統設計者去集成一個CANOPEN網絡系統的工作，成套的設備（Off-the-shelf devices），工具，和協議棧，只需支付合理的費用就可以使用，對于系統設計人員，重用應用軟件是非常重要的，這不僅需要通訊的兼容性，也需要設備的互操作性和互換性，在CANOPEN的設備和接口描述中，定義了應用層對像，以實現CANOPEN設備的互換性，CANOPEN是一個非常靈活，非常開放的協議，制造商可以在設備中自己定義功能，這些功能還可以在描述文件中寫明并被加入到通用功能里。 CANOPEN去除了開發者為處理CAN協議的細節而進行的工作，如時序（bit-timing）和執行規范功能，它為實時數據（Process Data Objects, PDO），配置數據（Service Data Objects, SDO）和特殊功能（時間戳Time Stamp, 同步消息，緊急消息）提供了標準的通訊對象，同時也為網絡管理數據（Boot-Up message, NMT message, and Error Control）等提供標準通訊對象，CANOPEN的協議，構架，和描述都可以從CiA總部獲得。 • FireWire FireWire總線或稱IEEE-1394總線是一種高速通信標準。目前其數據通信速率已達400 Mbit/s，不久的將來將達到800 Mbit/s甚至1 Gbit/s。FireWire總線用于計算機的高速外部設備，例如硬盤、CD-ROM、掃描儀、打印機以及多媒體設備等，同時也被用于消費類電子產品（如數字電視、DVD等），以及測試儀器的數據傳輸?？梢杂肍ireWire總線取代傳統的模擬方式連接各種消費類電子產品及測試儀器，這種連接可以提供數字聲音和圖像信號、控制和同步信號的傳輸。 FireWire總線的數據傳輸有兩種方式：異步傳輸和同步傳輸。異步傳輸是傳統的計算機尋址、存儲方式，數據按要求被送到一個特殊的地址并返回信息。 在異步通信的基礎上，FireWire總線還支持同步數據傳輸方式。同步數據傳輸方式保持數據按預定速率傳輸。這種工作方式對以時間為標志的多媒體數據傳輸及動態數據測試都是特別重要的，設備間只需按時傳輸數據，取消了對昂貴的緩沖器的需求。 FireWire總線的對等通信方式決定了其成為消費類電子產品的數字接口。例如，這允許從一臺攝像機管理另一臺攝像機而不需要計算機，同時多臺計算機也可以共享一臺攝像機而不需要計算機或攝像機的特殊支持。FireWire總線的這些特性是其成為A/V數字接口選擇的主要原因。 • Ethernet PowerLink ETHERNET PowerLink是到目前為止唯一經過現場驗證，基于高速以太網的開放、實時通信協議，甚至能用于時間十分苛求的高速運動系統。這是一個完整的從管理層一直到現場I/O層的確定性傳送實時數據的透明解決方案，并已成為IEC國際標準（IEC61508）。ETHERNET PowerLink由貝加萊公司于2001å¹´11月開發，并在2002å¹´4月成立了EPSG（ETHERNET PowerLink Standardization Group）。在2002å¹´4月，EPSG宣布向第三方開放，并建立中立的認證機構，從而進一步推動ETHERNET PowerLink的發展。ETHERNET PowerLink自發布以來，到2005å¹´8月，在世界各地的應用已有80,000多個節點。 ETHERNET POWERLINK完全建立在標準快速以太網之上，因此它完全符合標準的拓撲結構和物理特性。它的傳輸速率為100Mbps，使用帶RJ45插頭的標準雙絞線電纜（超五類電纜）。網段長度為100m，支持星型和樹型結構。僅允許使用集線器作為連接設備，由于有實時性要求而不允許使用交換機。 ETHERNET POWERLINK所支持最快網絡循環時間是約400μs，因此能夠與ACOPOS驅動控制周期保持同步。在一個400μs循環中，大約8個工作站能夠完全同步工作，而10個工作站的同步周期約為500μs，30個工作站時約為1ms。廣播機制用于與ACOPOS驅動保持同步，這樣所有工作站在每個網絡循環都能接收相應的指定數據。單純網絡抖動低于1μs。 • SynqNet SynqNet是Motion Engineering Inc. （MEI）所設計的一個架構在100Base-T實體傳輸層的運動控制網路，這個高速且實時的同步網絡用以取代運度動控制器和驅動器之間傳統的+/- 10V和編碼器的控制接口，并提供遠程診斷（remote diagnostic）的功能。所使用的100Based-T實體傳輸層（PHY）與一般資訊產業所使用的Ethernet 相同，是完全根據IEEE 802.3的國際標準所定義。SynqNet傳輸協議則在控制器和驅動器之間提供一個具有實時性的溝通機制。這項技術尤其適合于機器人、精密度定位和高速點對點的應用。 由于控制器到驅動器之間的接口是以網絡傳輸，驅動器可以“分散”配置，可與馬達較為靠近，這樣馬達端的回授訊號可不必接回控制器上，一方面減少配線的成本，另一方面也減少干擾的機會。而且，由于SynqNet是數字式的接口，控制器可以遠程的執行驅動去的診斷，對于機臺的維護（maintenance）則更為方便。 已有多家著名的伺服電機供貨商支持MEIçš„SynqNet運動控制網絡標準，包括AMC、Yaskawa Electronic、Panasonic、Sanyo Denki、Tamagawa Seikiå’ŒDanaher Motion。 • SERCOS-III SERCOS-III是SERCOS總線技術發展的最新階段。它摒棄了SERCOS傳統的光纖傳輸方式，而是采用工業以太網的傳輸方式，SERCOSIIIå°‡SERCOS總線技術的優越性和工業以太網的經濟性完美的結合在一起。 SERCOS-III以確定的SERCOS接口實時機制為基礎，在精確時間模式下依據循環數據轉化原則連續作業。SERCOS認為基于硬件的同步是可靠實現如打印機，打包機或多軸機器工具的電子線路軸等動作的不可或缺的先決條件。SERCOS-III的定義使任何標準IP電報如TCP/IP協議都能在非實時的時隙內傳輸，與運動控制所要求的實時數據傳送并行移動。SERCOS-III控制器能和網絡中的上層設備交換這些電報。因此，SERCOS-III將確定的實時機制和診斷能力與在以太網中可利用的通用通信能力相結合。SERCOS-III控制器是一個開放的多功能的自動化接口。這和目前日益普遍的I/O設備、變頻器和伺服系統直接集成相類似。這樣定義SERCOS-III是為了使實時通信和確定的SERCOS機制兼容，使得以低成本和最小付出來升級現有的軟件系統成為可能。SERCOS-III項目的重要目標之一是通過提供低成本而功能強大的硬件來降低每個節點的接口成本。 • Profinet RT/IRT PROFINET是PROFIBUS國際組織（PI）推出的用于自動化的一種開放性工業以太網標準。PROFINET基于工業以太網，采用TCP/IPå’ŒIT標準。僅PROFINET名稱本身就表明，它承接了PROFIBUS15年的應用經驗，可以確保無縫地向全球已確立的以太網通信系統轉換。 自2002年推出PROFINET標準并為現場設備開發者提供第一套軟件棧以來，PI的各個工作組已經能夠將最重要的用戶要求融入到IEC61158國際標準中。不同層次的性能使現場總線設備制造商和成套裝備的操作員能夠很方便容易地按照他們自己的要求選擇恰到好處的功能范圍。PROFINET并不是PROFIBUS的一種替代策略。在未來的若干年內。它們系統將同時并存。用戶可以決定哪種系統最適合于它們的應用。 實時（RT）通訊：對于傳感器和執行器設備之間的數據交換，系統對響應時間的要求更為嚴格，因此，PROFINET提供了一個優化的、基于以太網第二層（Layer 2）的實時通訊通道，通過該實時通道，極大地減少了數據在通訊棧中的處理時間，PROFINET實時通訊（RT）的典型響應時間是5～10ms。 同步實時（IRT）通訊：在現場級通訊中，對通訊實時性要求最高的是運動控制（Motion Control），PROFINET的同步實時（Isochronous Real-Time, IRT）技術可以滿足運動控制的高速通訊需求，在100個節點下，其響應時間要小于1ms，抖動誤差要小于1μs，以此來保證及時的、確定的響應。 每種協議各有利弊，學習起來非常頭疼。因為這些網絡協議隨著技術的進步也在不斷的變化。許多制造商把SERCOS作為首選，但是SERCOS-III和其它新型網絡協議也在相繼問世。 人們往往將大量的精力花費在撰寫各種網絡協議的技術規范上，以便將所有的需求和情況都能涵蓋。但是當把這些規范翻譯成不同語言的版本時，往往會造成一些區別，這是因為不同的公司，不同的工程師對規范的理解不同，生產的產品隨之也會產生差別。因此不同廠家的產品難以共同使用，甚至同一廠家產品的不同版本之間的工作方式也不盡相同。 Motion Control公司的Donald H. Seichter提到，不同的專有數字驅動網絡限制了設備性能的提高?！霸S多OEM和終端用戶都迷失在尋找最好的數字網絡中，而并非尋求能夠提供最優工具和最具靈活性的控制平臺?！? 在選型中，OEM或者最終用戶需要考慮的核心問題是“對于我的設備而言什么是滿足今后需求的最優方案？對于設備制造商/最終用戶來說什么是最關鍵的？” 設備制造商需要考慮如下問題： • 靈活性？ • 減少布線？ • 自動升級固件？ • 從簡單到復雜設備的可擴展性？ • 可靠性？ • 可編程性？ • 數據分析工具？ 用戶則更關心如下問題： • 投資用于購買設備的資金，是否能夠迅速產生利潤？ • 是否能夠在完成生產目標的同時降低成本？ • 能夠使得生產效率更高的數據有哪些？ • 保證設備在最高效率運轉的診斷維護有哪些？ • 如何減少生產中的計劃停機和非計劃性停機？ 基于上述考慮，僅僅選擇最優的數字驅動網絡并不能保證提高設備制造商/最終用戶的核心競爭力，應當將精力花費在選擇所需的控制平臺和最優化工廠設備性能之中。