工业以太网在运动控制中的应用

文:2017年第5期

    现场总线曾经一度成为热搜的名词,可惜由于标准实在太不统一,加上信息技术的快速发展,工业以太网逐渐在多样化的十几种的现场总线中脱颖而出,每一个用户更期待的是一个统一、开放的工业以太网规范。但事实并非如此,IEC61158认可的八种工业网络标准作为工业以太网发展的结果,形成了四种不同的工业以太网标准协议,分别为FoundationFieldbus和WorldFIP向FoundationFieldbusHSE发展;ControlNet和DeviceNet向Ethernet/IP发展;Interbus和Modbus向IDA发展;Profibus向ProfiNet发展。这四种工业以太网标准,都有其支持厂商和相应产品。在运动控制领域,2011年,现场总线协议在新运动控制节点连接领域占据主导地位,而以太网仅占12%的市场,约180万新的运动控制节点连接。到了2016年,新以太网节点连接超过了25%的网络化运动控制产品。

    目前有多种用于提供实时功能的以太网方案。例如,通过较高级的协议层禁止CSMA/CD存取过程,并使用时间片或轮询过程来取代它。其它方案使用专用交换机,并采用精确的时间控制方式分配以太网数据包。尽管这些解决方案能够比较快和比较准确地将数据包传送到所连接的以太网节点,但带宽的利用率却很低,特别是对于典型的运动控制设备,因为即使对于非常小的数据量,也必须要发送一个完整的以太网帧。而且,重新定向到输出或驱动控制器,以及读取输入数据所需的时间主要取决于执行方式。其中,EtherCat以高速数据传输和快速响应时间著名,2016年前它的成员数持续高速增长。EtherCAT技术突破了其它以太网解决方案的这些系统限制,不必再像从前那样在每个连接点接收以太网数据包,然后进行解码并复制为过程数据。当帧通过每一个设备(包括底层端子设备)时,EtherCAT从站控制器读取对于该设备十分重要的数据。同样,输入数据可以在报文通过时插入至报文中。

    正是由于EtherCAT并不是要将所有的工业网络全部改成以太网,而是要将原来工业网络应用层定义的数据信息封包在以太网的网络层与传输层内,大幅度提高了运动控制的实时性,其应用范围会越来越广。

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