社会场景下现场总线技术有哪些种类以太网在运动控制中的应用分析

在工业自动化和控制系统中,以太网、现场总线以及其他技术(如外围组件互连)竞相争夺,用于处理那些对工作负载有着极其苛刻要求的任务。运动控制应用需要确定性,因为这对于保证位置保持至关重要,这又进一步确保了驱动器的精确停止、适当的加速/减速以及其他任务。标准的IEEE802.3以太网从未能满足这些要求,即使是全双工交换和隔离冲突域也淘汰了过时的CSMA/CD数据链路层,但它仍缺乏可预测性。此外,TCP/IP堆栈中的高度复杂性并未针对实时流量进行优化。

因此,现场总线以及带有基于ASIC的PCI卡的PC控制架构一直是常见的运动控制解决方案。从EtherNet/IP到EtherCAT,以太网解决方案以独特方式克服了这些缺点。尽管工业以太网相较于别的一些替代技术还有一些优势,但它在运动控制中还远没有占据主导地位,我们来看看它能够并且将会在未来几年的竞争中越来越被接受的三个原因。

融合而不是增加复杂性

随着企业IT与工厂之间网络连接不断增加,系统变得更加复杂,将标准以太网和工业以太网与现场总线混合使用。这类似于机器利用SERCOS1、PROFIBUS、SafetyBUSp、DeviceNet等不同网络类型通信,每个协议都需要各自实施程序安装人员和培训,而以太网提供了一种将不同网络融合到经济高效基础架构上的可能性,该架构布局更容易获得供应商支持,并能适应未来需求。

确定性适用于运动控制应用

运动控制依赖于精确通信,这通过使用基于时隙调度来支持,每个设备都有一个与之通信时序表。但如果数据传输无法预测,则可能丢失结果,因此需要确定性的环路稳定性。

以太网可以支持工厂中的苛刻运动控制应用,在某些情况下通过直接集成英特尔芯片内加速器电路实现IEEE1588,只是在EtherNet/IP中实施强制确定性的一种常见机制。而EtherCAT则突破了基于PCI物理限制,使得分布式处理器架构具备宽带宽、高同步性能及物理灵活性,与集中式功能媲美但兼具分布式网络优势。

面向IIoT长期可行性

作为一种局域网技术,以太網已经经过多次发展,现在完全能够为IP核心工业物联网服务。在即将到来的改进,如时间敏感型网络完善IEEE1588并支持网络融合可能性后,以 太網成为当前及未来运动控制理想选择。这并不意味着现场总线或PCI将消亡,只是随着自动化行业迈向IIoT,以 太網优势将持续提升。

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