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)一直是竞争对手,共同争取处理那些极为苛刻要求的工作负载。运动控制应用需要确定性,即确保网络能够及时将工作负载传送至预定的节点,这对于保持位置的准确性至关重要,从而保证驱动器的精确停止、适当加速/减速以及其他任务。
标准的IEEE802.3以太网从未满足这些要求。即使全双工交换和隔离冲突域淘汰了过时的CSMA/CD数据链路层,但它仍然缺乏可预测性。此外,典型堆栈中的TCP/IP并未针对实时流量进行优化,因此现场总线和带有基于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等以太网解决方案,它们以独特方式克服了这些缺点。尽管工业以太网相较于其他替代技术在运动控制中还不占据主导地位,我们来看看它如何通过三个关键原因逐渐被接受:
融合而非增加复杂性
随着企业IT与工厂之间互联不断增强,系统变得越来越复杂。这通常涉及混合使用标准以太网和工业以太网,以及现场总线,如SERCOS1、PROFIBUS®、SafetyBUSp等。这样的网络管理成本高昂,每种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,该架构布局更易于维护,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,这可以通过使用基于时隙调度支持,每个设备都有一个与其通信时间表。在伺服驱动器计算出它们各自时间后,可以计算出∆T值。但如果数据传输无法预测,则可能会丢失结果,因此需要确定性来保证环路稳定。
面向IIoT长期可行性的优势
作为一种局域网络技术,以太网已经经历多次发展,现在完全有能力为IP核心的工业物联网服务。此外,将来的改进,如完善IEEE1588并支持网络融合,将使得以太网成为当前及未来运动控制理想选择,而不是说现场总线或PCI会消亡,只是在自动化行业迈向IIoT过程中,以太网优势将持续提升。