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，试图处理那些对工作负载提出最苛刻要求的任务。运动控制应用需要确定性，以确保网络能够及时将工作负载传送至预定的节点，这对于保持位置并确保驱动器的精确停止、适当的加速/减速以及其他任务至关重要。标准的IEEE802.3以太网虽然淘汰了过时的CSMA/CD数据链路层，但它缺乏可预测性。此外，TCP/IP堆栈中的高度复杂性并未针对实时流量的可靠传送进行优化。

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等以太网解决方案，它们通过独特的手段克服了这些缺点。尽管工业以太网相较于别的一些替代技术还有一些优势，但在运动控制中它仍然远没有占据主导地位。让我们来探讨它如何会越来越被接受，以及为什么未来几年内它可能会成为主要选择。

融合而不是增加复杂性

随着企业IT与工厂之间互联不断增加，系统变得更加复杂。这通常意味着将标准以太网和工业以太网与现场总线混合使用。在机器上，可以使用SERCOS1通信服务器、PROFIBUS变频驱动器、SafetyBUSp故障安全现场总线通信或DeviceNet连接传感器。而且，还可以通过网络访问数据和向最终用户发送数据。但是，这样的网络很难维护，而且每个协议都需要各自实施程序、安装人员和培训。

相比之下，以太网提供了一种更经济高效地融合不同网络到一个基础架构上的可能性，该架构布局更容易获得供应商广泛支持，并能适应未来要求。例如，EtherNet/IP协议体现了如何在实践中充分发挥融合作用，它结合了TCP/IP和UDP/IP等标准以太网技术，并引入CIPSync用于实现分布式时钟IEEE1588精确时间同步，从而使集成交换式系统既适用于商业也适用于工业应用。

确定性适用于运动控制应用

运动控制依赖于精确通信，这种精确性通过基于时隙调度来支持，每个设备都有一个调度表计算其时间序列。此外，如果数据传输变得不可预测，则可能会丢失结果，因此需要确定性的环路稳定性保证。

以太网能够支持工厂中的苛刻运动控制应用，在某些情况下，如直接集成英特尔芯片内加速电路，在 EtherNet/IP 中实施 IEEE 1588，以强制确定性的方式克服不足之处；而 EtherCAT 的高速实时处理则是一个实现始终如一预测性能示例。

Jason Goerges 在2010年的 MachineDesign 文章中解释道：“基于 EtherCAT 分布式处理器架构具有宽带宽、高同步率和物理灵活性，可媲美集中式控件功能，同时拥有分布式网络优势。”

事实上，一些采用这种方式的处理器可以同时管理多达64个高度协调轴（包括位置速度电流环及换向），采样率更新率达到20 kHz。

面向 IIoT 的长期可行性

作为一种局域网络技术以来发展，不断演进自起步以来，以太 网已经完全具备为 IP 为核心 Industrial Internet of Things 提供服务。不仅如此，即将到来的改进，如完善 IEEE 1588 并支持网络融合，将使得 以 太 网 成为当前及未来 运 动 控 制 理想选项。这并不意味着 现场 总 线 和 PCI 将消亡，只是随着 自动 化 行 业 向 IIoT 发展趋势推移，以 太 网 的 优势 将 继续 增 强。

参考文献：

1 Paul Brooks."EtherNet/IP for Motion Control" Industrial IP Advantage, October 2015.

2 "Motion Control with Standard Ethernet" Industrial Ethernet Book, Vol.48 No.71.

3 Jason Goerges."High-Performance Motion Control with EtherCAT" Machine Design, November 2010.