在工业自动化和控制系统中,网络技术的竞争日益激烈,以太网、现场总线以及其他技术(如外围组件互连)一直在角逐处理一些最为苛刻要求的工作负载。运动控制应用要求确定性,即能够及时将工作负载传送至预定的节点,这对于位置保持至关重要,从而确保驱动器的精确停止、适当的加速/减速以及其他任务。
标准的IEEE802.3以太网从未达到这些方面的要求。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PC控制架构一直是常见运动控制解决方案。
从EtherNet/IP到EtherCAT等以太网解决方案克服了这些缺点。在工业以太网相较于别替代技术还有一些优势,它们在未来几年的竞争中越来越被接受。这可以归结为三个原因:
融合而不是增加复杂性
随着时间推移,企业IT与工厂之间互联不断增加,使得系统更复杂,将标准以太网和工业以太网与现场总线混合使用会导致成本高昂且难于维护。相比之下,以太网提供了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,并能适应未来要求。
确定性适用于运动控制应用
运动控制依赖于精确通信。这种精确通信通过基于时隙调度支持,每个设备都有一个与设备进行通信调度表。但如果数据传输变得无法预测,则可能会丢失结果,因此需要确定性的环路稳定性。
面向IIoT长期可行性
以太网自作为一种局域网络技术问世以来,一直在发展中。一旦传统现场总线组件制造规模较小,而PCI正面临逐渐成为过时工业标准架构风险,以太网经过不断发展,现在已经完全有能力为IP核心工业物联网服务。此次改进(如时间敏感型网络完善IEEE1588并支持网络融合)也使得以太网成为了当前和未来运动控制理想选择。这并不意味着现场总线和PCI将消亡,只是在自动化行业迈向IIoT,以太网优势将持续提升。