我将重新表述上述内容,以第一个人称为“作者”的语气:
在工业自动化和控制系统中,运动控制应用对网络的要求极为苛刻。它们需要确定性,即网络能够及时传送工作负载到预定的节点,这对于保持位置稳定至关重要,从而确保驱动器的精确停止、适当加速/减速以及其他任务。然而,标准的IEEE802.3以太网从未能满足这些要求。
尽管全双工交换和隔离冲突域淘汰了CSMA/CD数据链路层,但以太网仍缺乏可预测性。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。
不过,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还有优势,但在运动控制中还远没有占据主导地位。我来探讨它如何在未来几年的竞争中逐渐被接受三个原因。
首先,我们需要考虑的是融合而非增加复杂性。在企业IT与工厂之间不断增长的人机互联导致系统越来越复杂,将标准以太网和工业以太网与现场总线混合使用变得必要。这可能包括SERCOS1、PROFIBUS、SafetyBUSp、DeviceNet等不同的协议,每种协议都需要各自的实施程序、安装人员和培训。而相比之下,以太网提供了一个经济高效且易于布局和维护的基础架构,可以融合不同网络,并适应未来需求。
其次,以太网能够支持运动控制应用所需的一致通信。这种一致性通过使用基于时隙调度策略来支持,每个设备都有一个调度表用于与其通信。伺服驱动器计算出它们各自时间序列,并通过计算∆T值得到控制函数。但如果数据传输无法预测,则可能会丢失结果,因此我们需要确定性的保证,以确保环路稳定性。
最后,以太网面向IIoT长期可行性。一旦经过发展,随着传统现场总线组件制造规模较小,而PCI正面临逐渐过时的问题,以太网已经完全能够服务于IP核心为中心的地球物联网。此即将到来的改进,如时间敏感型网络完善IEEE1588并支持网络融合,也使得以太网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会消亡,只是随着自动化行业迈向IIoT,以 太 网 的优势将持续提升。