使用以太网进行运动控制的三个原因

以太网是工业应用中越来越重要的网络

在运动控制方面,以太网,现场总线和其他技术(如外围组件互连)在历史上相互竞争,有权处理工业自动化和控制系统中一些最苛刻的工作负载。运动控制应用需要确定性(保证网络能够按时将工作负载送到预期的节点),这是确保位置保持所需的,这反过来又会阻止驱动器的精度和正确的加速/减速以及其他任务。
在这方面,标准IEEE 802.3以太网从未达到过标准。由于全双工交换和孤立的冲突域,即使CSMA / CD数据链路层已经过时,它也缺乏可预测性。此外,典型堆栈中TCP / IP较高的复杂性并未针对实时流量的可靠传输进行优化。因此,现场总线以及基于ASIC的PCI卡的面向PC的控制架构已成为运动控制的流行解决方案。
从EtherNet / IP的以太网解决方案®到EtherCAT技术®已经在自己独特的方式解决了这些缺点。尽管如此,工业以太网在运动控制领域还远未占据主导地位,尽管它在替代方案方面具有一些优势。让我们来看看为什么它能够而且应该在未来几年的竞争中获得成功的三个原因。

1.融合而不是复杂性

企业IT和工厂车间之间的互连随着时间的推移而增加,导致复杂的系统经常将标准和工业以太网与现场总线混合在一起。例如,机器可能会利用:
  • SERCOS用于与伺服系统通信1
  • PROFIBUS ®联网变频驱动器
  • SafetyBUS p用于故障安全现场总线通信
  • DeviceNet用于连接传感器
  • 通过网关访问的以太网,用于向最终用户发送数据
这种网络很复杂,并且设置和维护也很昂贵。每个协议都需要自己的实现过程,安装程序和培训。相比之下,以太网提供了将运动,安全等不同网络融合到经济高效的基础设施上的可能性,这种基础设施相对容易接线,得到供应商的广泛支持,并且具有前瞻性。

以太网提供了融合不同网络的可能性。

EtherNet / IP协议举例说明了融合在实践中的工作方式。集成的交换系统可以通过使用标准以太网技术(如TCP / IP和UDP / IP)以及CIP Sync等功能来实现业务和工业应用,以实现分布式时钟的IEEE 1588精确时间协议同步。2

2.运动控制应用的确定性

运动控制取决于精确的通信。使用基于时隙的调度支持这种精度,其中每个设备都获得与其他设备通信的时间表。计算控制功能的Δ-T值,因为这些伺服驱动器和控制器计算出它们各自的时序。但是,如果数据传递变得不可预测,它可能会被抛弃 - 因此需要确定性以确保循环稳定性。

以太网可以支持工厂中严格的运动控制应用

EtherNet / IP中IEEE 1588的实施,在某些情况下通过直接安装在英特尔®芯片上的加速器电路实现,只是以太网解决方案用于强制执行确定性的一种常用机制。EtherCAT的即时处理是运动控制应用如何实现一致可预测性能的另一个例子。EtherCAT超越了集中式PCI通信的严格物理限制,虽然速度快,但仍需要机器处理单元和伺服处理器之间的短距离。
“一种基于EtherCAT的分布式处理器体系结构具有带宽,同步和物理灵活性以匹配集中控制的功率加上一个分布式网络的优点,” 3个杰森格尔格斯在2010文章说明机械设计。“事实上,一些使用这种方法的处理器可以控制多达64个高度协调的轴,采用20 kHz采样和更新速率 - 包括位置,速度和电流环路,以及换向。”

3. IIoT的长期可行性

自从作为LAN技术开始以来,以太网已经经历了许多排列。传统的现场总线组件目前制造规模较小,PCI风险正在过时的行业标准架构中,以太网不断发展,现在已经做好了以IP为中心的工业物联网服务的定位。
诸如时间敏感网络等改进的改进将改进IEEE 1588并加强网络融合可能性,这也使得以太网成为现在和未来运动控制的合理选择。这并不是说现场总线和PCI将会消失 - 只有随着自动化行业走向IIoT,以太网的优势才会继续增强。

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