为什么值得探索以太网运动控制

运动控制是典型自动化和控制系统中要求最苛刻的应用之一,正如我们之前在其他几篇文章中所述。多年来,它主要是传统现场总线(如CANopen)以及传统外围组件互连卡的省份。这些云顶集团国际娱乐网址有其公平的限制(例如,相对微薄的带宽),但通常可靠且实施成本低廉。1然而,对云顶娱乐4008以太网协议,包括PROFINET此举®,以及以太网/ IP ®,EtherCAT的®,以及其他许多年前就开始认真,以太网进行了修改,以解决其最大的不足之处,特别是在缺少确定性它的标准办公室化身。


 
 
 
图1
以太网仍然是目前最流行的办公网络标准,在工厂设置中它也比现场总线增长得更快。2015年初的一项调查发现,以太网节点的年增长率为17%,而传统现场总线为7%。
随着时间的推移,以太网已经变得优于这些云顶集团国际娱乐网址,原因如下:
  • 它开辟了将不同网络融合为一体的可能性,在工厂车间和企业IT之间建立了一个通用连接,不需要处理大量不同的协议。这对于运动和机器控制尤其重要,这两种运动和机器控制历来被分为多个现场总线,如DeviceNet,SafetyBUS p等。
  • 它具有持久力。尽管数十年前已经商业化推出,但以太网仍然是迄今为止最受欢迎的办公网络标准,并且在工厂设置中它也比现场总线增长得更快。2015年初的一项调查发现,以太网节点的年增长率为17%,而传统现场总线为7%。1
  • 它得到了广泛的支持,而不仅仅是自动化行业。零件大批量生产,因此通常比操作现场总线和传统PCI网络基础设施所需的专用设备更具成本效益。安装和维护也更简单; 不需要对单独云顶集团国际娱乐网址进行多次培训,可以使用标准组件。
最重要的是,以太网现在还可以提供对任何运动控制应用程序至关重要的确定性。诸如用全双工交换和隔离冲突域替换CSMA / CD的一系列进步,以及IEEE 1588精确时间协议的不断完善,使以太网成为云顶娱乐4008系统可预测网络的道路。包含IEEE 802.1和802.3规范部分的时间敏感网络(TSN)等通用标准自2016年初开始尚未完全可用,但云顶娱乐4008以太网协议已经为确定性,成本效益和可扩展的运动提供了可行的解决方案控制。云顶娱乐4008以太网协议可以处理要求苛刻的运动控

实现同一目标的不同方式

让我们简要地看一下每个人如何提供运动和机器控制应用所需的确定性:

PROFINET

可以通过PROFINET IRT通道绕过标准TCP / IP堆栈,该通道可以通过多种方式定义:


  • 一种选择是通过同步节点的ASIC; 在此设置下,每个PROFINET IRT设备都有一个专用ASIC,用于处理节点同步和循环细分,并包含一个智能2端口或4端口交换机。2
  • 另一种可能性是使用诸如标准REM开关之类的解决方案,该解决方案可以配置用于多种云顶娱乐4008以太网协议,包括IRT。
总的来说,PROFINET IRT专为需要确定性,亚微秒时钟同步的系统而构建。小于1毫秒是循环时间的目标基线,而小于1微秒是抖动精度的理想选择。3为了达到这些标准,PROFINET IRT使用全双工,快速以太网进行网络分段。它通过其功能为其流量定义了一条快速通道,用于不同类型以太网流量的带宽预留,调度和时域分离。

EtherCAT的

EtherCAT利用动态处理,允许帧在返回主站之前通过从站只有可忽略的时间延迟。这与标准以太网形成对比,后者向多个设备发送帧并等待所有设备响应和更新,通常会有很多延迟。而EtherCAT从站在数据到达时会提取数据并写入响应。4
EtherCAT协议还通过将大量设备的传入和传出数据组合到一个以太网帧中,实现带宽优化。通过这种方式,它可以减少传输开销,并为负载I / O,驱动器和其他设备的网络提供急需的支持。多轴伺服控制需要大量带宽,EtherCAT可以成群结队地释放它。根据Machine Design引用的数字,使用EtherCAT的网络可以在不到250微秒的时间内对64个驱动器和一些额外的I / O进行采样和更新。

EtherNet / IP的

EtherNet / IP维护标准以太网层,包括TCP / IP和UDP / IP。这对于工厂操作员来说非常方便,因为他们可以在整个网络中使用未经修改的以太网组件。然而,它通过扩展实现了几个关键的增加,这些增加了以太网和传统现场总线之间的决定性。
CIP Sync将IEEE 1588精确时间协议映射到通用云顶娱乐4008协议使用的直观面向对象模型(除了旧的CompoNet,DeviceNet和ControlNet现场总线之外,它是EtherNet / IP的基础)。这允许跨设备进行精确的时钟同步。
CIP运动提供一组应用配置文件,可在伺服,可变频率和/或矢量驱动器内关闭扭矩,速度和位置环。它可以使用仅需1毫秒的运动规划器更新来协调大量轴。
监督CIP和EtherNet / IP开发的组织ODVA继续更新这些扩展,以满足控制器到驱动器接口和控制器间通信等关键要求。EtherNet / IP作为一个整体仍然是使用标准的,未经修改的以太网进行运动控制的有吸引力的选择。
“CIP运动已经拳打在云顶娱乐4008自动化的都市神话洞” 5对于文章中解释罗克韦尔自动化公司的保罗·布鲁克斯产业知识产权优势。“神话:标准以太网不能用于运动控制,因此需要开发基于以太网的东西; 将时间片算法添加到设备的固件或硬件中,或简单地使用CAT5电缆和标准以太网网关构建专用网络。
正如这三个协议所示,运动控制是一项具有挑战性的任务,但仍可通过云顶娱乐4008以太网有效解决。现场总线并没有消失,但随着越来越多的企业希望简化网络并为云顶娱乐4008物联网做好准备,它们的竞争非常激烈。 


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