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發(fā)布日期:2022-07-14 點擊率:42
當前,工業(yè)實時以太網(wǎng)技術蓬勃發(fā)展,正在取代傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線技術(Profibus,CAN,Interbus,F(xiàn)ieldbus,DeviceNet,Modbus),市場上出現(xiàn)了眾多實時通信技術,下文將對市場上主流的以太網(wǎng)技術進行比較。
工業(yè)以太網(wǎng)分類
ProfiNet IRT
ProfiNet提供了三個不同的版本,按照其實現(xiàn)和對應用的實時性支持能力為ProfiNet/Cba,ProfiNet RT,ProfiNet IRT,其中ProfiNet/Cba是建立在Soft IP基礎上,采用交換機連接方式,由于交換機所帶來的時間延遲,因此,無法支持較快的同步速度,ProfiNet并不具備很高的實時性,而RT也無法滿足高速運動控制的需求,而ProfiNet IRT則是設計為更快速的運動控制應用,因此,采用了專用的芯片來實現(xiàn),這使得其速度得到了大幅度的提高。
目前Profinet已經(jīng)開始大量使用,而ProfiNet IRT尚未正式得到大量使用.
Ethernet POWERlink
采用輪詢方式,由主站MN和CN構成,系統(tǒng)由SoC開始啟動等時同步傳輸,由主站為每個CN分配固定時間槽,通過這一機制來實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)交換,同時也通過多路復用和節(jié)點序列方式來優(yōu)化網(wǎng)絡的效率,支持標準的Ethernet報文,應用層采用CANopen,Ethernet POWERlink無需專用的芯片,并且可運行在多種OS上。
Powerlink多路復用技術
Ethernet Powerlink標準化組織EPSG在2007年宣布放棄對Powerlink所有專利的擁有,從而使得Powerlink技術成為了目前實時以太網(wǎng)技術里第一個也是唯一一個”O(jiān)pen Source Technology”-這意味著加入Powerlink組織的成員均擁有此技術。
SERCOSIII
通過主從結構的設計來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,在一個SERCOSIII的數(shù)據(jù)中,主站與從站之間的數(shù)據(jù)包傳輸M/S同步數(shù)據(jù)交換與CC直接交叉通信數(shù)據(jù)以及Safety數(shù)據(jù),由Sync同步管理機制來控制各種數(shù)據(jù)傳輸方式的進行。
EtherCAT
采取一種所謂“數(shù)據(jù)列車”的方式設計,“邊傳輸邊處理”的方式按照順序將數(shù)據(jù)包發(fā)送到各個從節(jié)點,然后再回到主站,這樣的話,任務的處理將在下一個周期里完成,主節(jié)點通常采用PC,而從節(jié)點背板間采用LVDS-低壓差分驅動信號傳輸方式,可以達到非常高的數(shù)據(jù)交換,但是,這同時也意味著從站需要特殊的硬件,ASIC或FPGA,由于EtherCAT有ASIC,其并不主推FPGA方案。
由于采用集束幀的方式,該數(shù)據(jù)傳輸方式只能采用環(huán)形冗余或星形冗余方式,在拓撲結構上會受到一定的限制,另外,由于其傳輸是一個循環(huán)而處理是一個循環(huán),這就使得它通常需要兩個周期才能完成一次交換,其效率較低,通常對于小數(shù)據(jù)量的系統(tǒng)比較快速,而對大數(shù)據(jù)量節(jié)點數(shù)較多時該網(wǎng)絡速度反倒較低。
Ethernet/IP CIP
采用消費者與生產(chǎn)者模式運行整個過程。
Ethernet/IP CIP基于原有的Rockwell AB的DeviceNet,ControlNet的控制和信息協(xié)議,采用了在OSI的會話層和表示層的修改,作為一種軟件形式的協(xié)議,它顯然具有較高的數(shù)據(jù)通過率,適應于大塊的數(shù)據(jù)通信,因此,更適合作為網(wǎng)關和交換設備的應用,其實時性卻受到一定的限制,但是,它完全兼容標準以太網(wǎng),因此,具有很好的到工廠與企業(yè)的IT層互聯(lián)的能力。
主要特點比較
下表對主要的實時以太網(wǎng)技術的關鍵參數(shù)進行了比較,羅列如下:
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節(jié)點安裝現(xiàn)狀與未來發(fā)展
當前安裝狀況:
各以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷史說明其技術的成熟度,據(jù)IMS的一份報告顯示,Ethernet TCP/IP的標準以太網(wǎng)安裝節(jié)點數(shù)最多,這些通常應用于與上位的管理系統(tǒng)的連接,如PLC、IPC與ERP、MRP系統(tǒng)的連接,通過標準以太網(wǎng),由于數(shù)據(jù)沒有嚴格的實時性要求,因此,普通的以太網(wǎng)即可使用,而Modbus基礎上升級的Modbus TCP借助傳統(tǒng)的Modbus占據(jù)了較大的安裝量,但是,這些通常應用于PC到PLC、伺服的程序下載,與HMI的連接或者儀表層的接口,因此,其應用也非是實時性較高的領域,而Ethernet/IP和ProfiNet都是應用于流程工業(yè)領域的,其實時性并不是特別高,一般在5mS~100mS等級,而真正的實時以太網(wǎng)應用則是Ethernet POWERlink, EtherCAT, SERCOSIII, CC-link IE, 其中,Ethernet POWERlink具有最大的節(jié)點安裝數(shù),這與Powerlink技術推出較早有較大的關系,也與Powerlink產(chǎn)品在實時性要求較高的數(shù)據(jù)采樣、運動控制應用有關。
支持廠商
目前EtherCAT由超過1000個支持廠商,而POWERlink則有超過800個支持廠商,在中國POWERlink技術因為其“OpenSource Technology”的原因取得了廣泛認可,而EtherCAT則由于其先行的市場推廣而同樣具有眾多的開發(fā)廠商。SERCOS則在傳統(tǒng)的CNC和機器人領域有一定的市場擁護者,ProfiNet由于SIEMENS的強大市場號召力,雖然其推廣目前受到ProfiBus的使用而未進行大規(guī)模的實際推廣,但是,依賴于SIEMENS本身產(chǎn)品如S7-1200,S7-300系列帶有ProfiNet接口產(chǎn)品的應用而會快速成長。
未來分析
根據(jù)ARC對于未來實時通信的預測,將劃分為兩大方向,一種是由先天的市場占有而引起的市場發(fā)展例如:ProfiNet, Ethernet/IP其主流支持廠商具有較強的市場地位,因此,這類總線將在廣泛市場上占據(jù)主導,而Ethernet Powerlink、SERCOSIII、EtherCAT則更為偏重于專業(yè)市場如智能電網(wǎng)、航空航天、產(chǎn)業(yè)機械、醫(yī)療等領域各自發(fā)揮其專業(yè)性。
來自中立機構的預測也顯示這幾種實時以太網(wǎng)技術的未來市場預測,由此可以看出,ProfiNet和Ethernet/IP將占據(jù)較大的份額,而Powerlink、EtherCAT、SERCOSIII同樣占據(jù)一定的市場份額。
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