運動控制是典型自動化和控制系統中最苛刻的應用之一，正如我們之前在其他幾篇文章中所指出的。多年來，它主要是傳統現場總線（如CANopen）以及傳統的外圍組件互連卡的領域。這些技術有其相當多的限制（例如，相對微薄的帶寬），但通?？煽壳覍嵤┏杀镜土?然而，幾年前就開始向工業以太網協議（包括PROFINET以及EtherNet/IP，EtherCat和許多其他協議）邁進，因為以太網被修改以解決其最大的缺點，特別是其標準辦公室化身缺乏確定性。

以太網仍然是迄今為止最流行的辦公網絡標準集，并且在工廠環境中也比現場總線增長得更快。2015年初的一項調查發現，以太網節點的年增長率為17%，而傳統現場總線的年增長率為7%。

隨著時間的推移，以太網已變得比這些技術更可取，原因如下：

它開辟了將不同的網絡融合為一個網絡的可能性，在工廠車間和企業IT之間創建了一個不需要處理一堆不同協議的共同連接。這對于運動和機器控制尤其重要，這兩者都在歷史上被劃分為多個現場總線，如DeviceNet，SafetyBUS p等。

它具有持久力。盡管以太網在幾十年前就被商業引入，但它仍然是迄今為止最流行的辦公網絡標準集，并且在工廠環境中也比現場總線增長得更快。2015年初的一項調查發現，以太網節點的年增長率為17%，而傳統現場總線的年增長率為7%。

它得到了廣泛的支持，而不僅僅是在自動化行業。部件是大量制造的，因此，通常比操作現場總線和傳統PCI網絡基礎設施所需的專用設備更具成本效益。安裝和維護也更簡單;不需要對單獨的技術進行多次培訓，可以使用標準組件。

最重要的是，以太網現在還可以提供確定性，這是任何運動控制應用的核心。一系列進步，例如用全雙工交換和隔離沖突域取代CSMA/CD，以及IEEE 1588精確時間協議的不斷完善，使以太網走上了成為工業系統可預測網絡的道路。截至2016年初，包含IEEE 802.1和802.3規范部分內容的通用標準（如時間敏感網絡（TSN））尚未完全可用，但工業以太網協議已經為確定性，經濟高效和可擴展的運動控制提供了可行的解決方案。工業以太網協議可以處理要求苛刻的運動控制應用。

實現同一目標的不同方式

讓我們簡要了解每種應用如何提供運動和機器控制應用所需的確定性：

普羅菲特

標準TCP/IP堆?？梢酝ㄟ^PROFINET IRT通道繞過，該通道可以通過多種方式定義：

一種選擇是通過同步節點的 ASIC;在此設置下，每個PROFINET IRT器件都有一個特殊的ASIC，用于處理節點同步和周期細分，并包含一個智能2端口或4端換機。

另一種可能性是使用一種解決方案，例如標準REM交換機，該解決方案可以配置為多種工業以太網協議，包括IRT。

總體而言，PROFINET IRT專為需要確定性亞微秒級時鐘同步的系統而設計。小于 1 毫秒是周期時間的目標基線，而小于 1 微秒是抖動精度的理想選擇。3為了達到這些目標，PROFINET IRT使用全雙工快速以太網進行網絡分段。它通過其帶寬預留、調度和不同類型以太網流量的時域分離功能為其流量定義一條快速通道。

以太貓

EtherCAT利用動態處理，允許幀在返回主站之前以可忽略不計的時間延遲通過從站。這與標準以太網形成鮮明對比，標準以太網將幀發送到多個設備并等待所有設備響應和更新，在此過程中通常會有很多延遲。相反，EtherCAT從站會在數據到達時提取數據并寫入響應。

EtherCAT協議還允許通過將眾多設備的傳入和傳出數據合并到單個以太網幀中來優化帶寬。通過這種方式，它減少了傳輸開銷，并為I/O、驅動器和其他設備負載較重的網絡提供了急需的支持。多軸伺服控制需要大量帶寬，而 EtherCAT 可以成群結隊地釋放帶寬。根據Machine Design引用的數據，使用EtherCAT的網絡可以在不到250微秒的時間內采樣和更新64個驅動器和一些額外的I / O。

以太網/IP

EtherNet/IP 維護標準以太網層，包括 TCP/IP 和 UDP/IP。這對工廠運營商來說非常方便，因為他們可以在整個網絡中使用未經修改的以太網組件。然而，它通過擴展進行了幾個關鍵的補充，關閉了以太網和傳統現場總線之間的確定性。

CIP Sync 將 IEEE 1588 精確時間協議映射到通用工業協議使用的直觀面向對象模型（除了較舊的 CompoNet、DeviceNet 和 ControlNet 現場總線之外，該模型是 EtherNet/IP 的基礎）。這允許跨器件進行精確的時鐘同步。

CIP 運動提供了一組應用配置文件，可在伺服、變頻和/或矢量驅動器內關閉扭矩、速度和位置環。它可以通過運動規劃器更新協調大量軸，只需 1 毫秒。

ODVA是監督CIP和EtherNet/IP開發的組織，它繼續更新這些擴展，以滿足控制器到驅動器接口和控制器間通信等關鍵要求。EtherNet/IP 作為一個整體，對于使用標準、未經修改的以太網進行運動控制來說，仍然是一個有吸引力的選擇。

“CIP Motion在工業自動化的城市神話中打了一個洞”5羅克韋爾自動化的Paul Brooks在一篇關于工業IP Advantage的文章中解釋道。“神話：標準以太網不能用于運動控制，因此需要開發基于以太網的東西;將時間片算法添加到設備的固件或硬件中，或者只是使用 CAT5 電纜和標準以太網網關構建專有網絡。

正如這三種協議所表明的那樣，運動控制是一項具有挑戰性的任務，但可以通過工業以太網有效解決。現場總線并沒有消失，但隨著越來越多的企業希望簡化其網絡并為工業物聯網做好準備，它們面臨著激烈的競爭。

審核編輯：郭婷