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四大主流實時工業以太網接口系統選型對比分析

2018年06月11日 16:00:24 中國傳動網

就系統評估而言,開放性是長期運行可行性的關鍵,此外,技術和戰略考量也在確保一個長期投資的安全性決策方面扮演關鍵角色。

與現存應用規范兼容性

EMC易感性/傳輸可靠性

集束幀相較于獨立幀更易電磁干擾。如果一個幀被破壞,集束幀將丟失整個數據幀。

電氣連接點

一個特殊的EtherCAT特性使得所有通信同時通過內部I/O端子總線進行路由,然而,由于增加了更多的干擾而造成安全風險抵消了其優越的性能。

靈活的線路拓撲

EtherCAT和SERCOS網絡通常以邏輯環方式組織,這個環可以在主站那里實現物理的閉合,或者在菊花鏈方式下在最后一個節點處實現物理線路的閉合。EtherCAT提供通過特定結合點的枝路連接,但是,整個幀的行程上下與返回仍然是按照這種邏輯環進行。

高可用性

僅POWERLINK在其規范中包含有主站和線路冗余,并在實際項目中實現,對于PROFINET和Ethernet/IP而言,基于特定的交換方式下的應用實現也是可行的。

熱插拔

POWERLINK,Ethernet/IP和PROFINET提供了用戶熱插拔能力,而對于SERCOSIII和EtherCAT由于其必須采用環形拓撲結構而受到了一些限制,SERCOSIII允許將一個節點踢出網絡,在這種情況下,相鄰的兩個節點接近TX和RX線路,節點可以通過主站到達另一個。EtherCAT不支持熱插拔能力。

千兆網絡就緒

由于Ethernet/IP和POWERLINK是專門的基于軟件的技術,這些協議可以被千兆以太網硬件所采用,與此相反,EtherCAT需要ASIC,PROFINETIRT也需要一些重新設計的硬件—包括特殊的交換機,FPGA方案也可以被用于千兆以太網。

國際標準的支持

IEC61158國際標準化協議(稱為“類型”)用于工業控制方法。IEC61784-2標準化通信規范族(稱為“CPF”)。GB標準是中國國家標準由國家標準化管理委員會編制并發布。GB/Z是國家指導性文件。這代表作為信息參考而不作為強加的。通信技術的最高級為GB/T—國家推薦性標準,它必須滿足:完全開放的技術、全球廣泛使用的技術、不受制于任何國家和公司。

市場上的產品

基于ERTEC公司的IRT產品已經在市場上可用,然而,DFP性能的介紹及新一代的ASIC用于與之連接的節點尚未與現在的IRT方案兼容(由Phoenix提供的觸發芯片)。

系統的通信架構

如果一個主站發送一個數據幀給它自己而不經過任何節點,這個幀再次回到主站是在122微秒后(在單個數據幀以最大以太網數據量下)在理論上,它有可能在數據其它幀其它部分到達時就處理,

然而用于校驗數據準確性的CRC必須在所有數據接收到后進行確認,這個局面下不考慮其它因素如PHY造成的延遲,線路和以太網口的延遲,用于內部到主站的數據傳輸等,然而,一旦信號離開主站,在網絡線路上的路程和從站內處理必須考慮在內

無論選擇集中或分布式架構,系統的前瞻性即可能的未來需求必須被認真考慮。分布式的優勢之一:允許在不同控制環增加節點而不會影響基本的循環時間。例如,基礎性的改變不必為全局概念而改變。此外,附加的功能如環境監測及集成安全技術將比集中式在控制環產生更少的影響—這些均是依賴小數據容量的。

直接交叉通信

直接交叉通信為那些時間非常苛刻要求的應用提供了一個關鍵的收益-例如高速驅動控制-軸可以被高速同步的同時保持極高精度。由于所有的位置值可以直接的分配而無需通過主站,這帶來更低的網絡負載以及確保對于相關連的軸而言數據是在當前周期可以使用的(例如軸的實際相位值),如果數據必須先行經過主站-這不僅延遲了一個周期,而且網絡上的數據負載量也同時大幅增加。

重載數據傳輸

涉及大容量數據處理的應用中,數據傳輸將影響整個循環的時間耗費。支持優先級機制的系統允許高優先級數據在每個周期里進行傳輸,而對于低優先級數據則僅僅隔n個周期進行掃描。

實際循環時間

在解決方案中使用集束幀時,數據必須通過每個控制器2次,如果信號要經過許多節點,總傳輸時間將大幅上升,由組織引用的原始性能數據必須被調查來消除這種效果。另一個要考慮的是性能取決于實現特性,例如,在實際控制系統中運行的應用程序的任務等級。

抖動

確保最小的抖動和極高精度的信號確定性延遲是控制質量的關鍵要素(時鐘偏差)。網絡節點必須盡可能的同步。各種競爭的網絡通過不同的機制來達到這一目標,EtherCAT在ESC(EtherCAT從站控制器)上使用了特殊算法設計分布式時鐘規則,而對于POWERLINK則是通過一個簡單的同步信號(SoC)來達成。

潛在的成本需求

-網絡組件額外的設備=外部交換機或Hub

-內部端口=直接集成到設備上的端口,用于環形或菊花鏈拓撲。

實際性能較量

實際上,比較系統性能是件困難的事情,因為不同系統的特定性能存在差異,Ethernet/IP和PROFINETRT從開始就被排除在外,因為,這些系統僅為軟實時需求而設計,PROFINETIRT由于采用了不同的交換機,這導致了應用架構的復雜性,直接的比較與測量顯然不適合。

供稿:網絡轉載

本文鏈接:http://www.jafufa.icu/tech/detail.aspx?id=32516

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