Ethernet bliver en stadig vigtigere netværksteknologi i industrielle applikationer.
Inden for motion control har Ethernet, fieldbus og andre teknologier-såsom Peripheral Component Interconnect (PCI)-historisk konkurreret om at håndtere nogle af de mest krævende arbejdsbelastninger inden for industriel automatisering og kontrolsystemer. Bevægelseskontrolapplikationer kræver determinisme-garantien for, at netværket leverer arbejdsbelastninger til udpegede noder i tide,-hvilket er afgørende for at sikre positionshold, hvilket igen sikrer præcise førerstop, korrekt acceleration/deceleration og andre opgaver.
Standard IEEE 802.3 Ethernet har aldrig opfyldt disse krav. Selvom fuld-dupleks-omskiftning og isolerede kollisionsdomæner har erstattet det forældede CSMA/CD-datalinklag, mangler protokollen stadig forudsigelighed. Desuden er den høje kompleksitet af TCP/IP i en typisk stak ikke optimeret til pålidelig transmission af-realtidstrafik. Derfor har feltbusser og pc-baserede kontrolarkitekturer med ASIC-baserede PCI-kort længe været almindelige løsninger til bevægelseskontrol.
Ethernet-løsninger, der spænder fra EtherNet/IP® til EtherCAT®, overvinder disse mangler på deres egne unikke måder. Selvom Industrial Ethernet byder på adskillige andre fordele i forhold til alternative teknologier, er det stadig langt fra at dominere markedet for motion control. Lad os undersøge tre grunde til, at det kan-og vil-vinde stigende accept i de kommende år.
1
Konvergens i stedet for øget kompleksitet
Over tid har den stigende sammenkobling mellem virksomhedens IT og fabriksgulvet ført til mere komplekse systemer, der ofte involverer en blanding af standard Ethernet, industriel Ethernet og fieldbus-teknologier. For eksempel kan en maskine bruge:
Sådanne netværk er komplekse, og de er dyre at oprette og vedligeholde. Hver protokol kræver sine egne implementeringsprocedurer, installationspersonale og træning. I modsætning hertil giver Ethernet muligheden for at konvergere forskellige netværk-såsom dem til bevægelseskontrol og sikkerhed-til en omkostningseffektiv-infrastruktur, der er lettere at tilslutte, bredt understøttet af leverandører og kan tilpasses fremtidige krav.
Ethernet giver mulighed for at konvergere forskellige netværk.
EtherNet/IP-protokollen eksemplificerer, hvordan konvergens kan udnyttes fuldt ud i praksis. Ved at bruge standard Ethernet-teknologier såsom TCP/IP og UDP/IP, suppleret med funktioner som CIP Sync (for at opnå præcis tidsprotokolsynkronisering via det IEEE 1588 distribuerede ur), kan integrerede switchede systemer rumme både kommercielle og industrielle applikationer samtidigt.
2
Determinisme for bevægelseskontrolapplikationer
Bevægelseskontrol er afhængig af præcis kommunikation. Denne præcision understøttes af tids-slot-baseret planlægning, hvor hver enhed har en tidsplan inden for planlægningspolitikken for kommunikation med andre enheder. Disse servodrev og controllere beregner deres respektive timing, hvorfra ∆T-værdien af styrefunktionen kan udledes. Men hvis datatransmission bliver uforudsigelig, kan resultater gå tabt; derfor kræves determinisme for at sikre sløjfestabilitet.
Ethernet er i stand til at understøtte krævende motion control-applikationer på fabrikken.
I nogle tilfælde er implementering af IEEE 1588 i EtherNet/IP gennem acceleratorkredsløb direkte integreret i Intel®-chips blot en almindelig mekanisme, hvormed Ethernet-løsninger fremtvinger determinisme. EtherCATs højhastigheds-realtidsbehandling- er endnu et eksempel på, hvordan ensartet, forudsigelig ydeevne opnås i motion control-applikationer. EtherCAT overvinder de strenge fysiske begrænsninger ved PCI-baseret centraliseret kommunikation, som kræver hurtig kommunikation mellem maskinbehandlingsenheden og servoprocessoren, mens der holdes en kort afstand.
Jason Goerges forklarede i en artikel offentliggjort i *Machine Design* i 2010:
Den EtherCAT-baserede distribuerede processorarkitektur tilbyder høj båndbredde, synkronisering og fysisk fleksibilitet, der konkurrerer med mulighederne ved centraliseret kontrol, samtidig med at den tilbyder fordelene ved et distribueret netværk.
Faktisk kan nogle processorer, der bruger denne tilgang, styre op til 64 meget koordinerede akser-inklusive position, hastighed og strømsløjfer samt kommutering-ved samplings- og opdateringshastigheder på 20 kHz.
3
Langsigtet -levedygtighed for IIoT
Siden starten som en lokalnetværksteknologi (LAN) har Ethernet gennemgået en række udviklinger. I betragtning af, at traditionelle feltbuskomponenter i øjeblikket produceres i lille skala, og at PCI risikerer at blive en forældet industriel standardarkitektur, har Ethernet udviklet sig til det punkt, hvor det nu er fuldt ud i stand til at betjene det IP-baserede Industrial Internet of Things (IIoT).
Kommende forbedringer-såsom tids-følsomt netværk, som vil forfine IEEE 1588 og understøtte muligheden for netværkskonvergens-gør også Ethernet til et ideelt valg til nuværende og fremtidige motion control-applikationer. Dermed ikke sagt, at feltbusser og PCI vil forsvinde; snarere, efterhånden som automationsindustrien bevæger sig mod IIoT, vil fordelene ved Ethernet fortsætte med at vokse.