Ethernet становится все более важной сетевой технологией в промышленных приложениях.
В области управления движением Ethernet, полевая шина и другие технологии,-такие как соединение периферийных компонентов (PCI)- исторически конкурировали за выполнение некоторых из наиболее ресурсоемких рабочих нагрузок в системах промышленной автоматизации и управления. Приложениям управления движением требуется детерминизм-гарантия того, что сеть будет своевременно доставлять рабочую нагрузку на назначенные узлы-что важно для обеспечения удержания позиции, что, в свою очередь, обеспечивает точную остановку водителя, правильное ускорение/замедление и другие задачи.
Стандарт IEEE 802.3 Ethernet никогда не отвечал этим требованиям. Несмотря на то, что полнодуплексная коммутация и изолированные домены коллизий заменили устаревший канальный уровень CSMA/CD, протоколу по-прежнему не хватает предсказуемости. Более того, высокая сложность TCP/IP в типичном стеке не оптимизирована для надежной передачи трафика-в реальном времени. Следовательно, полевые шины и архитектуры управления на базе ПК-с картами PCI на основе ASIC- уже давно стали распространенными решениями для управления движением.
Решения Ethernet, от EtherNet/IP® до EtherCAT®, преодолевают эти недостатки своими уникальными способами. Хотя промышленный Ethernet предлагает ряд других преимуществ по сравнению с альтернативными технологиями, он все еще далек от доминирования на рынке управления движением. Давайте рассмотрим три причины, по которым он может-и будет-получить все большее признание в ближайшие годы.
1
Конвергенция, а не увеличение сложности
Со временем растущая взаимосвязь между ИТ-отделами предприятия и заводскими цехами привела к созданию более сложных систем, часто включающих сочетание технологий стандартного Ethernet, промышленного Ethernet и полевой шины. Например, машина может использовать:
Такие сети сложны, их создание и обслуживание обходятся дорого. Каждый протокол требует собственных процедур реализации, персонала для установки и обучения. Напротив, Ethernet предлагает возможность объединения различных сетей,-например, сетей управления движением и безопасности-в экономичную-инфраструктуру, которую проще подключить, которая широко поддерживается поставщиками и адаптируется к будущим требованиям.
Ethernet предлагает возможность объединения различных сетей.
Протокол EtherNet/IP демонстрирует, как конвергенция может быть полностью использована на практике. Используя стандартные технологии Ethernet, такие как TCP/IP и UDP/IP, дополненные такими функциями, как CIP Sync (для достижения точной синхронизации протокола времени через распределенные часы IEEE 1588), интегрированные коммутируемые системы могут одновременно работать как с коммерческими, так и с промышленными приложениями.
2
Детерминизм для приложений управления движением
Управление движением зависит от точной связи. Такая точность поддерживается планированием на основе -интервалов-, при котором каждое устройство имеет расписание в рамках политики планирования для связи с другими устройствами. Эти сервоприводы и контроллеры рассчитывают соответствующие моменты времени, из которых можно получить значение ∆T функции управления. Однако если передача данных становится непредсказуемой, результаты могут быть потеряны; следовательно, для обеспечения стабильности цикла необходим детерминизм.
Ethernet способен поддерживать требовательные приложения управления движением на заводе.
В некоторых случаях внедрение IEEE 1588 в EtherNet/IP посредством схем ускорителя, непосредственно интегрированных в микросхемы Intel®, является лишь одним из распространенных механизмов, с помощью которых решения Ethernet обеспечивают детерминизм. Высокоскоростная-обработка-в режиме реального времени с помощью EtherCAT — еще один пример того, как достигается стабильная и предсказуемая производительность в приложениях управления движением. EtherCAT преодолевает строгие физические ограничения централизованной связи на основе PCI-, которая требует быстрой связи между процессором машины и сервопроцессором при сохранении небольшого расстояния.
Джейсон Гергес объяснил в статье, опубликованной в журнале *Machine Design* в 2010 году:
Архитектура распределенного процессора на основе EtherCAT- обеспечивает высокую пропускную способность, синхронизацию и физическую гибкость, конкурируя с возможностями централизованного управления и одновременно предлагая преимущества распределенной сети.
Фактически, некоторые процессоры, использующие этот подход, могут управлять до 64 хорошо скоординированными осями,-включая контуры положения, скорости и тока, а также коммутацию-с частотой дискретизации и обновления 20 кГц.
3
Долгосрочная-жизнеспособность IIoT
С момента своего появления в качестве технологии локальной сети (LAN) Ethernet претерпел ряд изменений. Учитывая, что традиционные компоненты полевой шины в настоящее время производятся в небольших масштабах и что PCI рискует стать устаревшей архитектурой промышленного стандарта, Ethernet развился до такой степени, что теперь он полностью способен обслуживать промышленный Интернет вещей (IIoT) на основе IP-.
Предстоящие усовершенствования,-такие как-чувствительная ко времени сеть, которая улучшит IEEE 1588 и поддержит возможность конвергенции сетей-также делают Ethernet идеальным выбором для текущих и будущих приложений управления движением. Это не значит, что полевые шины и PCI исчезнут; скорее, по мере того, как индустрия автоматизации движется к IIoT, преимущества Ethernet будут продолжать расти.