以太網(wǎng)正成為工業(yè)應用中日益重要的網(wǎng)絡(luò )。

就運動(dòng)控制而言，以太網(wǎng)、現場(chǎng)總線(xiàn)以及其他技術(shù)（如外圍組件互連）歷來(lái)都是相互競爭的，用以在工業(yè)自動(dòng)化和控制系統中獲得對一些最苛刻要求的工作負載的處理權限。運動(dòng)控制應用要求確定性（保證網(wǎng)絡(luò )能夠及時(shí)將工作負載傳送至預定的節點(diǎn)），這是確保位置保持所必需的，這進(jìn)而又將確保驅動(dòng)器的精確停止、適當的加速/減速以及其他任務(wù)。

標準的 IEEE 802.3 以太網(wǎng)從未達到這方面的要求。即使全雙工交換和隔離沖突域淘汰了過(guò)時(shí)的 CSMA/CD 數據鏈路層，但它還是缺乏可預測性。此外CONTROL ENGINEERING  China版權所有，典型堆棧中的 TCP/IP 的高度復雜性并未針對實(shí)時(shí)流量的可靠傳送進(jìn)行優(yōu)化。因此，現場(chǎng)總線(xiàn)以及帶有基于 ASIC 的 PCI 卡的 PC 控制架構一直是常見(jiàn)的運動(dòng)控制解決方案。

從 EtherNet/IP 到 EtherCAT 等以太網(wǎng)解決方案以其獨特的方式克服了這些缺點(diǎn)。盡管工業(yè)以太網(wǎng)相較于別的替代技術(shù)還有一些其它優(yōu)勢，然而它在運動(dòng)控制中還遠沒(méi)有占到主導地位。我們來(lái)看看它能夠并且將會(huì )在未來(lái)幾年的競爭中越來(lái)越被接受的三個(gè)原因。

1 融合而不是增加復雜性

隨著(zhù)時(shí)間的推移，企業(yè) IT 與工廠(chǎng)之間的互聯(lián)不斷增加，導致了系統更復雜，往往將標準以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)混合使用。例如，機器可能會(huì )利用：

適用于與伺服器進(jìn)行通信的 SERCOS1； 

適用于聯(lián)網(wǎng)變頻驅動(dòng)器的 PROFIBUS?； 

適用于故障安全現場(chǎng)總線(xiàn)通信的 SafetyBUS p； 

適用于連接至傳感器的 DeviceNet； 

適用于向最終用戶(hù)發(fā)送數據、通過(guò)網(wǎng)關(guān)訪(fǎng)問(wèn)的以太網(wǎng)。

這樣的網(wǎng)絡(luò )很復雜，而且它的建立和維護也很昂貴。每個(gè)協(xié)議都需要各自的實(shí)施程序、安裝人員和培訓。相比之下，以太網(wǎng)提供了將適用于運動(dòng)、安全等的不同網(wǎng)絡(luò )融合到經(jīng)濟高效的基礎架構上的可能性www.cechina.cn，該架構布線(xiàn)更容易，獲得供應商的廣泛支持，并能適應未來(lái)要求。

以太網(wǎng)提供了不同網(wǎng)絡(luò )融合的可能性 。

EtherNet/IP 協(xié)議體現了如何在實(shí)踐中充分發(fā)揮融合的作用。通過(guò)使用 TCP/IP 和 UDP/IP 等標準以太網(wǎng)技術(shù)、輔以 CIP Sync（用于實(shí)現分布式時(shí)鐘 IEEE 1588 精確時(shí)間協(xié)議同步）等特性，集成的交換式系統可以同時(shí)適應商業(yè)和工業(yè)應用。

2 確定性適用于運動(dòng)控制應用

運動(dòng)控制依賴(lài)于精確通信。這種精確性通過(guò)使用基于時(shí)隙的調度來(lái)支持，每個(gè)設備在調度策略中都有一個(gè)與其它設備進(jìn)行通信的調度表。這些伺服驅動(dòng)器和控制器計算出它們各自的時(shí)序，由此可計算出控制函數的?T值。但是，如果數據傳輸變得無(wú)法預測，則可能會(huì )丟失結果控制工程網(wǎng)版權所有，因此需要確定性來(lái)確保環(huán)路的穩定性。

以太網(wǎng)能夠支持工廠(chǎng)中苛刻的運動(dòng)控制應用。

在某些情況下，通過(guò)直接集成于英特爾?芯片內的加速器電路在 EtherNet/IP 中實(shí)施 IEEE 1588，只是以太網(wǎng)解決方案用于強制確定性的一種常見(jiàn)機制。EtherCAT 的高速實(shí)時(shí)處理是運動(dòng)控制應用中如何實(shí)現始終如一的預測性能的另一個(gè)示例。EtherCAT 突破了基于 PCI 的集中式通信的嚴格物理限制，即要求機器處理單元和伺服處理器之間可快速通信但需要保持短距離。

Jason Goerges 在發(fā)表于2010年Machine Design的一篇文章中解釋道：

基于 EtherCAT 的分布式處理器架構具備寬帶寬、同步性和物理靈活性，可與集中式控制的功能相媲美并兼具分布式網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢。

事實(shí)上，一些采用這種方式的處理器可以控制多達64個(gè)高度協(xié)調的軸（包括位置、速度和電流環(huán)以及換向），采樣速率和更新速率為 20 kHz。

3 面向IIoT的長(cháng)期可行性

以太網(wǎng)自作為一種局域網(wǎng)技術(shù)問(wèn)世以來(lái)www.cechina.cn，已經(jīng)過(guò)一系列發(fā)展。鑒于傳統現場(chǎng)總線(xiàn)組件目前的制造規模較小控制工程網(wǎng)版權所有，而 PCI 正面臨逐漸成為過(guò)時(shí)的工業(yè)標準架構的風(fēng)險，以太網(wǎng)經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，現已完全有能力為以IP為核心的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供服務(wù)。

即將到來(lái)的改進(jìn)（如時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò )將完善 IEEE 1588 并支持網(wǎng)絡(luò )融合的可能性）也使以太網(wǎng)成為當前和未來(lái)運動(dòng)控制的理想選擇。這并不是說(shuō)現場(chǎng)總線(xiàn)和 PCI 將會(huì )消亡，只是隨著(zhù)自動(dòng)化行業(yè)邁向 IIoT，以太網(wǎng)的優(yōu)勢將持續提升。

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