资讯详情

各种工业以太网技术浅析

工厂设备及高性能IT工业物联网的系统集成和需求驱动促进了工业以太网的增长。在实时工业以太网中,EPA、 EtherCAT、 RTEX、Ethernet Powerlink、PROFINET、Ethernet/IP、SERCOS III是主要的竞争对手。简单比较一下。

111

Ethernet/IP是2000年3月由Control Net International和ODVA( Open DevicenetVendors Association联合开发的工业以太网标准。

Ethernet/IP实现实时性的方法是TCP/IP实时数据交换和运行实时应用增加在层上CIP协议(Common Industrial Protocol )。

Ethernet/IP标准以太网技术用于物理层和数据链路层,网络层和传输层IP协议和TCP、 UDP协议传输数据。UDP它是一种非面向连接的协议,可以在单播和多播中工作,只提供在设备间发送数据报告的能力。对时性很高I/O使用数据、运动控制数据和功能行安全数据UDP/IP协议发送。而TCP是一种可靠的、面向连接的协议。对于实时要求不高的数据(如参数设置、组态和诊断等)。TCP/IP协议发送。

Ethernet/IP采用生产者/消费者数据交换模式。生产者向网络发送具有唯一标识符的数据包。消费者根据需要通过标识符从网络中接收所需数据。这样,数据源只需一次性将数据传输到互联网上,其他节点有选择地接收数据,从而提高通信效率。

Ethernet/IP是在CIP在本协议的控制下,实现非实时数据和实时数据的传输。CIP工业设备端到端面向对象的协议,独立于物理层和数据链路层,使不同供应商提供的设备能够很好地互动。此外,为了获得更好的时钟同步性能,2003年ODVA将 IEEE15888引入Ethernet/IP,并制定了CIPsync标准以提高Ethernet/IP时钟同步精度。

EPA在863计划的支持下,由浙江大学、清华大学、浙江中央控制技术公司、大连理工大学、中国科学院自动化研究所等单位共同制定。它是实时以太网标准,用于工业测量和控制系统。

EPA实现实时性的方法是ISO/IEC8802.在协议规定的数据链路层增加了一个EPA-CSME ( communication scheduling management entity,通信管理实体)。

增加EPA-CSME,EPA-CSME它支持两种通信调度方式:非实时通信CSMA/CD非实时数据直接在通信机制中DLE层和DLS-Use:不进行任何缓冲和处理,实时使用确定性调度,EPA将DLS-User根据控制顺序和优先级传输数据DLE,然后经过PHY发送出去,避免了网络报纸的碰撞。

另外,EPA为了避免冲突,网络将控制网络分为几个由网桥隔离的控制区域。每个微网段的通信都不会相互干扰。不同微网段设备的通信需要通过网桥转发来实现。这严格监控了网络中的任何报纸,避免了广播风暴。

目前,浙江大学等一些公司已经开发了各种产品EPA包括基础在内的产品EPA基于的控制系统EPA基于变送器、执行器、远程分散控制站、数据采集器、现场控制器、无纸记录仪。EPA的分布式网络控制系统己在工厂得到成功应用。

Ethernet Powerlink(简称EPL)是由奥地利B&R(贝加莱)公司于2001年开发的实时以太网解决方案。2003年,由全球自动化和驱动行业龙头公司成立EPSGC EthernetPowerlink标准化组织,规范和加强Powerlink技术。

实现实时方法

EPL标准是在CANopen它是在基础上发展起来的。实现实时性的方法是正确的TCP/IP协议栈实时扩展,引入SCNM ( slotcommunication network management,消除时间槽通信网络管理的机制C SMA/CD不确定性。

SCNM原理是网络按固定周期通信。每个周期分为三个时间槽:同步时间槽、异步时间槽和空闲时间槽。在同步时间槽中传输实时要求严格的数据。在异步时间槽中传输时间不严格的数据。根据网络中通信节点的数量,将三个时间槽分为不同的子时间槽。这保证了实时数据的实时传输,消除了网络冲突。

PROFINET是由PI (Profibus International)组织提出的工业以太网标准。从2004年4月开始,PI与InterbusClub ( Interbus总线俱乐部)负责合作开发和制定PROFINET相关标准。PROFIBUS技术和INTERBUS该技术可在整个控制系统中无缝集成。

现在PROFINET有三个版本,能够实现3种类型的通信:TCP/IP标准通信和两种实时通信。在这些版本中,PROFINET提出了对IEEE802.1 D和IEEE同时,根据不同的实时要求,采用不同的实时通道技术。

PROFINET使用提供的标准通道TCP/IP该协议用于传输设备参数、组态和诊断数据。两个实时通道:实时通道RT和实时通道IRT。

实时通道RT是一种软实时(softwarereal time)一般响应时间为方案lOms,信号和报警信号灯主要用于工厂自动化领域的工艺数据高性能循环传输和事件控制。

实时通道IRT(IsochronousReal-time)使用专用ASIC芯片分析了数据帧,从而缩短了处理时间。该方案特别适用于高性能传输和过程数据的同步传输 速时钟同步运动控制领域。

另外,根据应用对象的不同,PROFINET有两种组网方式:PROFINETIO和PROFINET CBA。

SERCOS ( Serial Real Time CommunicationSystem,串行实时通信系统诞生于1989年,1995年成为国际标准IEC61491 }26}。到目前为止,SERCOS我经历了三代人的发展:SERCOS I, SERCOS II, SERCOSIII,其中SERCOSI和SERCOS II统称为SERCOS 。SERCO S III是SERCOS工业以太网结合了成熟的通信机制和产品 SERCOS以太网的实时特性。相对于SERCOS, SERCOS III有:

基于工业以太网,数据传输率高达1OOMbit/s;

能达到标准的TCP/IP通信;

能够使用CATSE 双绞铜缆及光纤通信;

线型和环型拓扑结构;

支持从站与从站之间的支持jiāo叉通信;

支持从站热插拔;支持与安全相关的数据传输;

向下与以前兼容SERCO S总线协议。

实现实时方法

SERCOSS III采用TDMA(时间多路复用)通信机制实现以太网的实时性和确定性。它可以使用线性或环形拓扑结构和驱动器I/O连接设备和传感器,但不支持星形结构。

RTEX早在2004年就提出了松下为实现运动控制高速实时性而独立开发的高端总线技术。为运动控制量身定制的高端实时运动控制总线,RTEX经过多年的打磨,总线已经形成了运动控制器、伺服、步进、远程IO、变频器的整体运动控制系统生态系统以其高速、高精度、高抗干扰性、高性价比、简单可靠性、易于开发的特点,为各行各业的用户创造了巨大的价值。

高速高精度:RTEX通过绝对值位置指令、指令更新周期、参数可选、单位距离内指令点数增加、高达4Gpulse的指令传输速率,实现了高速与高精完美的统一;

抗干扰短的数据帧、数据帧冗余、数据帧修复功能、环形拓扑结构等特点,RTEX充分保证通信网络的抗躁性,防止设备因通信干扰而停机;

高实时性、同步性:RTEX总线最小通信周期可达125us,在百微秒级的同步控制周期内,指令能够被及时有效地发送到系统内的各个轴上,保证每个轴都有一致、精确的实时性和同步性;

低开发难度:RTEX芯片解决方案提供丰富的运动控制算法和功能模块,内置数据帧修复等特殊功能,开发难度低,开发周期大大缩短,辅助功能开发和产品升级快速实现;

设备预诊断的实施:RTEX通过数据收集和分析,设备可以更快地诊断和维护总线的数据通信模式,并对设备故障进行预诊断。

EtherCAT德国倍福(Beckhoff)2003年公司提出的实时工业以太网技术。为全球自动化人员和产品供应商提供服务EtherCAT2003年底,技术支持ETG (EtherCAT Technology Group)组织成立。到目前为止,该组织是世界上最大的工业以太网组织,拥有2705名会员和越来越多的成员。由此可见EtherCAT技术在工控领域的地位和作用将越来越重要。经过几年的发展,EtherCAT经过广泛认可,现在自己 进入各种相关国际标准:IEC61158中Type12; IEC61784的CPF12;在IEC61800中,EtherCAT支持CANopen DS402和SERCO S规范;在IS015745中,EtherCAT支持DS301。

1.完全符合以太网标准:可应用于普通以太网相关技术EtherCAT网络中。EtherCAT该设备可与其他以太网设备共存在同一网络中。普通以太网卡和交换机路由器等标准组件都可以在EtherCAT中使用。

2.支持多种拓扑结构:线型、星型、树型:可以使用普通以太网使用的电缆或光缆。当使用1OOBase-TX电缆时允许两个设备之间的通信距离达100m。当使用100BASE-FX模式,使用两对光纤在全双工模式下,单模光纤能够达到40千米的传输距离,多模光纤能够达到2千米的传输距离。EtherCAT还能够使用Beckhoff公司自己设计的低压差分信号LUDS ( Low VoltageDifferential Signaling,低压差分信号)线来低延时地通信,通信距离能够达到10米。

3.广泛的适用性:任何带有普通以太网控制器的设备都有条件作为EtherCAT主站,比如嵌入式系统、普通的PC机、控制板卡等。

4.高效率、刷新周期短:EtherCAT从站对数据帧的读取、解析、过程数据的提取与插入完全由硬件来实现,这使得数据帧的处理不受CPU的性能、软件的实现方式等影响,时间延迟极小、实时性很高。同时EtherCAT可以达到小于100us的数据刷新周期。

5.能够压缩大量设备数据:EtherCAT以太网帧中能够压缩大量的设备数据,这使得EtherCAT网络有效数据率可达到90%以上。据官方测试1000个I/O更新时间仅仅30us,其中还包括I/O周期时间。而容纳1486个字节(相当于12000个I/O)的单个以太网帧的刷新时间紧紧300us。

6.同步性能很好:EtherCAT使用高分辨率的分布式时钟使各从站节点间的同步精度能够远小于lus。

7.无须从属子网:很复杂的节点或只有一两位的数字I/O都能被用作EtherCAT从站。

8.多种应用层协议接口:EtherCAT拥有多种应用层协议接口来支持多种工业设备行规:CoE ( CANopen over EtherCAT)用来支持CANopen协议,SOE (SERCOE over EtherCAT)用来支持SERCOE 协议,EOE ( Ethernetover EtherCAT)用来支持普通的以太网协议,FOE( File over EtherCAT)用于上传和下载固件程序或文件;AOE (ADS overEtherCAT)用于主从站之间非周期的数据访问服务。对多种行规的支持使得用户和设备制造商很容易从现场总线向EtherCAT转换。

 

 

标签: 安全传感器etg1

锐单商城拥有海量元器件数据手册IC替代型号,打造 电子元器件IC百科大全!

 锐单商城 - 一站式电子元器件采购平台  

 深圳锐单电子有限公司