高性能工业网络

控制工程对其系统集成和机器控制的订户进行了民意调查，通过电子邮件时事通讯收集有关高性能工业网络使用的信息，这些信息与毫秒范围内的更新同步(时间戳)，微秒抖动或更好。虽然许多通信网络服务于工业空间，但很少有协议有效地处理高性能离散应用，如CNC，机器人，高端包装和其他高速运动控制应用。

在受访者中，65%的人使用高性能的网络，35%的人没有，53%的人计划在未来12个月内购买一个。大约70名受访者目前正在使用或计划使用高速网络。他们被要求继续调查。

在使用高性能网络的用户中，EtherCAT是最受欢迎的，其次是“其他”(包括专有网络)、SERCOS、Ethernet Powerlink和Profinet IRT。结合SERCOS和SERCOS III协议的响应，使该网络家族成为最常用的一类。反应的范围是多种多样的;其他和专有排名较高。(见图表)。

在40个受访者中，高速网络及相关基础设施、电线电缆、I/O设备、兼容传感器、逻辑和执行器的投资约为190万美元，每个人都超过47,000美元(使用每个范围的中点)。大多数受访者还在其他类型的工业网络上投资;近30%的受访者表示，这一支出占相关预算的75%。

在应用方面，近45%的受访者在物料搬运设备(输送机、输送线、电梯和起重机)中使用高性能网络。机器人、计算机数控、包装机等应用也广泛使用这种网络。

为什么?速度、拓扑、确定性是选择高性能网络协议的主要原因。不出所料，性能问题在前4个原因中占3个，在前10个原因中占5个。吞吐量、易于配置、实现成本、有限抖动以及主设备和/或从设备(I/O、驱动器)的可用性是超过25%的受访者选择的其他属性。

对网络协议选择影响最大的是内部员工，占33%，其次是相关软硬件供应商，占23%，其次是客户，占12%。

受访者提供了关于高性能网络协议的书面建议:

• 机器运行的控制系统plc需要支持高性能网络，这是我们计划实施新网络的唯一途径。
• 国际标准提供开放的、非专有的协议。
• 寻找速度、健壮性、低硬件成本、坚固性和可靠性，并确保它得到供应商的良好支持。
• 大量的市场营销模糊了协议选择的图景。做好你的家庭作业;找到适合你需要的。
• 远离那些难以与MES和ERP系统集成的专有接口和其他接口
• 同步设备之间的通信，并与控制逻辑执行调度/同步，以避免循环中的异步元素。对于过程控制，我们需要本质安全，基金会现场总线提供了这一点。
• 在我应用和使用工业网络的24年里，EtherCAT是迄今为止我有幸应用的性能最高、最具成本效益的网络(实时或其他)。
• 我们使用罗克韦尔自动化提供所有自动化，以简化我们全球制造工程师的培训。也许不是每个部分都是最好的，支持来自一个供应商。
• 许多网络产生了无法解释的噪声问题(电磁干扰，EMI)。

EtherCAT
Joey Stubbs, PE, PMP, EtherCAT Technology Group:理想的“高性能网络”将一个网络代表一个完整吗解决方案的I/O，驱动器，编码器，和数据采集功能。这是传统的替代品，多网络解决方案-一个网络一个用于移动，一个用于I/O，很可能还有另一个完全不同的数据采集系统。EtherCAT，下一代工业以太网系统，结合了最好的属性所有这些专用网络和更多成为一个通用的高性能网络。成功的三个关键因素的EtherCAT是分布式时钟，时间戳和过采样:

1)分布式时钟交付64位时钟同步的EtherCAT网络，不需要一个特殊的主卡与同步脉冲。

2)时间戳:消息接收时间戳信息的基础上，一个转换发生在外地，没有额外的硬件或软件在从设备上。EtherCAT从控制器(ESC)与其分布式时钟(DC)相结合，具有锁存功能，当现场发生事件时，可以以10纳秒(ns)的分辨率注册并报告给主控制器。对于输出，转换输出的命令可以使用相同的10ns分辨率。这有助于记录在传统plc的周期扫描之间发生的事件，而无需在从设备中进行任何额外的处理要求。

3)过采样:低成本ESC支持从属中断作为分布式时钟的功能，允许在主周期扫描内对输入信号进行数百或数千次过采样。www.ethercat.org

serco
Ronald Larsen, SERCOS North的总经理美国:SERCOS I和SERCOS II是第一个高速实时总线，具有丰富的命令集，抖动小于1微秒，机制到确保确定性和光纤传输。已经交付了超过250万个节点。sercoIII使用工业以太网作为传输中等，保留低抖动，高确定性以及丰富的SERCOS I和SERCOS II命令集。

SERCOS III使用软件运行速度为100mb /s加载到标准FPGA或多协议具有主从通信的控制器通过环形或线路拓扑和多达511个设备每段。不需要交换机或集线器。而不是每个命令使用一个以太网帧数据电报就像一些竞争的公共汽车，SERCOS III有效地打包了多个实时数据电报到一个单一的以太网帧，最大化带宽使用，用于更高的数据吞吐量。SERCOS III包括一个非实时通道用于通信的标准以太网设备SERCOS主从设置，诊断和生产报告。

与一些竞争激烈的总线不同，SERCOS III允许在任何时间进行这种通信，而不仅仅是在实时运行期间。SERCOS III提供控制器到控制器的交叉通信。此外，从属设备可以在没有主设备干预的情况下直接通信，甚至可以在多个环上通信。在电缆断裂或设备故障的情况下，该系统还可以在25微秒或更短的时间内实现无颠簸恢复。允许实时操作继续进行。SERCOS III产品指南可用。www.sercos.com

以太网Powerlink
以太网Powerlink标准化组:Ethernet Powerlink集成特性以及以太网，CANopen，还有一个实时开发的堆栈数据通信。Powerlink保持非常接近以太网标准，不像一些相互竞争的协议。通过保留原有的以太网特性，它减少了工业部署成本。

CANopen,广泛使用的健壮且经过验证的协议整个自动化，简化设置Up网络因其用途广泛。的以太网Powerlink标准化组(EPSG)开发了Powerlink堆栈，它为协议。www.ethernet-powerlink.org

开放PLC网络
日本电器制造商协会(JEMA): FL-net (OPCN-2)包括控制器的标准规格级FA网络由制造科学与技术中心，实现了一个通信可编程控制器之间的网络;数控(NC)和机器人多厂商控制器。

https://www.jema-net.or.jp/Japanese/hyojun/opcn_e/opcn05.htm

Profinet红外热成像
卡尔·亨宁，Profibus公司专利商标局副局长和北美Profinet，上面写着有很多因素需要考虑吗选择高精度网络:速度、确定性、可用性、支持和学习曲线。这里列出的所有网络对于速度和确定性来说都是足够的。Profinet已用于运动控制超过五年，是经过充分证明，因此，广泛使用。由于Profinet是由一个全球性组织支持的，因此在每个大洲都有经过认证的能力中心、培训中心和测试实验室。

其他工业以太网没有能力中心的概念，更不用说认证中心了。由于Profinet的高性能方面是Profinet的一部分，因此相同的网络可以用于常规I/O，运动控制，机器对机器集成，垂直集成和功能安全。甚至网络的高性能部分也对TCP/ IP等标准通信开放。无线连接是可能的，并支持无颠簸冗余。

www.profinet.com

CC-Link IE现场组网
Chuck Lukasik，董事，CC-Link合伙人协会:CC-Link IE(工业以太网)现场网络每秒使用1千兆比特传输和实时协议用于控制远程I/O现场设备，基本上没有传输延迟。它提供确定性的数据交换，而不需要以太网交换机。确定性是通过使用令牌传递技术来保证的。Cat5E线缆和RJ45连接器是物理介质。化工即字段提供“循环”和“瞬态”数据交换的方法。循环传输提供实时、透明的服务向所有站点提供数据传送服务。一个配置的“公共内存”模型建立几个简单的参数设置网络的确定性数据交换。

特定的数据传送定时可以一个网络前要精确计算是委托。瞬态消息是启动“点播”从一个特定的站它们可以被发送给一个或多个网络电台和这些电台都可以响应暂态数据请求。CC-Link IE Field分配瞬态模式带宽使循环通信仍然是确定的;100mb以太网设备可以连接到这个千兆比特通过以太网适配器连接网络。无缝的来自现场设备的通信到控制器和控制器之间提供一体化控制网络。

www.cc-linkamerica.org

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-马克·t·霍斯克控制工程内容管理器,www.globalelove.com

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