工業(yè)以太網(wǎng)五大主流協(xié)議對(duì)比分析

?2000年初始發(fā)布，EtherNet/IP是一個(gè)開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它由艾倫-布拉德(羅克韋爾自動(dòng)化)和ODVA的開(kāi)發(fā)(開(kāi)放DeviceNet供應(yīng)商協(xié)會(huì))?！肮I(yè)以太網(wǎng)協(xié)議“本質(zhì)上是一個(gè)CIP(通用工業(yè)協(xié)議)-已被使用的ControlNet和DeviceNet上的以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。EtherNet/IP通常是在美國(guó)市場(chǎng)上得到非常好的應(yīng)用，主要是使用羅克韋爾控制系統(tǒng)。

?EtherCAT(以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù))Beckhoff自動(dòng)化。這項(xiàng)技術(shù)的所有用戶(hù)自動(dòng)成為EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)(ETG)的成員。它是如何工作？EtherCAT是基于集束幀方法：EtherCAT主站發(fā)送包含網(wǎng)絡(luò)所有從站數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包，這個(gè)幀按照順序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)，當(dāng)它到達(dá)最后一個(gè)幀，幀將被再次返回。當(dāng)它在一個(gè)方向上通過(guò)時(shí)節(jié)點(diǎn)處理幀中的數(shù)據(jù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)讀出數(shù)據(jù)并將響應(yīng)數(shù)據(jù)插入到幀中。為了支持100Mbit/s的波特率，必須使用專(zhuān)用的ASIC或基于FPGA的硬件來(lái)高速處理數(shù)據(jù)。因此，EtherCAT網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇偸菢?gòu)成一個(gè)邏輯環(huán)。一個(gè)EtherCAT幀結(jié)構(gòu)所有給每個(gè)節(jié)點(diǎn)的指令都被包含在一個(gè)EtherCAT數(shù)據(jù)報(bào)文的有效載荷區(qū)。每個(gè)EtherCAT幀由一個(gè)頭和幾個(gè)EtherCAT的命令構(gòu)成。每個(gè)命令包括它自己的頭，給節(jié)點(diǎn)的指令數(shù)據(jù)，及一個(gè)工作計(jì)數(shù)器。高達(dá)64KB的可配置地址空間來(lái)配置從站。尋址處理通過(guò)自動(dòng)遞增方式，即每個(gè)從站可以處理16位地址域，從站也可以在網(wǎng)絡(luò)初始階段以指派方式來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式的站點(diǎn)尋址。

?這是一個(gè)免費(fèi)提供的面向數(shù)字驅(qū)動(dòng)接口的實(shí)時(shí)通信標(biāo)準(zhǔn)，SERCOSIII不僅有特定的物理層連接的硬件架構(gòu)，同時(shí)SERCOS接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)和應(yīng)用規(guī)范的定義也是特定的。SERCOSIII是SERCOS的第三代，SERCOS于1985年被推向市場(chǎng)，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的遵循IEEE802.3的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，這個(gè)通信系統(tǒng)最初使用在基于運(yùn)動(dòng)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)，一個(gè)已注冊(cè)的協(xié)會(huì)：SERCOS國(guó)際協(xié)會(huì)，支持這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展并保持標(biāo)準(zhǔn)的一致性。

?用戶(hù)獨(dú)立是總體評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵因素，任何與品牌權(quán)益或?qū)＠嚓P(guān)的懸而未決的問(wèn)題都可能會(huì)限制用戶(hù)自己的開(kāi)發(fā)，這是決定是否使用系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵考量因素。今后會(huì)引發(fā)的法律問(wèn)題應(yīng)予以預(yù)先規(guī)避：這需要深入了解始創(chuàng)者與用戶(hù)組織的不同解決方案。PROFINET用戶(hù)組織PNO，拼寫(xiě)為PROFIBUSNutzerorganisatione.V.運(yùn)行一個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)管理合作項(xiàng)目并向成員傳遞信息及其它感興趣的內(nèi)容。PROFIBUS和PROFINET產(chǎn)品認(rèn)證中心隸屬于該機(jī)構(gòu)，并于1996年4月24日通過(guò)章程-定義其權(quán)利和義務(wù)，且開(kāi)放給所有成員公司、協(xié)會(huì)和機(jī)構(gòu)、那些對(duì)于PNO感興趣的設(shè)備供應(yīng)商、用戶(hù)、系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商或PROFIBUS及PROFINET網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商。POWERLINK-EPSG：EthernetPOWERLINK標(biāo)準(zhǔn)化組(EPSG)成立于2003年。

?不同的用戶(hù)組織哪個(gè)是合法的？誰(shuí)擁有這項(xiàng)技術(shù)？何種法律關(guān)系取決于綁定開(kāi)發(fā)者使用該項(xiàng)技術(shù)的授權(quán)機(jī)制，以下提供了一個(gè)就此問(wèn)題的概覽：1、實(shí)際性能較量：實(shí)際上，比較系統(tǒng)性能是件困難的事情，因?yàn)椴煌到y(tǒng)的特定性能存在差異，Ethernet/IP和PROFINETRT從開(kāi)始就被排除在外，因?yàn)?，這些系統(tǒng)僅僅適用于軟實(shí)時(shí)需求而設(shè)計(jì)，PROFINETIRT由于采用了不同的交換機(jī)，這導(dǎo)致了應(yīng)用架構(gòu)的復(fù)雜性，直接的比較與測(cè)量顯然不適合，下面的值是建立在公開(kāi)的計(jì)算機(jī)制上的：測(cè)試場(chǎng)景如下：1、小型機(jī)器：一個(gè)主站和33個(gè)I/O模塊(64模擬量和136數(shù)字量通道)2、I/O系統(tǒng)，一個(gè)主站，12個(gè)Ethernet從站帶有33個(gè)模塊(2000個(gè)數(shù)字量和500個(gè)模擬量通道)3、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，帶有24個(gè)伺服軸和1個(gè)I/O站，110數(shù)字量和30個(gè)模擬量。實(shí)際上，POWERLINK在大部分應(yīng)用是較之EtherCAT更快的，EtherCAT僅僅是為低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載而優(yōu)化的，對(duì)于重負(fù)載系統(tǒng)而言，EtherCAT環(huán)境下有著極不相稱(chēng)的循環(huán)周期提升，如果用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)分布式架構(gòu)(例如分布式運(yùn)動(dòng)控制)，Ether-CAT由于缺乏直接交叉通信而導(dǎo)致巨大的性能降低。

?實(shí)現(xiàn)成本包括開(kāi)發(fā)費(fèi)用、License費(fèi)用和硬件費(fèi)用，代碼可用性(程序或在硬件實(shí)現(xiàn)中的VHDL代碼)必須在這種情況中予以考慮。主站實(shí)現(xiàn)，從站實(shí)現(xiàn)：對(duì)于EtherCAT，SERCOSIII和PROFINETIRT，實(shí)現(xiàn)從站的總線(xiàn)協(xié)議需要使用硬件方案ASIC，對(duì)于POWERLINK，Ethernet/IP和PROFINETRT基于微處理的軟件方案可以使用，對(duì)于軟件方案而言，協(xié)議棧的License費(fèi)用需要考慮，可能其它額外的費(fèi)用例如使用更為強(qiáng)大的控制器，對(duì)于硬件方案，用戶(hù)可以使用FPGA或基于ASIC的通信接口，理論上，F(xiàn)PGA也可以被用于軟件方案。FPGA是一種集成電路，它允許開(kāi)發(fā)者自主配置他們的硬件。

運(yùn)行成本在很大程度上由維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)管理成本的費(fèi)用構(gòu)成。一些技術(shù)例如IPSync和PROFINETIRT非常復(fù)雜并且需要非常大的網(wǎng)絡(luò)管理成本，并且，使用交換機(jī)即需要網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗(yàn)，在很多情況下，需要一個(gè)本地的網(wǎng)絡(luò)工程師來(lái)調(diào)試和維護(hù)系統(tǒng)。同步技術(shù)的應(yīng)用在實(shí)時(shí)通信方案中扮演著關(guān)鍵角色，POWERLINK和SERCOSIII確保了通過(guò)主站管理機(jī)制下的高同步性及精確性，且極少因干擾而出錯(cuò)。PROFINETIRT&Ethernet/IPCIPSync依賴(lài)于IEEE1588兼容同步機(jī)制，這導(dǎo)致了非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理，尤其是設(shè)備必須隔離，因?yàn)橛布蜍浖?wèn)題將觸發(fā)同步錯(cuò)誤。

?集成安全技術(shù)的全球標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)高效率的通信，顯著地降低了布線(xiàn)成本，縮短了調(diào)試時(shí)間，實(shí)現(xiàn)卓越機(jī)器性能。憑借經(jīng)過(guò)認(rèn)證的安全技術(shù)，最大限度地提高生產(chǎn)力，并確保與客戶(hù)工業(yè)以太網(wǎng)解決方案相兼容。

來(lái)源：控制工程網(wǎng)