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基于以太网的运动控制联网技术

作者:AL PRESHER, 特约编辑2004.10.01阅读 2095

  第三代SERCOS和PROFInet V3.0 IRT为基于以太网的运动控制联网提供解决方案。

  2003年初,当第三代SERCOS和PROFInet工作组为今后的运动控制联网技术提出解决方案时,他们建议采用以太网作为伺服驱动联网的基础,促使伺服驱动的性能明显地提升。这两个工作组都声称,对于高性能运动控制应用来说,标准的以太网技术可作为下一代版本的物理层——以及作为高性能运动控制应用的兼容协议。
  在2003年汉诺威博览会上,PROFIBUS国际组织(www.profibus.com)宣布,该组织在PROFInet 3.0 IRT版本基础上,开始为高动态运动控制应用开发一个高性能的实时解决方案,这个解决方案采用标准的以太网媒介,可兼容的协议以及能嵌入交换机和协议的ASIC(专用集成电路),从而保证实时性和确定性。
  同样在这次汉诺威博览会上, SERCOS 宣布,已开始开发下一代SERCOS(NGS)协议,以进一步改善SERCOS接口标准, 该协议将引入工业以太网技术。
  以太网应用于运动控制领域
  以太网在运动控制领域应用的最大优点是硬件、电缆投资成本低
,以及作为事实上的标准,而在培训、灵活性、被人熟悉程度等方面所拥有的好处。以太网在商务领域是标准网络,在几乎每家公司的所有PC上广泛应用。在制造业领域,以太网的应用也在增长,许多公司已经建立了维护与支持的基础设施以有效地配置与管理这些网络。
  以太网在运动控制领域应用的最大障碍是其如何克服在实时性能上天生的缺陷,保障确定性所需的额外硬件成本CONTROL ENGINEERING China版权所有,星型网络拓扑的局限性及特定的实施是否能提供互操作性的问题。FireWire(IEEE-1394)作为运动控制联网协议的基础www.cechina.cn,其拥护者已经设立IEEE-1394标准,内建确定性的FireWire标准芯片集支持实时应用。
  第三代SERCOS
  新的SERCOS标准由包含SERCOS组织各会员公司成员的不同的工作组开发。在2003年德国SPS/IPC/DRIVES展上CONTROL ENGINEERING China版权所有,其开发计划向业界公布,随后SERCOS组织还将致力于芯片级的技术开发。
  按照Bosch Rexroth公司Scott Hibbard的看法,“SERCOS的会员公司经过细致的市场调查,认为融合以太网和SERCOS的定时机制将导致一种鲁棒、耐用和成本有吸引力的运动控制联网技术。
  Hibbard指出,第三代SERCOS是采用以太网技术标准来扩展现有的SERCOS标准。所有节点(控制器、驱动器和I/O)不是连接到传统的环形拓扑结构上,就是连接到总线拓扑结构上。一个专用的、无冲突的实时通道用于硬实时通信,另一个附加的IP通道可以和实时通道并行地配置。Hibbard说,这两种通道都采用标准的以太网框架。一个专用的控制器芯片负责实时通道通信量和IP通道通信量之间的“切换”,并保证所有连接节点的硬同步。
  他补充说明,这种第三代技术保持所有已被证明有效的SERCOS机制,例如行之有效的协议,硬件同步以及独特的运动控制协议行规,主要的增强功能是用于传输异步数据的附加IP通道(维护、诊断等信息)以及网络节点之间直接通信(交叉通信)的可能性。
  一个附加的改进是定义冗余机制,当采用环形拓朴结构时,可实现这个机制。例如,一根电缆断开时,这种冗余机制为通信提供可选择的路径,从而“无扰动”地恢复通信功能。
  SERCOS的性能
  使用高效的SERCOS协议并结合高带宽的快速以太网,SERCOS工作组声称,运动控制网络的性能将是引人注目的。Hibbard指出,预期的性能是在一个单独的网络上最多可支持150个驱动器,其更新的速率为500微秒(取决于每个驱动器的数据量和配置的IP通道的规模)。Hibbard补充说,性能的提高有助于实现信号集中处理的多轴驱动方案(16个驱动器控制工程网版权所有,其更新的速率为62.5微秒)。
  SERCOS组织还声称,第三代SERCOS将是一个成本很低,但效率相当高的新技术,所需要只是一个专用集成电路芯片,以太网连接器以及布线。Hibbard指出,不需要任何附加的以太网部件如网桥、路由器或交换机(这些会显著地增加成本)就能实现硬实时性能,所有这些使第三代SERCOS即使对“低成本设备”亦是颇具吸引力的。
  SERCOS将继续支持光纤接线控制工程网版权所有,Hibbard说:“目前,SERCOS的优点之一是它有这样的能力:可以使控制驱动器运行的对干扰敏感的控制器不受电机产生的电磁干扰的影响。”
  根据Brian Casey(来自Rockwell Automation 公司Kinetx集成运动控制部门)的说法:“对运动控制而言,下一代SERCOS网络将采用CAT5级别

















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