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EtherNet/IP – 唯一兼容于 IEEE 802.3标准和TCP/IP协议的高性能I/O及运动控制网络

来源:www.gkong.com2008.02.21阅读 13775

闭环驱动控制的数字网络

  虽然模拟量接口仍然在闭环驱动控制系统中广泛使用,但是运动控制网络已经成为当今高性能数字驱动器必备的通讯方式。与模拟量接口相比,运动控制网络具有以下优点:

·利用单一的网络介质代替多达18根以上的硬接线

·具有较强的抗电磁干扰能力

·通过网络,运动控制器可以直接对驱动器进行配置,避免采用其它单独的驱动器配置软件带来的不便

·在设备替换时,自动对驱动器进行配置

·为运动控制器提供全面、丰富的驱动器诊断和状态信息

·支持高分辨率、多转绝对位置反馈

·支持数字式、高分辨率控制命令

·支持驱动器位置、速度、转矩控制运行模式。其中控制工程网版权所有,位置模式可以实现高性能的分布式位置闭环控制

  二十世纪九十年代初期问世的SERCOS(串行光纤链路)是第一种被广泛采用的开放式运动控制网络(IEC/EN 61491)。SERCOS可以高性能、稳定地运行,支持超过500余种标准IDN功能(IDN=识别号www.cechina.cn,用于访问对象和属性)。除了SERCOS之外,目前还出现了数种专门用于运动控制的网络。

运动控制网络的问题

  无论是SERCOS接口,还是其

它专用运动控制网络,都存在这样一个问题:它们对现场设备www.cechina.cn,例如I/O、变频器(VFD)、限位开关、接近传感器以及其它类似设备的支持非常有限,以至于多数应用项目都需要采用另外的现场设备网络,比如DeviceNet或者Profibus DP,从而弥补专用运动控制网络的不足。这样一来,多种网络的采用势必增加了系统配置和集成的复杂性,限制了系统的性能,增加了成本。

  在现场设备网络中增加闭环驱动控制功能也存在一定的问题。如果在同一网络中支持闭环驱动控制和其它现场设备,目前的现场总线网络通讯带宽和数据传输确定性很难达到平衡与妥协。

  最近,由于新技术的采用,以太网已经逐步开始在车间现场的控制系统中应用。EtherNet/IP是已经被广泛采用的车间现场设备以太网解决方案,现在EtherNet/IP扩展协议CIP Motion可用于支持闭环驱动控制。

基于以太网的闭环驱动控制

  虽然车间现场对以太网的认可,促成了基于以太网的闭环驱动控制解决方案的出现。表1中列出了部分解决方案:

表1: 基于以太网的闭环驱动控制解决方案

EtherNet/IP – 唯一兼容于 IEEE 802.3标准和TCP/IP协议的高性能I/O及运动控制网络如图

  在上述基于以太网的解决方案中,只有EtherNet/IP(CIP Motion)采用了标准的以太网技术,完全符合以太网标准控制工程网版权所有,包括IEEE 802.3标准和TCP/IP协议。其它解决方案只使用了部分以太网标准,因而并不完全符合以太网的要求。例如,它们虽然采用了IEEE 802.3标准指定的以太网物理层规范,但是将CSMA/CD数据链路层协议改为自己专有的时间排定机制,利用专用的ASIC芯片对数据流进行编码,或者采用多模式操作技术。

  由于缺乏对IEEE 802.3标准的全面支持,其它以太网解决方案可能存在下列问题:

·不能采用标准以太网设施——包括交换机、网关、路由器

·采用专门的ASIC芯片,迫使用户必须采用单一厂商提供的处理器

·不兼容标准的商用以太网设备、工具和服务

·限制了网络的拓扑结构和扩展

  ·采用基于时间排定的网络访问机制,增加了网络配置的复杂程度

EtherNet/IP概述

  EtherNet/IP于2001年问世,它是专门针对工业自动化应用的网络。与DeviceNet和ControlNet一样,EtherNet/IP采用通用工业协议(CIP)作为其应用层协议。目前,遍及全球的厂商生产超过1000种基于CIP协议的产品。CIP协议支持各种控制、配置和信息处理服务,包括显式报文(用于信息传输,灵活的报文交换)以及隐式报文(用于控制和实时I/O数据的传输),支持轮询、周期和状态改变数据传输触发机制,点对点单播和广播数据传输方式。

EtherNet/IP – 唯一兼容于 IEEE 802.3标准和TCP/IP协议的高性能I/O及运动控制网络如图

图 1: EtherNet/IP协议栈

  目前,负责支持和推广EtherNet/IP在工业自动化领域应用的相关组织有:ODVA开放设备网供应商协会、ControlNet International(CI)、IAONA工业自动化开放网络联盟和IEA工业以太网协会。

EtherNet/IP 与CIP Motion

  EtherNet/IP已经被广泛应用于工厂中CONTROL ENGINEERING China版权所有,控制着多种多样的现场设备。以前,虽然有众多支持EtherNet/IP网络的设备,但仍然没有支持EtherNet/IP网络的闭环驱动控制器。由于这种原因,在需要闭环驱动控制时,还要采用其它的网络。正如上文所述,用户并不希望这样,这种方式不仅增加了系统配置的复杂程度,降低了系统性能,还增加了成本。

  为了弥补这一不足,研发人员定义了新的CIP对象,专门用于高性能、闭环

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