Ethernet blir en stadig viktigere nettverksteknologi i industrielle applikasjoner.
Innenfor bevegelseskontroll har Ethernet, feltbuss og andre teknologier-som Peripheral Component Interconnect (PCI)-historisk konkurrert om å håndtere noen av de mest krevende arbeidsbelastningene innen industriell automatisering og kontrollsystemer. Bevegelseskontrollapplikasjoner krever determinisme-garantien for at nettverket vil levere arbeidsbelastninger til utpekte noder på en rettidig måte-som er avgjørende for å sikre posisjonshold, som igjen sikrer presise førerstopp, riktig akselerasjon/retardasjon og andre oppgaver.
Standard IEEE 802.3 Ethernet har aldri oppfylt disse kravene. Selv om full-duplekssvitsjing og isolerte kollisjonsdomener har erstattet det utdaterte CSMA/CD-datalinklaget, mangler protokollen fortsatt forutsigbarhet. Videre er den høye kompleksiteten til TCP/IP i en typisk stabel ikke optimalisert for pålitelig overføring av sanntids-trafikk. Feltbusser og PC-baserte kontrollarkitekturer med ASIC-baserte PCI-kort har derfor lenge vært vanlige løsninger for bevegelseskontroll.
Ethernet-løsninger, som spenner fra EtherNet/IP® til EtherCAT®, overvinner disse manglene på sine egne unike måter. Selv om Industrial Ethernet tilbyr flere andre fordeler fremfor alternative teknologier, er det fortsatt langt fra å dominere markedet for bevegelseskontroll. La oss undersøke tre grunner til at det kan-og vil-vinne økende aksept i de kommende årene.
1
Konvergens i stedet for økt kompleksitet
Over tid har den økende sammenkoblingen mellom bedrifts-IT og fabrikkgulvet ført til mer komplekse systemer, ofte med en blanding av standard Ethernet, industriell Ethernet og feltbussteknologier. En maskin kan for eksempel bruke:
Slike nettverk er komplekse, og de er dyre å sette opp og vedlikeholde. Hver protokoll krever sine egne implementeringsprosedyrer, installasjonspersonell og opplæring. I motsetning til dette gir Ethernet muligheten til å konvergere forskjellige nettverk-som de for bevegelseskontroll og sikkerhet-til en kostnadseffektiv-infrastruktur som er enklere å koble, støttet bredt av leverandører og som kan tilpasses fremtidige krav.
Ethernet gir mulighet for å konvergere forskjellige nettverk.
EtherNet/IP-protokollen eksemplifiserer hvordan konvergens kan utnyttes fullt ut i praksis. Ved å bruke standard Ethernet-teknologier som TCP/IP og UDP/IP, supplert med funksjoner som CIP Sync (for å oppnå presis tidsprotokollsynkronisering via den IEEE 1588 distribuerte klokken), kan integrerte svitsjede systemer romme både kommersielle og industrielle applikasjoner samtidig.
2
Determinisme for bevegelseskontrollapplikasjoner
Bevegelseskontroll er avhengig av presis kommunikasjon. Denne presisjonen støttes av tids-spor-basert planlegging, der hver enhet har en tidsplan innenfor planleggingspolicyen for kommunikasjon med andre enheter. Disse servodrevene og kontrollerene beregner sin respektive timing, hvorfra ∆T-verdien til kontrollfunksjonen kan utledes. Men hvis dataoverføringen blir uforutsigbar, kan resultatene gå tapt; derfor kreves determinisme for å sikre løkkestabilitet.
Ethernet er i stand til å støtte krevende bevegelseskontrollapplikasjoner på fabrikken.
I noen tilfeller er implementering av IEEE 1588 i EtherNet/IP gjennom akseleratorkretser direkte integrert i Intel®-brikker bare en vanlig mekanisme som Ethernet-løsninger fremtvinger determinisme med. EtherCATs høyhastighets-sanntids-behandling er et annet eksempel på hvor konsistent, forutsigbar ytelse oppnås i bevegelseskontrollapplikasjoner. EtherCAT overvinner de strenge fysiske begrensningene til PCI-basert sentralisert kommunikasjon, som krever rask kommunikasjon mellom maskinbehandlingsenheten og servoprosessoren samtidig som det er kort avstand.
Jason Goerges forklarte i en artikkel publisert i *Machine Design* i 2010:
Den EtherCAT-baserte distribuerte prosessorarkitekturen tilbyr høy båndbredde, synkronisering og fysisk fleksibilitet, og konkurrerer med mulighetene til sentralisert kontroll samtidig som den tilbyr fordelene til et distribuert nettverk.
Faktisk kan noen prosessorer som bruker denne tilnærmingen kontrollere opptil 64 svært koordinerte akser-inkludert posisjon, hastighet og strømsløyfer samt kommutering-ved samplings- og oppdateringshastigheter på 20 kHz.
3
Langsiktig-levedyktighet for IIoT
Siden starten som en lokalnettverksteknologi (LAN) har Ethernet gjennomgått en rekke utviklinger. Gitt at tradisjonelle feltbusskomponenter for tiden produseres i liten skala og at PCI risikerer å bli en foreldet industriell standardarkitektur, har Ethernet utviklet seg til et punkt hvor det nå er fullt i stand til å betjene det IP-baserte Industrial Internet of Things (IIoT).
Kommende forbedringer-som tids-sensitive nettverk, som vil avgrense IEEE 1588 og støtte muligheten for nettverkskonvergens-gjør også Ethernet til et ideelt valg for nåværende og fremtidige bevegelseskontrollapplikasjoner. Det er ikke dermed sagt at feltbusser og PCI vil forsvinne; I stedet for, ettersom automatiseringsindustrien beveger seg mot IIoT, vil fordelene med Ethernet fortsette å vokse.