以太網是工業應用中日益重要的網絡

在運動控制方面，以太網、現場總線和其他技術（如外圍組件互連）歷來相互競爭，以處理工業自動化和控制系統中一些最苛刻的工作負載。運動控制應用需要確定性（保證網絡將工作負載按時到達其預期節點），這是確保位置保持所必需的，這反過來又會停止驅動器的精度和適當的加速/減速，以及其他任務。

標準 IEEE 802.3 以太網在這方面從未達到標準。即使CSMA/CD數據鏈路層由于全雙工交換和隔離沖突域而變得過時，它也缺乏可預測性。此外，典型堆棧中較高的 TCP/IP 復雜性并未針對實時流量的可靠交付進行優化。因此，現場總線以及帶有基于 ASIC 的 PCI 卡的面向 PC 的控制架構一直是運動控制的流行解決方案。

從EtherNet/IP到EtherCAT的以太網解決方案以自己獨特的方式解決了這些缺點。盡管如此，工業以太網在運動控制中遠非占主導地位，盡管它與替代方案相比具有其他一些優勢。讓我們來看看為什么它可以而且應該在未來幾年的競爭中占據一席之地的三個原因。??

1. 趨同而不是復雜性

隨著時間的推移，企業IT和工廠車間之間的互連不斷增加，導致復雜的系統經常將標準以太網和工業以太網與現場總線混合在一起。例如，計算機可能利用：

用于與伺服系統通信的 SERCOS1

用于聯網變頻驅動器的 PROFIBUS?

用于故障安全現場總線通信的 SafetyBUS p

用于連接傳感器的設備網絡

以太網，通過網關訪問，用于向最終用戶發送數據

這樣的網絡很復雜，設置和維護成本也很高。每個協議都需要自己的實施過程、安裝程序和培訓。相比之下，以太網提供了將用于運動、安全等的不同網絡融合到經濟高效的基礎設施上的可能性，這些基礎設施相對容易布線，得到供應商的廣泛支持，并且面向未來。

以太網提供了融合不同網絡的可能性。

EtherNet/IP 協議舉例說明了融合在實踐中是如何工作的。集成的交換系統通過使用標準以太網技術（如 TCP/IP 和 UDP/IP）以及用于實現分布式時鐘的 IEEE 1588 精確時間協議同步的 CIP Sync 等功能，可以適應商業和工業應用。2

2. 運動控制應用的確定性

運動控制依賴于精確的通信。這種精度得到了基于時隙的調度的支持，其中每個設備都有一個與其他設備通信的時間表。當這些伺服驅動器和控制器計算出各自的時序時，會計算控制功能的 ΔT 值。但是，如果數據傳輸變得不可預測，則可能會被拋棄，因此需要確定性來確保循環穩定性。

以太網可以支持工廠中要求苛刻的運動控制應用

IEEE 1588 在 EtherNet/IP 中的實施，在某些情況下通過直接安裝在英特爾芯片上的加速器電路，只是以太網解決方案用于實施確定性的一種常見機制。EtherCAT的動態處理是運動控制應用如何實現始終如一的可預測性能的另一個例子。EtherCAT超越了基于PCI的集中式通信的嚴格物理限制，雖然速度很快，但機器處理單元和伺服處理器之間的距離仍然很短。?

“基于 EtherCAT 的分布式處理器架構具有帶寬、同步和物理靈活性，可與集中控制的強大功能以及分布式網絡的優勢相匹配，”3Jason Goerges在2010年為Machine Design撰寫的一篇文章中解釋道。“事實上，一些使用這種方法的處理器可以控制多達64個高度協調的軸，采樣和更新速率為20 kHz，包括位置、速度和電流環路，以及換向。

3. IIoT 的長期可行性

以太網自作為 LAN 技術開始以來已經經歷了許多排列。雖然傳統的現場總線組件目前以小規模制造，PCI風險正在走向過時的行業標準架構，但以太網繼續發展，現在處于有利地位，可以為以IP為中心的工業物聯網提供服務。

即將進行的改進，如時間敏感網絡，將完善IEEE 1588并增強網絡融合的可能性，也使以太網成為現在和未來運動控制的合理選擇。這并不是說現場總線和PCI將會消失，只是隨著自動化行業向IIoT邁進，以太網的優勢將繼續增加。

審核編輯：郭婷