运动控制正转向以太网

到目前为止，从事机械设计的工程师们仍然需要对付一大堆的网络技术，其中可能有用于所有I/O（输入/输出）的一个或两个现场总线、一个用于所有其他目的的、具有自主知识产权的运动控制网络和以太网。但是，支持所有这些网络并不容易。这可能需要不同专业的人员实施网络规划和总线配置，整个系统要集成来自不同厂家的各类硬件，编写集成软件，可能还需要采购昂贵的专用设备和专用线缆。如果一种网络能够做所有这些工作，岂不是一件美事？

为了了解工业以太网究竟有多快，Beckhoff自动化公司推出了基于EtherCAT网络的eXtreme Fast Control（极速控制技术）系统，它能使整个系统的响应时间快至100 微秒。

这正是工业以太网的设计诉求。由于能够降低工厂自动化成本并且能与企业IT系统融洽兼容，在未来的几年中工业以太网将具有巨大的增长势头。ARC咨询集团高级分析师Harry Forbes在最近进行的一份研究中表明，工业以太网交换机和相关网络基础设施的市场在接下来的五年中将从2006年的2亿6千万美元上升至近10亿美元。

动这种增长的并不仅仅是IT行业的人们。“工程师们认为，如果能够转移到工业以太网，他们就可以在工厂里用从当地电子商店中购买的CAT5网线和网络设备连接任何东西了，” Bosch Rexroth传动与控制公司技术副总裁Scott Hibbard说，“这确实是自动化一种理想化的前景。”

直到最近，运动控制还一直不能接受这种观点。“要把以太网用于运动控制就必须让它做从来没有被设计要做的事情，” Hibbard说。正如当初的设想，以太网不能提供周期时间、确定性或需要用来实时闭合高性能伺服回路或快速更新复杂轨迹的服务质量。“Ethernet TCP/IP当初并不是用来让你进行运动控制的，”安川电机公司（Yaskawa Electric）电气工程师、技术开发总监Ed Nicolson博士说。

但是，在过去的七年中，工程师们开发出一些聪明方法可以让以太网络具有实时性能，这种实时性能不但适用于要求不是很高的I/O应用，而且也适用于复杂的运动控制作业。Forbes预测，基于以太网的运动控制前景非常光明。“即使不是大多数也会有很多运动控制应用最终会转移到工业以太网上。”

但是首先，工程师们必须从诸多竞争的工业以太网中找出哪个能够最好地满足他们的运动控制需求。由于宣称具有实时性能网络技术的数量众多，这并不是一件容易的事。目前，在实时以太网网站上就罗列了22种。

它们中只有少数几种在技术上处于领先，可以作为开放标准，有可能在更大的、需要大量运动控制的自动化系统中得以立足。这些技术包括ROFINET、SERCOS III、Ethernet TCP/IP、EtherCAT、 ETHERNET Powerlink和Modbus。有些运动控制专家把其中的Ethernet TCP/IP和Modbus排除在实时类网络之外，因为这两种的性能比不上其他的四种。（欲了解关于各种网络的详细信息，请访问网站：http://designnews.com.cn/0804-301.aspx）。

据Rockwell Automation公司的运动控制产品经理Matheus Bulho说，在北美占有绝对优势的Ethernet/IP以太网正在通过增加CIP Sync（CIP，通用工业协议）来加强实时性能，CIP Sync是建立在IEEE1588标准之上的一种网络时间同步协议。但是，使用CIP Sync的真正产品还未出炉。这些产品出来后，很多运动控制应用都将会超越Ethernet TCP/IP的范围，一家工业和汽车应用硬件与软件开发商IXXAT公司的总裁Bill Seitz说。“为了运动控制应用，你就要把Ethernet TCP/IP和具有CIP Sync的Ethernet TCP/IP看作是两种不同的网络”，Seitz说。Seitz的公司是Rockwell Automation公司的增值设计伙伴，他通过参加公司的多项活动已经对Ethernet TCP/IP非常精通。Nicolson也认为，对Ethernet TCP/IP 来说“CIP Sync能够改变游戏规则”。“如果没有CIP Sync，我认为对于任何比传送简单终端命令更复杂的应用来说，Ethernet/IP的确定性都是不够的。”

工业以太网具有处理不同种类机械布局的灵活性，包括大型模组化机械的布局，就像在以上自动化概念SERCOS III 网络中所表现的一样。

　　让工业以太网变得更令人费解的是围绕各种网络技术天花乱坠的宣传说辞。每种实时以太网竞争厂商的支持者们都一直致力于大量的“规格把戏”，他们运用各种手段试图从同行中脱颖而出。多数的手段都是诸如“我的周期时间比你的周期时间快”之类，或者是“我的网络确定性比你的网络确定性高。”

重要的不只是最好的周期时间，还要