运动控制正转向以太网

考虑你所应用一定的轴数量时能得到的周期时间。举例来说，在这里就是周期时间和SERCOS III中可能出现的驱动器数量之间的关系。

很明显，周期时间和确定性在运动控制应用中非常重要，但是，单有这些规格并不能告诉你哪种网络最适合于你的应用。原因是：

速度限制？

当说到每种网络的周期时间或者说网络节点通讯所需要的时间时，大家很容易想到的是越快越好。但实际情况是，在所有几种现实世界的运动控制需求中，以上四种网络中没有哪一个能够宣称具有真正的周期时间优势。“目前市面上所有确定性以太网途径都能够为大量的运动控制应用提供足够的使用性能，”Seitz说。

在注塑中，周期时间至关重要

在运动控制应用中通讯总线的周期时间的确很重要，“当你试图控制一个机械系统时存在一个效益递减点，” Husky注塑系统有限公司技术总监Chris Choi说。对这些他应该比较清楚。他的公司建造了一些世界上最快的注塑机械，其应用包括了预制瓶的高速生产和薄壁包装。

Choi和本文中提到的其他几位运动控制专家一样，他们都认为，考虑到工业机械中大多数执行器和机械部件的动力反应情况，各种实时工业以太网微小的周期时间差异并不算什么。“像惯性一类的因素通常比机械系统中现场总线的周期时间更具有限制性，”他说。

当你试图控制一个像注塑一样的快速过程时，即使微小的一点周期时间优势也能带来很大差异。这个图表显示的就是控制周期从2 毫秒变化到250 微妙时，追踪注塑过程压力值能力的显著提高。

但他马上又补充说，在高速注塑的应用中，即使看似微小的周期时间也能造成很大的差异。Husky公司对机械控制的目标不仅是控制机器的机械元件的执行，还要控制注塑过程。要做到这点，Husky的控制算法就必须从机器的表现中推断塑料熔体的状态，即温度、压力、剪切状态等。“当你控制这样一个快速过程时，每一微秒都很关键。”他说。

所以，当Husky公司开始为其高速制瓶和包装机械建立一个新的控制架构时，Choi选用了EtherCAT作为新的通讯总线。Choi介绍说“我们现在正在安装EtherCAT，利用EtherCAT，Husky就能够在过程控制系统中看到快如100微秒的反应时间。”Husky选用EtherCAT并不只是为了网络通讯的速度，还因为它能在不使用交换机或其他会增加总体反应时间硬件的情况下快速处理其独有的数据包。从采用EtherCAT减少响应时间的结果来看，仅节约材料一项，每年每台机器即可节省182000美元的成本。

就一般机械应用所需要的反应时间来看，所有1毫秒和低于1毫秒的快速网络所具有的性能都足够满足需求。西门子公司SIMOTION产品经理Zuri Evans说，注塑机械的液压轴所需的反应时间一般在250微妙和1毫秒之间，印刷机械轴的反应时间通常需要3毫秒。他说，封装加工机械（converting machine）反应时间在2到6毫秒之间，包装设备在2到4毫秒之间。“PROFINET的性能远远超过这些需求，”他说。

其他三种最快的网络也是这样。不要忘了，最快网络的周期时间之间的差异也就几微秒。如此小的时间差别在现实世界的运动控制应用中很少起作用，因为机械器件的动力和很多工业机械的频率反应对速度的限制要比网络周期时间对速度的限制大得多。Nicolson说：“在没有注意到以太网周期时间几微妙的差异之前，你早就会遇到机械系统的动力问题了，工程师们需要反问一下自己，他们真正需要的是哪种周期时间。”

工业以太网正在开发新的控制性能。比如，当B&R工业自动化公司在通用目的运动控制器中增加机器人技术和CNC功能时，他们就采用了ETHERNETPowerlink 作为通讯总线。

有这种看法的不止Nicolson一个人。“请记住，实时只是一个相对概念，” Galil 运动控制公司总裁、前任技术总监Wayne Baron说。“这完全取决于应用的实际需要。”

获取确定性

抖动（jitter），或者说网络以精准时间进行通讯的能力，是网络确定性的一种标志；四种主要具有运动控制性能的网络都可以提供抖动值低于1微秒的合适性能，从这个意义上来说，抖动与周期时间的情况是一样的。“在大多数的应用中，一点抖动对你不会有什么危害，”Baron说。“你可以很容易通过软件来处理它。”

真正能够区分各种实时网络的是它们提供确定性的方式。Bosch Rexroth公司同时兼任监督SERCOS III标准委员会委员的Hibbard指出，针对标准以太网内部确定性的缺乏程度存在一种技术反应图谱，通过该图谱通常可以追踪到原始以太网的震动检