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軟啟動器：四大主流實時工業(yè)以太網(wǎng)接口系統(tǒng)選型對比分析

就系統(tǒng)評估而言，開放性是長期運行可行性的關(guān)鍵，此外，技術(shù)和戰(zhàn)略考量也在確保一個長期投資的安全性決策方面扮演關(guān)鍵角色。

與現(xiàn)存應(yīng)用規(guī)范兼容性

EMC易感性/傳輸可靠性

集束幀相較于獨立幀更易電磁干擾。如果一個幀被破壞，集束幀將丟失整個數(shù)據(jù)幀。

電氣連接點

一個特殊的EtherCAT特性使得所有通信同時通過內(nèi)部I/O端子總線進行路由，然而，由于增加了更多的干擾而造成安全風險抵消了其優(yōu)越的性能。

靈活的線路拓撲

EtherCAT和SERCOS網(wǎng)絡(luò)通常以邏輯環(huán)方式組織，這個環(huán)可以在主站那里實現(xiàn)物理的閉合，或者在菊花鏈方式下在最后一個節(jié)點處實現(xiàn)物理線路的閉合。EtherCAT提供通過特定結(jié)合點的枝路連接，但是，整個幀的行程上下與返回仍然是按照這種邏輯環(huán)進行。

國際標準的支持

IEC 61158國際標準化協(xié)議(稱為“類型”)用于工業(yè)控制方法。 IEC 61784-2標準化通信規(guī)范族(稱為“CPF”) 。GB標準是中國國家標準由國家標準化管理委員會編制并發(fā)布。GB/Z是國家指導性文件。這代表作為信息參考而不作為強加的。通信技術(shù)的最高級為GB/T—國家推薦性標準， 它必須滿足：完全開放的技術(shù)、全球廣泛使用的技術(shù)、不受制于任何國家和公司。

市場上的產(chǎn)品

基于ERTEC公司的IRT產(chǎn)品已經(jīng)在市場上可用，然而，DFP性能的介紹及新一代的ASIC用于與之連接的節(jié)點尚未與現(xiàn)在的IRT方案兼容(由Phoenix提供的觸發(fā)芯片)。

系統(tǒng)的通信架構(gòu)

如果一個主站發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀給它自己而不經(jīng)過任何節(jié)點，這個幀再次回到主站是在122微秒后(在單個數(shù)據(jù)幀以最大以太網(wǎng)數(shù)據(jù)量下)在理論上，它有可能在數(shù)據(jù)其它幀其它部分到達時就處理，

然而用于校驗數(shù)據(jù)準確性的CRC必須在所有數(shù)據(jù)接收到后進行確認，這個局面下不考慮其它因素如PHY造成的延遲，線路和以太網(wǎng)口的延遲，用于內(nèi)部到主站的數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋欢?，一旦信號離開主站，在網(wǎng)絡(luò)線路上的路程和從站內(nèi)處理必須考慮在內(nèi)

無論選擇集中或分布式架構(gòu)，系統(tǒng)的前瞻性即可能的未來需求必須被認真考慮。分布式的優(yōu)勢之一：允許在不同控制環(huán)增加節(jié)點而不會影響基本的循環(huán)時間。例如，基礎(chǔ)性的改變不必為全局概念而改變。此外，附加的功能如環(huán)境監(jiān)測及集成安全技術(shù)將比集中式在控制環(huán)產(chǎn)生更少的影響—這些均是依賴小數(shù)據(jù)容量的。

直接交叉通信

直接交叉通信為那些時間非?？量桃蟮膽?yīng)用提供了一個關(guān)鍵的收益-例如高速驅(qū)動控制-軸可以被高速同步的同時保持極高精度。由于所有的位置值可以直接的分配而無需通過主站，這帶來更低的網(wǎng)絡(luò)負載以及確保對于相關(guān)連的軸而言數(shù)據(jù)是在當前周期可以使用的(例如軸的實際相位值)，如果數(shù)據(jù)必須先行經(jīng)過主站-這不僅延遲了一個周期，而且網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)負載量也同時大幅增加。

重載數(shù)據(jù)傳輸

涉及大容量數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用中，數(shù)據(jù)傳輸將影響整個循環(huán)的時間耗費。支持優(yōu)先級機制的系統(tǒng)允許高優(yōu)先級數(shù)據(jù)在每個周期里進行傳輸，而對于低優(yōu)先級數(shù)據(jù)則僅僅隔n個周期進行掃描。

實際循環(huán)時間

在解決方案中使用集束幀時，數(shù)據(jù)必須通過每個控制器2次，如果信號要經(jīng)過許多節(jié)點，總傳輸時間將大幅上升，由組織引用的原始性能數(shù)據(jù)必須被調(diào)查來消除這種效果。另一個要考慮的是性能取決于實現(xiàn)特性，例如，在實際控制系統(tǒng)中運行的應(yīng)用程序的任務(wù)等級。

抖動

確保最小的抖動和極高精度的信號確定性延遲是控制質(zhì)量的關(guān)鍵要素(時鐘偏差)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點必須盡可能的同步。各種競爭的網(wǎng)絡(luò)通過不同的機制來達到這一目標，EtherCAT在ESC(EtherCAT從站控制器)上使用了特殊算法設(shè)計分布式時鐘規(guī)則，而對于POWERLINK則是通過一個簡單的同步信號(SoC)來達成。

潛在的成本需求

-網(wǎng)絡(luò)組件額外的設(shè)備=外部交換機或Hub

-內(nèi)部端口=直接集成到設(shè)備上的端口，用于環(huán)形或菊花鏈拓撲。

實際性能較量

實際上，比較系統(tǒng)性能是件困難的事情，因為不同系統(tǒng)的特定性能存在差異，Ethernet/IP和PROFINET RT從開始就被排除在外，因為，這些系統(tǒng)僅為軟實時需求而設(shè)計，PROFINET IRT由于采用了不同的交換機，這導致了應(yīng)用架構(gòu)的復雜性，直接的比較與測量顯然不適合。

高可用性

僅POWERLINK在其規(guī)范中包含有主站和線路冗余，并在實際項目中實現(xiàn)，對于PROFINET和Ethernet/IP而言，基于特定的交換方式下的應(yīng)用實現(xiàn)也是可行的。

熱插拔

POWERLINK，Ethernet/IP和PROFINET提供了用戶熱插拔能力，而對于SERCOSIII和EtherCAT由于其必須采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)而受到了一些限制，SERCOSIII允許將一個節(jié)點踢出網(wǎng)絡(luò)，在這種情況下，相鄰的兩個節(jié)點接近TX和RX線路，節(jié)點可以通過主站到達另一個。EtherCAT不支持熱插拔能力。

千兆網(wǎng)絡(luò)就緒

由于Ethernet / IP和POWERLINK是專門的基于軟件的技術(shù)，這些協(xié)議可以被千兆以太網(wǎng)硬件所采用，與此相反，EtherCAT需要ASIC，PROFINET IRT也需要一些重新設(shè)計的硬件—包括特殊的交換機，F(xiàn)PGA方案也可以被用于千兆以太網(wǎng)。