Az Ethernet egyre fontosabb hálózati technológiává válik az ipari alkalmazásokban.
A mozgásvezérlés területén az Ethernet, a terepi busz és más technológiák -például a Peripheral Component Interconnect (PCI)-történelmileg versengtek az ipari automatizálási és vezérlőrendszerek legigényesebb munkaterheléseinek kezeléséért. A mozgásvezérlő alkalmazások meghatározottságot igényelnek-a garancia arra, hogy a hálózat időben eljuttassa a munkaterhelést a kijelölt csomópontokhoz,-ami elengedhetetlen a pozíció megtartásához, ami viszont biztosítja a vezető pontos megállását, a megfelelő gyorsítást/lassulást és egyéb feladatokat.
A szabványos IEEE 802.3 Ethernet soha nem felelt meg ezeknek a követelményeknek. Annak ellenére, hogy a teljes-duplex kapcsolás és az elszigetelt ütközési tartományok felváltották az elavult CSMA/CD adatkapcsolati réteget, a protokoll még mindig nem kiszámítható. Ezenkívül a TCP/IP magas összetettsége egy tipikus veremben nincs optimalizálva a valós idejű forgalom megbízható-továbbítására. Következésképpen a terepi buszok és a PC{6}}alapú, ASIC-alapú PCI-kártyákkal rendelkező vezérlőarchitektúrák régóta általános megoldások a mozgásvezérlésre.
Az Ethernet-megoldások, az EtherNet/IP®-től az EtherCAT®-ig, a maguk egyedi módjaival küzdik le ezeket a hiányosságokat. Bár az ipari Ethernet számos más előnnyel is rendelkezik az alternatív technológiákkal szemben, még mindig messze van attól, hogy uralja a mozgásvezérlési piacot. Vizsgáljuk meg három okot, amiért -és miért fog-növekvő elfogadottságra szert tenni az elkövetkező években.
1
Inkább konvergencia, mint megnövekedett összetettség
Az idő múlásával a vállalati informatika és a gyárépület közötti egyre növekvő összekapcsolódás összetettebb rendszerekhez vezetett, amelyek gyakran a szabványos Ethernet, ipari Ethernet és terepibusz-technológiák keverékét foglalják magukban. Például egy gép használhatja:
Az ilyen hálózatok bonyolultak, létrehozásuk és karbantartásuk költséges. Minden protokoll megköveteli a saját megvalósítási eljárásait, a telepítő személyzetet és a képzést. Ezzel szemben az Ethernet lehetőséget kínál a különböző hálózatok,-például a mozgásvezérlési és biztonsági-hálózatok konvergálására egy költséghatékony, könnyebben huzalozható, a szállítók által széles körben támogatott és a jövőbeni követelményekhez igazítható infrastruktúrává.
Az Ethernet lehetőséget kínál különböző hálózatok konvergálására.
Az EtherNet/IP protokoll jól példázza, hogyan lehet a gyakorlatban teljes mértékben kihasználni a konvergenciát. Az olyan szabványos Ethernet-technológiák használatával, mint a TCP/IP és az UDP/IP, kiegészítve olyan funkciókkal, mint a CIP Sync (az IEEE 1588 elosztott órajelen keresztüli pontos időprotokoll-szinkronizálás elérése érdekében), az integrált kapcsolt rendszerek egyszerre alkalmasak kereskedelmi és ipari alkalmazásokra is.
2
A mozgásvezérlési alkalmazások determinizmusa
A mozgásvezérlés a pontos kommunikáción alapul. Ezt a pontosságot támogatja az idő{1}}időköz-alapú ütemezés, amelyben minden eszköznek van ütemezése az ütemezési szabályzaton belül a többi eszközzel való kommunikációhoz. Ezek a szervo hajtások és vezérlők kiszámítják a megfelelő időzítést, amelyből a vezérlési funkció ∆T értéke származtatható. Ha azonban az adatátvitel kiszámíthatatlanná válik, az eredmények elveszhetnek; ezért a hurok stabilitásának biztosításához determinizmusra van szükség.
Az Ethernet gyárilag képes támogatni az igényes mozgásvezérlő alkalmazásokat.
Egyes esetekben az IEEE 1588 megvalósítása EtherNet/IP-ben az Intel® chipekbe közvetlenül integrált gyorsítóáramkörökön keresztül csak egy olyan általános mechanizmus, amellyel az Ethernet-megoldások kikényszerítik a determinizmust. Az EtherCAT nagy-sebességű valós idejű-feldolgozása egy másik példa arra, hogy a mozgásvezérlő alkalmazásokban hogyan érhető el egyenletes, kiszámítható teljesítmény. Az EtherCAT felülmúlja a PCI-alapú központosított kommunikáció szigorú fizikai korlátait, amely gyors kommunikációt igényel a gép feldolgozó egysége és a szervoprocesszor között, miközben rövid távolságot tart.
Jason Goerges a *Machine Design*-ban 2010-ben megjelent cikkében kifejtette:
Az EtherCAT{0}}alapú elosztott processzorarchitektúra nagy sávszélességet, szinkronizálást és fizikai rugalmasságot kínál, vetekedve a központosított vezérlés lehetőségeivel, miközben az elosztott hálózat előnyeit kínálja.
Valójában néhány ezt a megközelítést alkalmazó processzor akár 64 erősen koordinált tengelyt is vezérelhet,-beleértve a pozíciót, a sebességet és az áramhurkokat, valamint a kommutációt-20 kHz-es mintavételi és frissítési frekvencián.
3
Az IIoT hosszú távú életképessége-
A helyi hálózati (LAN) technológia kezdete óta az Ethernet számos fejlesztésen ment keresztül. Tekintettel arra, hogy a hagyományos terepibusz-összetevőket jelenleg kis mennyiségben gyártják, és fennáll a veszélye, hogy a PCI elavult ipari szabvány architektúrává válik, az Ethernet odáig fejlődött, hogy mára teljes mértékben képes kiszolgálni az IP-alapú ipari dolgok internetet (IIoT).
A közelgő fejlesztések-mint például az időérzékeny{1}}hálózatok, amelyek továbbfejlesztik az IEEE 1588-at és támogatják a hálózati konvergencia lehetőségét,-az Ethernetet ideális választássá teszik a jelenlegi és jövőbeli mozgásvezérlő alkalmazásokhoz. Ez nem azt jelenti, hogy a terepi buszok és a PCI eltűnnek; inkább, ahogy az automatizálási ipar az IIoT felé halad, az Ethernet előnyei tovább fognak növekedni.