物品现场总线控制系统的重要性对比分析
工业以太网的增长受益于高性能工厂设备与IT系统集成以及工业物联网需求的推动。据HMS发布的2017年工业网络市场份额报告,工业以太网增长速度加快,占比提升至46%(去年为38%)。在通信领域,EtherNet/IP和PROFINET市场份额领先,其中PROFINET主要在中欧地区,而EtherNet/IP则在北美占据主导地位。紧随其后的是EtherCAT、Modbus-TCP和EthernetPOWERLINK。
在实时性强的工业以太网环境中,如EPA、EtherCAT、EthernetPowerlink、PROFINET、Ethernet/IP及SERCOSIII是主要竞争者。下面对它们进行简单比较。
Ethernet/IP
2000年由ControlNetInternational和ODVA共同开发,是一项针对TCP/IP协议栈实现实时性的标准化解决方案。它通过CIP协议增强了数据交换和运行应用程序的能力。在物理层及数据链路层采用标准以太网技术,在网络层及传输层使用IP协议及其相关TCP/UDP传输数据。此外,它采用生产者消费者模式来提高效率,并通过CIPsync提高了时钟同步性能。
EPA
由浙江大学等单位联合制定,是用于测量控制系统的实时以太网标准。在ISO/IEC8802.3基础上增加了EPA-CSME机制,以确保非实时通信不发生冲突并提供确定性调度方式保证实时性。此外,它将控制网络分为多个微网段,以避免冲突产生,并监控每个报文从而防止广播风暴。
EthernetPowerlink (EPL)
奥地利BR公司于2001年开发,由全球自动化驱动行业领军公司成立EPSGCEthernetPowerlink组织来标准化该技术。它基于CANopen扩展TCP/IP协议栈并引入SCNM机制消除CSMA/CD不确定性,确保了严格时间要求下的数据传输无冲突。
PROFINET
PI组织提出的工业以太网标准,可以无缝整合 PROFIBUS 和 INTERBUS 技术,有三个版本支持不同类型通信:TCP/IP 标准通道,以及两种类别的实时通道RT 和 IRT。这三种通道分别适用于非实时通信、高性能循环传输以及需要快速同步信号灯等场景。
SERCOSIII
作为串行真实时间通信系统的一部分,它自1989年诞生以来经历过多次更新,最终成为国际标准IEC61491-26。在这过程中,其成熟后的通信机制被称作SERCOSIII,这是一套高度优化的高速串行接口,用途包括但不限于运动控制领域中的高速同步信号灯或其他需要精确计数器功能的地方。