物品流动中的现场总线比较研究
工业以太网的增长受益于高性能设备与IT系统集成以及工业物联网的需求。据HMS发布2017年工业网络市场份额报告,工业以太网的增长速度比往年更快,增长率达到了22%。目前,它占全球市场的46%,而去年为38%。在通信领域,EtherNet/IP和PROFINET占据了主导地位,其中PROFINET主要在中欧地区,而EtherNet/IP则在北美地区拥有较大的市场份额。
紧随其后的是 EtherCAT、Modbus-TCP和EthernetPOWERLINK。在实时性要求较高的应用场景中,如EPA、EtherCAT、EthernetPowerlink、PROFINET、Ethernet/IP和SERCOSIII是竞争对手。
下面,我们将简要比较这些技术:
Ethernet/IP
Ethernet/IP是由ControlNetInternational和ODVA(OpenDevicenetVendorsAssociation)共同开发的一种工业以太网标准,它是在2000年3月推出的。这项技术实现了实时性的方法,是通过在TCP/IP层之上增加CIP协议(CommonIndustrialProtocol),以便进行实时数据交换和运行实时应用。此外,它采用生产者/消费者数据交换模式,并且支持非实时数据和实时数据的传输,以提高效率。
EPA
EPA是在“863”计划支持下,由浙江大学、中科院自动化所等单位联合制定,是用于工业测量控制系统的实时以太网标准。它实现了通过ISO/IEC8802.3协议所规定的数据链路层之上的一个EPA-CSME机制来调度管理通信。此外,该网络为了避免冲突,将控制网络分成了多个微网段,每个微网段内通信互不干扰,通过网桥转发来实现,从而避免广播风暴产生。
EthernetPowerlink (EPL)
EPL由奥地利BR(贝加莱)公司于2001年开发,其标准化组织EPSGCEthernetPowerlink成立于2003年。它基于CANopen发展而来,并通过引入SCNM(slotcommunicationnetworkmanagement)机制消除CSMA/CD不确定性。SCNM原理是按照固定的周期进行通信,每个周期分为三个时间槽:同步时间槽、异步时间槽及空闲时间槽,以保证实时数据传输并杜绝冲突发生。
PROFINET
PROFINET由PI(ProfibusInternational)组织提出了,是一种能够提供三种类型通信(TCP/IP标准通道及两类实时通道)的工业以太网标准。在不同的版本中,PROFINET提出了一些对IEEE802.1D和IEEE1588进行扩展技术方案,同时根据不同需求采用不同的通道技术。这使得该技术可以适应各种复杂环境下的工作需求。
SERCOSIII
SERCOSIII是一种串行real-time communication system,在1989年诞生,并成为国际标准IEC61491-26-SERCOS III后经历了三代发展:SERCOSI, SERCOSII, SERCOSIII,其中SERCSI 和SERCOSII统称为SERCOSThis is a mature communication mechanism and industrial Ethernet technology.
每种技术都有其特点与优势,可以根据具体应用场景选择最合适的一种或几种解决方案,以满足不同行业对精确控制、高效传输以及可靠连接等方面的需求。