物品传输场景下几种重要工业现场总线协议的对比分析
工业以太网的增长受到了高性能、工厂设备和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,增长率达到了22%。目前,全球市场上,工业以太网占比已达到46%,较去年38%有显著提升。在通信协议方面,以EtherNet/IP和PROFINET为主,其主要市场分别在北美和中欧。
在实时性强的工业场景下,如EPA、EtherCAT、EthernetPowerlink、PROFINET、Ethernet/IP和SERCOSIII是竞争激烈的关键玩家。以下是对这些技术的一些简要比较:
Ethernet/IP
由ControlNetInternational与ODVA共同开发,是2000年3月推出的标准。
实现实时性的方法是在TCP/IP层上增加CIP协议,这是一个面向对象且独立于物理层及数据链路层的协议,使得不同供应商提供的设备能够有效交互。
采用生产者/消费者数据交换模式提高了通信效率,并支持非实时数据与实时数据共存。
EPA
在“863”计划支持下,由多所高校及公司联合制定,是用于工业测量控制系统的实时以太网标准。
实现实时性的方法通过在ISO/IEC8802.3协议基础上添加EPA-CSME,对非实时通信采用CSMA/CD机制,而对于需要严格时间同步的应用使用确定性调度方式避免冲突。
EthernetPowerlink (EPL)
由奥地利BR公司开发并由EPSGCEthernetPowerlink组织标准化。
实现基于CANopen进行扩展,对TCP/IP栈进行了改进引入SCNM消除CSMA/CD不确定性。
PROFINET
由PI组织提出的工業以太網標準,可以無缝融合 PROFIBUS技術與INTERBUS技術。
现有三个版本,其中一个提供三种类型通信:TCP/IP标准通道,以及两种RT通道(软實時)适用于工厂自动化领域中的过程数据高性能循环传输;另一种IR通道(异步RT)适用于运动控制等需要快速同步传输的情况。
SERCOSIII
是继SERCOSI和SERCOSII之后发展起来的一个串行实时通信系统,在1989年诞生并成为国际标准IEC61491-26-1995至今经历三代发展,其中SERCOSIII代表了成熟后的通信机制。