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工業(yè)以太網(wǎng)大潮下的現(xiàn)場總線還在堅(jiān)守

http://www.debgrams.com 2022-06-16 14:48 來源:玖越機(jī)器人

  在全球制造企業(yè)加快智能制造轉(zhuǎn)型的當(dāng)口下,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)席卷了全球,促成了各式各樣的工業(yè)通信方式。但無論是行業(yè)調(diào)研報(bào)告,還是自動化企業(yè)或工業(yè)通信方案商的統(tǒng)計(jì),都能看出一個事實(shí),那就是工業(yè)以太網(wǎng)開始統(tǒng)治全球工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場,取代幾十年來占據(jù)主導(dǎo)地位的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。

  工業(yè)通信風(fēng)向的轉(zhuǎn)變

  現(xiàn)場總線作為將自動化底層的現(xiàn)場控制器和智能儀表設(shè)備互聯(lián)的實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò),可以說終結(jié)了4-20mA的模擬信號的時(shí)代,讓工業(yè)網(wǎng)絡(luò)正式跨入了數(shù)字時(shí)代。現(xiàn)場總線的出現(xiàn),帶來了減少布線、加快診斷和附加信息等諸多好處,但在實(shí)際發(fā)展過程中,出現(xiàn)了太多的現(xiàn)場總線技術(shù)。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅種類不同,通訊協(xié)議也不同,所以始終未能統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),只有一個多標(biāo)準(zhǔn)的妥協(xié)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)中,占據(jù)主導(dǎo)地位的還是1989年誕生的PROFIBUS。

  PI North America作為一個非盈利貿(mào)易組織,在1994年成立之初名字還是PROFIBUS貿(mào)易組織。從名字就能顯而易見地看出,他們推廣的是PROFIBUS這類現(xiàn)場總線技術(shù),更名之后,他們成了PI這一傘狀組織下負(fù)責(zé)北美推廣的一員,而這時(shí)他們推廣的不只是PROFIBUS了,還有PROFINET這一誕生自本世紀(jì)初的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。根據(jù)PI North America的說法,當(dāng)下每賣出一個PROFIBUS節(jié)點(diǎn),就有4個PROFINET節(jié)點(diǎn)被賣出,可見兩者之間的龐大差距了。

  差距的來由

  形成這樣的差距不是沒有道理,這點(diǎn)從性能上就可以看出,由于物理層的限制,使用RS-485的PROFIBUS只能做到12Mbit/s的速度,而反觀基于以太網(wǎng)的PROFINET卻可以實(shí)現(xiàn)100Mbit/s乃至1Gbit/s的速度。

  此外,PROFIBUS的報(bào)文大小最高只244字節(jié),地址空間也限制在了126個設(shè)備,PROFINET的報(bào)文大小最高可達(dá)1440字節(jié),而且毫無地址空間的限制。所以我們看到的現(xiàn)場總線向工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)轉(zhuǎn)變,其實(shí)就是工業(yè)通信朝現(xiàn)代技術(shù)的遷移而已。

AC500系列PLC /ABB

  現(xiàn)場設(shè)備制造商們也都是明眼人,現(xiàn)場總線技術(shù)限制了控制系統(tǒng)的性能發(fā)展,如今他們推出的產(chǎn)品都開始提供工業(yè)以太網(wǎng)支持,而且是支持多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。工程師和開發(fā)人員也都了解該技術(shù),相關(guān)的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)也都已經(jīng)極其豐富。

  不過根據(jù)HMS的統(tǒng)計(jì),雖然市場份額有小幅下跌,但現(xiàn)場總線依然占據(jù)了27%的市場。這是因?yàn)楝F(xiàn)有的現(xiàn)場總線設(shè)備基數(shù)龐大,早在PROFINET這樣的以太網(wǎng)技術(shù)面世之前,PROFIBUS這樣的現(xiàn)場總線就已經(jīng)耕耘十?dāng)?shù)年,擁有千萬級別的節(jié)點(diǎn)數(shù)量了。

  雖然建設(shè)新項(xiàng)目還是更傾向于使用工業(yè)以太網(wǎng),但已經(jīng)投入現(xiàn)場總線的廠商仍可以繼續(xù)添加PROFIBUS節(jié)點(diǎn)。我們說工業(yè)以太網(wǎng)的建設(shè)性價(jià)比在不斷提高,然而要想搭建一定規(guī)模的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò),還是不比直接利用已有的現(xiàn)場總線實(shí)惠。所以要想看到現(xiàn)場總線的退休,那還得等上好長一段時(shí)間。

  結(jié)合兩家之長

  同樣誕生于本世紀(jì)初的EtherCAT常被稱作是“以太網(wǎng)現(xiàn)場總線”,EtherCAT具備工業(yè)以太網(wǎng)的靈活網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),又擁有現(xiàn)場總線系統(tǒng)一樣直觀簡便的操作。與此同時(shí),EtherCAT的報(bào)文大小最大可達(dá)60KB,意味著可以將大量數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)移動到主節(jié)點(diǎn),

H5U系列PLC /匯川

  EtherCAT的另一大優(yōu)勢就是主站完成通訊功能不會給主機(jī)CPU帶來任何負(fù)擔(dān),因此主站無需專用的通訊處理器,只需要NIC卡或者集成的以太網(wǎng)MAC設(shè)備保證一個以太網(wǎng)端口即可,但在從站上仍需要專用的控制器芯片,好在不少廠商都提供這些芯片,比如ADI、TI、瑞薩、Microchip、英飛凌等,價(jià)格也足夠低廉,所需成本可以做到等同甚至低于現(xiàn)場總線系統(tǒng)。更何況EtherCAT由于不是基于TCP/IP,所以也用不到MAC地址或IP地址,免去了配置交換機(jī)和路由器的麻煩,進(jìn)一步降低了部署成本。

EtherCAT耦合器 / 倍福

  2018年,倍福推出了EtherCAT協(xié)議的兩大新版本,EtherCAT G和EtherCAT G10,分別將速度提升至1Gbit/s和10Gbit/s。這對于需要傳輸大量數(shù)據(jù)的機(jī)器視覺、高端測量或復(fù)雜運(yùn)動控制來說至關(guān)重要,而且即便是現(xiàn)有的百兆EtherCAT設(shè)備,也能無縫兼容到EtherCAT G/G10系統(tǒng)中。

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