以太網(wǎng)如何將確定性引入更廣泛的工業(yè)系統(tǒng)

以太網(wǎng)增加了確定性在工業(yè)系統(tǒng)中的覆蓋范圍

曾幾何時，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的決定性主要是協(xié)調(diào)運動和CNC式應(yīng)用的領(lǐng)域。1人們普遍認(rèn)為，石油和天然氣、風(fēng)力發(fā)電甚至某些類型的制造業(yè)等領(lǐng)域的核心應(yīng)用永遠不會真正需要確定論所能提供的可證明的效率提升。

為什么決定論過去僅限于少數(shù)幾個應(yīng)用程序

這個假設(shè)的原因是什么？對于初學(xué)者來說，以太網(wǎng)速度長達數(shù)十年的提高以及串行網(wǎng)絡(luò)逐漸被基于以太網(wǎng)的協(xié)議（例如，Modbus TCP，EtherNet/IP和PROFINET）取代，這意味著自動化和控制系統(tǒng)不斷變得更快，并獲得更多帶寬。這些轉(zhuǎn)變的收益足夠大，足以使決定論的好處相比之下顯得次要。

還有一個實際問題 - 或者更確切地說，障礙 - 確保最初不包含它的標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.3以太網(wǎng)）的確定性。盡管以太網(wǎng)始終比半雙工和固有的確定性串行連接（如RS-232和RS-485）具有更高的帶寬，但在1990年代全雙工交換以太網(wǎng)的編碼和商業(yè)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的發(fā)展之前，其響應(yīng)時間是不可預(yù)測的。

像PROFINET這樣的協(xié)議象征著以太網(wǎng)解決方案如何解決工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的確定性和易于實施的問題。PROFINET實際上定義了三種協(xié)議，用于不同的響應(yīng)范圍，從100毫秒到小于1毫秒。2為了實現(xiàn)差異化，它在處理需要實時或常時等量實時性能以縮短周期時間的工作負載時繞過標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP（適用于其三層中要求最低的）。

PROFINET也是一個開放協(xié)議，盡管許多供應(yīng)商為了自己的目的而修改了該協(xié)議。與EtherCAT等替代品一樣，它承諾相對容易且具有成本效益地集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中，大部分更改都在應(yīng)用層進行。此外，大型供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)有助于整體實施。這些優(yōu)勢以及以太網(wǎng)的總體發(fā)展使得實現(xiàn)確定性不僅在以運動為中心的架構(gòu)中越來越可行，而且在更簡單的架構(gòu)中也越來越可行，例如PLC系統(tǒng)。

以太網(wǎng)如何更廣泛地使用確定性

也許具有諷刺意味的是，以太網(wǎng)，一種非確定性標(biāo)準(zhǔn)，為各種工業(yè)系統(tǒng)的確定性鋪平了道路。盡管如此，它仍然速度快，可以長距離使用，并且能夠在單根線上傳輸多種類型的數(shù)據(jù)。重要的節(jié)點不再需要像一些專有的現(xiàn)場總線那樣緊密地放置在一起以確保準(zhǔn)時交付。布線也得到了簡化，使得通過以太網(wǎng)的確定性更具吸引力，因為它有助于簡化管理和成本。

“此功能過去僅存在于功能安全、狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等獨立解決方案中，”1EtherCAT技術(shù)集團的Joey Stubbs在2012年告訴Automation World?！皩τ谟脩魜碚f，這降低了成本并減少了編程工作量，同時提高了整個系統(tǒng)的診斷能力?，F(xiàn)在，這些子系統(tǒng)可以簡單地作為主控制器中的軟件模塊實現(xiàn)，并且所有變量、診斷和狀態(tài)都可以自由通信，而不是為每個子系統(tǒng)提供單獨的硬件附加組件。

當(dāng)然，為網(wǎng)絡(luò)添加確定性可能會給互操作性和通信帶來復(fù)雜性，因為另一個層正在添加到基本的TCP / IP中，就像PROFINET用于其更高性能協(xié)議一樣。制造商必須確保他們與滿足其特定業(yè)務(wù)需求的以太網(wǎng)解決方案供應(yīng)商合作。確定性可以在許多系統(tǒng)中產(chǎn)生顯著的收益，并且可以在應(yīng)用程序的整個生命周期中真正累積起來。

審核編輯：郭婷