A недавний отчет HMS показывает, что промышленный Ethernet в настоящее время составляет 59% мирового рынка промышленных сетей. Здесь мы рассмотрим две наиболее известные промышленные сети Ethernet — EtherNet/IP и EtherCAT — и сравним преимущества каждой из них для многоосевых приложений.

Согласно Открытая ассоциация поставщиков DeviceNet, EtherNet/IP — это “название, данное общему промышленному протоколу (CIP), реализованному по стандарту Ethernet (IEEE 802.3 и набор протоколов TCP/IP)”. Он был разработан для промышленной автоматизации и управления технологическими процессами компанией Allen-Bradley (ныне Rockwell Automation) и выпущен в 2001 году. Хотя в основном она поставляется компанией Rockwell Automation, уровень ее внедрения самый высокий из всех промышленных сетей Ethernet, и, по оценкам, ее доля на рынке составляет 15%.

Ассоциация поставщиков Open DeviceNet (ODVA) — это международная ассоциация, которая управляет EtherNet/IP и CIP.

Следуя за Стандартное программное обеспечение/Стандартный Ethernet архитектура EtherNet/IP использует физический, канальный, сетевой и транспортный уровни стандарта Ethernet с общим промышленным протоколом (CIP) поверх TCP/IP и UDP. Он уникален как единственный промышленный протокол Ethernet, полностью основанный на стандартах Ethernet. Это означает, что EtherNet/IP использует то же оборудование, что и стандартные сети Ethernet, что делает его легкодоступным, недорогим и знакомым ИТ-персоналу.

EtherNet/IP определяет два типа связи: явную, которая используется для передачи необходимых данных, таких как информация, и неявную, которая используется для данных, которые необходимо отправлять в режиме реального времени. Явные сообщения передаются по протоколу TCP, в то время как неявные сообщения (которые требуют высокой скорости и низкой задержки) отправляются по протоколу UDP. Неявные сообщения могут использовать модель производитель-потребитель. В этой модели сообщение передается один раз, независимо от количества потребителей, и используется одновременно многими узлами (устройствами) в сети (метод, называемый многоадресной передачей). Модель «производитель-потребитель» обеспечивает эффективное использование пропускной способности сети и более высокую общую скорость, особенно когда нескольким потребителям необходимо получать одни и те же данные от производителя.

Несмотря на свою стандартизацию и высокоскоростную передачу данных, EtherNet/IP по своей сути не обеспечивает производительность в реальном времени и не гарантирует выполнение в течение определенного периода времени. Это связано с тем, что пакеты данных TCP/UDP/IP могут поступать в любое время в любом порядке с любого устройства. Таким образом, EtherNet/IP в своей базовой форме не является идеальным решением для задач синхронизированного управления движением.

Чтобы удовлетворить потребность в многоосевом распределенном управлении движением, ODVA разработала несколько сетевых расширений, известных как CIP Motion и CIP Sync (для тактовой синхронизации между осями), которые позволяют EtherNet /IP обеспечивать детерминированную производительность в режиме реального времени с замкнутым контуром, сохраняя при этом соответствие стандартам Ethernet.

Common Industrial Protocol (CIP) — это сетевой прикладной уровень для приложений промышленной автоматизации в режиме реального времени. CIP определяет структуру объекта и передачу сообщений, позволяя получать доступ к различным устройствам с использованием общего механизма. Каждое устройство в сети EtherNet/IP представляет себя в виде набора значений данных, называемых атрибутами, которые сгруппированы в наборы объектов.

CIP также используется в DeviceNet и ControlNet, поэтому они совместно используют библиотеку объектов и профили устройств с EtherNet/IP. Это обеспечивает совместимость по принципу «подключи и работай» между устройствами разных производителей, а также обмен сообщениями ввода-вывода в режиме реального времени, настройку и диагностику по одной сети без специального программного обеспечения.

EtherCAT (технология Ethernet для автоматизации управления), представленная в 2003 году, была разработана компанией Beckhoff и в настоящее время управляется Технологическая группа EtherCAT (ETG). Как и EtherNet/IP, EtherCAT построен на физическом уровне Ethernet. Но вместо использования TCP/IP для транспортировки и маршрутизации сообщений EtherCAT использует подход “обработка на лету” (также называемый “обмен данными на лету”).

При таком подходе ведущий EtherCAT отправляет телеграмму (пакет данных), которая проходит через каждый узел или подчиненное устройство (обычно диск или устройство ввода-вывода). Уникальной особенностью EtherCAT является то, что подключенные к сети подчиненные устройства могут считывать или извлекать из telegram только необходимую им информацию и могут добавлять данные в telegram до того, как они перейдут к следующему подчиненному устройству. Телеграмма проходит через все подключенные подчиненные устройства и затем возвращается к ведущему.

Чтение и запись в/из telegram разрешены специальным ASICна каждом подчиненном устройстве EtherCAT. Такой аппаратный подход означает, что каждое подчиненное устройство вносит минимальную задержку в процесс, и коллизии невозможны. Сетевые команды в сети EtherCAT могут обрабатываться со скоростью, сравнимой со скоростью аналоговых систем.

EtherCAT обеспечивает детерминированную связь в режиме реального времени и хорошо подходит для синхронизированного многоосевого управления движением “из коробки”, без необходимости в дополнительном оборудовании для достижения синхронизации между несколькими осями.