發布日期：2022-05-18 點擊率：14
去年 11 月，Beckhoff 推出了通訊速率可達 1 Gbit/s 的 EtherCAT G 總線技術，并宣布已將其應用于新的平面傳輸系統 XPLANAR 中；與此同時，CC-link 協會（CLPA）也發布了新一代基于 TSN 技術的千兆級實時以太網協議 CC-link IE TSN，三菱電機稱會在即將面市的 MELSERVO-J5 伺服驅動系統中集成這項技術...
種種跡象表明，運控設備系統似乎正在步入千兆以太網的時代。
那么，在運動設備中使用千兆級工業以太網的意義在哪里呢？
首先，我們知道，作為一種應用于產線設備層與控制執行層的技術，運動控制對于總線通訊的要求，通常是體現在數據傳輸的實時性與確定性方面的。通訊速率的大幅提升，意味著單位數據在設備間傳輸所消耗的時間將明顯縮短，這對于數據傳輸的實時性、確定性來說，本身就是一種更為有效的保證。
其次，如果把這種千兆級網絡落實到運動控制系統中，那么在控制層與設備層（驅動器、I/O）之間數據交互的刷新速度和采樣頻率就會變得更快，系統處理運控任務的時間周期也將因此而變得更短，這顯然是有助于其動態響應性能和運動控制精度進一步提升的。
例如，我們可以看到，三菱電機將要發布的 MELSERVO-J5 和 iQ-R 運動控制模塊，因為采用了新的 CC-link IE TSN 技術，其最小數據演算周期已經縮短至僅為 31.25 μs。
同樣，Beckhoff 也將新的 EtherCAT G 與百兆級的 EtherCAT 在數據傳輸周期上進行了一番比較，其最長 1500 Byte 用戶數據的傳輸耗時已從原來的 122.40 μs，縮短至僅為 12.24 μs；能夠在 30 μs 內刷新 100 個伺服軸的數據，或在 15 μs 內刷新 2000 個數字量輸入 / 輸出。
當然，對于上面提到的千兆級網絡來說，要在系統性能上對運動控制系統起到助力和提升的作用，其實是有一個重要前提的，就是其網絡通訊協議中必須有可靠的時間確定性機制。這也是為什么 EtherCAT G 繼續保持了 EtherCAT 的技術基礎，而 CC-link IE TSN 則引入了新的時間敏感型協議標準的一個重要原因。
不過，當設備層通訊從百兆提升到千兆級別時，除了傳輸速率的提升給系統運行帶來的各種時間周期上的優化，我們還應該看到，整個系統在單位時間范圍內所能夠承載和處理的數據容量其實也隨之顯著增加了。而這對于運動控制系統的影響，就不僅是在運控特性這個單一維度上的事情了，它將會涉及到設備應用的諸多層面。
就運動控制系統本身來說，隨著設備自動化程度的不斷提升，設備運控軸數的增加已經成為一個必然趨勢，此時，它所要承受的數據壓力 ，將不僅來自越來越多的運動控制回路，還有它們之間越來越錯綜復雜的運動學關系（包括：各種同步、凸輪、插補、軌跡關聯...等等）。
而要能夠應對這種呈幾何級數增加的數據壓力，除了功能強大的設備控制器，系統中還需要有一套能夠承載和傳輸海量數據的網絡通訊系統。目測 Beckhoff 為其平面傳輸系統 XPLANAR 配備 EtherCAT G 應該就是出于這樣的考慮。
從產線設備的角度看，當今的運動控制早已經不是一個獨立存在的系統了，各類運動控制應用（如：抓取、搬運、傳輸、數控、機器人...）與眾多策略類型的控制技術（如：視覺、流程、檢測...）進行互操作并深度融合，勢必會成為一種剛需。而為了能夠應對這種更為復雜的多維數據交互，將設備層網絡的通訊速率提升到一個更高的級別，就顯得是十分必要了。
而若再以制造企業的全局視角去觀察，我們就會發現，如今產線運行過程中在設備層產生的各類數據，例如：電壓、電流、溫度、扭矩、轉速、圖像...等等，僅僅是在參與控制時被使用了一次而已，如果能夠將它們存儲記錄下來，打上時間標簽，加以分析，其實是可以用來幫助優化設備整體運營效率的。
比如：將品檢系統的視覺數據和加工工位的運行數據記錄下來，進行追溯、分析和解讀，將能夠幫助提升產品的加工品質；
再比如：對傳動系統運行的歷史數據（如：電流、溫升、振動...）進行儲存、積累和分析，將有助于對設備實施預測性維護，從而降低其停機風險與運營成本...
顯然，要實現上述“大數據”應用場景，設備系統是需要先具備以極高的頻次、極為精準的時間周期、持續記錄大批量數據的能力的。而千兆級實時以太網，則極有可能會成為在此類應用中建構數據通道要用到的一種重要技術手段。如此看來，三菱電機在將要發布的 MELSERVO-J5 伺服驅動系統中，同時集成了千兆級實時以太網 CC-link IE TSN 和基于 Mairsart 的預測性維護功能，就絕非是巧合了。
可以說，未來在運控設備中使用千兆級實時以太網，將不僅僅是從運動控制技術自身的角度出發、基于系統性能的考量，更多是由于設備系統中組件的種類和數量以及它們之間交互融合的復雜性的增加，為了建構能實現海量數據實時交互的網絡基礎設施而產生的一種需求，實際可能出現的應用場景估計遠不止我們上面談到的這些。
而考慮到用戶對于千兆級網絡技術的各種需求，其實是隨著設備系統復雜性的增加而逐步產生的，加之受到相關產品迭代周期的影響，因此，對于設備生態圈的各類產品廠商和制造企業而言，這種向下一代千兆級總線系統的轉型，應該會是一個長期投入的漸變過程。
文章來源： CEC
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