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(一)Profinet

下图显示了带SIPLUS极端组件的TIA Portal硬件目录。首先我们看一下Profinet,从下图可以看出,Profinet分成了三个版本:



Profinet CbAProfinet RTProfinet IRT

图片这三个不同的版本对应了Profinet三种不同的实时特性,CbA指的是基于组件的自动化,其实时响应时间是100ms, 通常用于实时性要求不高的一般工业控制场合,RT指的是软实时,用于工厂自动化的PLC层面控制,响应时间达到了10ms,而IRT指的是同步实时,也可以说成是硬件实时,响应时间小于1ms,可以满足大多数运动控制领域的实时和同步要求。Profinet的RT和IRT可以很形象的用下图来说明:


图片Profinet IRT为了保证juedui的实时性,在数据传输通道上是做了和普通以太网隔离的,所谓的隔离指的是在IRT并不采用TCP/IP协议来传输实时数据,这和EtherCAT类似。(二)EtherCATEtherCAT是由BECKHOFF研发并在2003年推向市场的,目前通过ETG(EtherCAT Technology Group)组织运营。EtherCAT是一种高速实时以太网,不分不同的版本,它直接对标的是Profinet IRT, 同样通过硬件芯片来保证其实时性。EtherCAT总线性能优越,响应时间达到了微秒级:图片 通过分布式时钟的运用,EtherCAT总线的时钟同步可以做到纳秒级,这也正是各大运动控制厂商对EtherCAT技术趋之若鹜的原因。EtherCAT分布式时钟应用:图片 (三)EtherCAT与Profinet IRT(1)运行原理


EtherCAT采用的是一种可以形象的称之为“on the fly”的技术,将以太网的报文结构优化以适用于分布式IO,通讯完全是通过硬件芯片来支持以保证最大性能,如果是纯粹的EtherCAT网络,根本就不需要交换机,而且诊断功能非常强大。


Profinet采用的是时间片技术,通过内置在设备内的特定交换机芯片来完成硬实时,循环时间250微秒到4毫秒,抖动大约1微秒。下图说明了在循环中IRT数据是如何得到实时保证的:图片(2)拓扑结构


EtherCAT的拓扑结构非常灵活,可以是线性、星型、树型、混合型等等,几乎可以用于任何一种连接方式,同时EtherCAT支持线缆冗余,每个EtherCAT网络理论上可以支持65535个节点,而且不受拓扑结构的影响。


Profinet支持线性、树型等结构,每个Profinet网络的最大节点数是60个,而且必须使用特定的Profinet IRT交换机。交换机级联的数量也有限制,不能超过20-25个,也就意味着无论你愿意不愿意,星型连接是最常规的设计,既保证了性能又降低了成本,但是显然其拓扑不够灵活。(3)易用性


EtherCAT不受从站和拓扑结构的影响,网络部署灵活。不需要手动设置从站地址,也不需要管理IP或MAC地址。从站地址都是自动生成的,而且如果有新的从站加入也不需要手动进行地址更新,这样地址冲突也就无从说起了,EtherCAT因此具有良好的用户体验。


Profinet需要手动设定每个从站的地址,而且如果插入了新的从站,对整个网络的从站地址都会产生影响,地址管理比较复杂,需要专业人士来操作,通常机器设备供应商无法完成。如果某些非Porfinet网络发生例如高强度ARP请求这类情况时,Profinet网络会变得脆弱,为此,PI组织还专门发布了Profinet IO网络负载的建议书,以便用户去把握自己网络的负载限制,这明显对用户是不太友好的。(4)稳定性


EtherCAT自2005年第一次起草IEC61158标准以来,一共进行了46此的技术变更,多数情况是勘误。每一次变更都可以用勘误表来追溯,文档可以在ETG官网下载。维护测试工具一直在加强,但是未发生根本改变。EtherCAT进行了一些参数变更,但是其技术版本自其发布以来未发生变化。

Profinet没有详细的勘误表提供,同时Profinet有三个版本,其IRT版本也一直在发生变化。因为Profinet并不是一种开放式总线,在发生参数更改或者技术变革的时候,不提供详细资料给用户也是可以理解的。但是从技术稳定性上来说,开放式总线对用户更加友好。


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