"常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)允許客戶對(duì)每個(gè)任務(wù)選擇最佳機(jī)動(dòng)控制器,，隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的分布式控制發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器不僅需要交換相關(guān)控制數(shù)據(jù),，而且需要傳輸狀態(tài)信息和設(shè)置參數(shù),。只需改變配置，客戶就可以改變連接到控制器的電機(jī)類型,，例如從感應(yīng)到永磁伺服電機(jī),。"

在自動(dòng)化技術(shù)成熟之前，我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,、預(yù)測(cè)性能和假設(shè)的成本開(kāi)支進(jìn)行了討論,。在發(fā)展階段，設(shè)備制造商,、機(jī)器人制造商和系統(tǒng)集成商通常不會(huì)正眼相對(duì)供應(yīng)商,，主要因?yàn)楣?yīng)商正在招攬幾乎無(wú)真實(shí)世界應(yīng)用實(shí)例的利益來(lái)支持其主張。

這描述了2007年數(shù)字運(yùn)動(dòng)總線的情況,，當(dāng)時(shí)相對(duì)而言幾乎很少有運(yùn)動(dòng)總線的應(yīng)用存在,。兩年之后，情況發(fā)生了巨大的變化,。盡管在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面還有混淆,，但關(guān)于利益和成本的爭(zhēng)論已經(jīng)基于應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)而具體化。

這種情況造成了設(shè)備制造商,、系統(tǒng)集成商和供應(yīng)商間的一致意見(jiàn)。如今與硬電線連接方式相比,，大多數(shù)人都認(rèn)為數(shù)字總線能節(jié)省資金和提高性能,。還有一個(gè)普遍一致的共識(shí)，即盡管數(shù)字總線實(shí)現(xiàn)起來(lái)不會(huì)像早先的一些先驅(qū)技術(shù)那樣困難,，但這些利益也不會(huì)輕易到來(lái),。

經(jīng)歷AutomationXchange

在過(guò)去兩年的每年5月，來(lái)自領(lǐng)先設(shè)備制造商的機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)團(tuán)隊(duì)為了一系列戰(zhàn)略,，已經(jīng)與領(lǐng)先方案供應(yīng)商面對(duì)面約見(jiàn),，一對(duì)一會(huì)議旨在向OEM’提出最迫切的需要。欲了解更多關(guān)于邀請(qǐng)信息的事件,，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)nId=1;itime=757865107;key=articles_2009_DigitalBuses0911_html+plc+pc+motion_controller+digital_bus+io+motion_control+digital_network+wires+cables+ethernet+profinet+profibus+canopen+ethernetip+motor_drives;nodecode=yes;link=http:/www.automationxchange.com/controldesign/index.html">AutomationXchange.com,，或聯(lián)系項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Andy Wuebben。

連線無(wú)處不在

如果任何自動(dòng)化組件沒(méi)有像運(yùn)動(dòng)控制器一樣具有廣泛布線的需要,。從中央控制器到運(yùn)動(dòng)控制器的離散信號(hào)可以包括啟動(dòng),、停止,、復(fù)位、表引用指針和其他信號(hào),。典型的模擬輸出包括了速度設(shè)置點(diǎn)和模擬類型,。

從運(yùn)動(dòng)控制器到中央控制器，離散信號(hào)可以包括總警報(bào),、警報(bào)代碼,、執(zhí)行和位置完成。典型的模擬輸入包括了實(shí)際速度,、扭轉(zhuǎn)力和其他基于信息的值,。

“與硬電線連接方式相比，數(shù)字總線節(jié)省了資金和提高了性能,。”

20根電線和電纜可以運(yùn)行在中央控制器和運(yùn)動(dòng)控制器間,。將電線數(shù)與單個(gè)機(jī)器或機(jī)器人或手持材料系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)控制器的個(gè)數(shù)相乘，電線需求迅速,，令人望而生畏,。

進(jìn)入數(shù)字運(yùn)動(dòng)總線時(shí)代后，一根電纜就可以取代大量硬電線——這對(duì)簡(jiǎn)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是個(gè)很好的功能,，但幾乎對(duì)具有許多運(yùn)動(dòng)控制器的大型和復(fù)雜機(jī)器是必需的,。

連線消失

“在更大型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，設(shè)備間的數(shù)字總線是進(jìn)行通信的一種最佳方式,，硬電線將會(huì)導(dǎo)致不必要的復(fù)雜性或與靈活性相比,，其需要更多的I/O端口，”位于阿拉巴馬州伯,，明翰先進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化公司電氣工程師Jason Woyak說(shuō),，“基于數(shù)字總線傳輸?shù)氖銛?shù)據(jù)量?jī)?yōu)于硬電線。

先進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化公司制造了大量各類機(jī)器,，包括印刷機(jī),、送料機(jī)和堆垛機(jī)。它還建立了定制機(jī)器,，范圍從臺(tái)面鋸床機(jī)器或滅火器灌裝站到貨車(chē)車(chē)軸粘合機(jī),。

某個(gè)供應(yīng)商關(guān)于布線開(kāi)支的意見(jiàn)與Woyak觀點(diǎn)一致，還引用了其他原因走向數(shù)字世界,。“在有連接設(shè)備的系統(tǒng)中,，多點(diǎn)數(shù)字接口如以太網(wǎng)，比點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線方案具有更低的生產(chǎn)成本,，” Delta 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)公司(www.deltamotion.com)的市場(chǎng)部經(jīng)理Bill Savela說(shuō),，“數(shù)字網(wǎng)絡(luò)需要的連接更少,，具有更好的可靠性,。因?yàn)槊總€(gè)電氣接觸點(diǎn)都可能是一個(gè)潛在的故障點(diǎn)。當(dāng)硬件問(wèn)題確實(shí)發(fā)生時(shí),，相比與那些使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或模擬連接的系統(tǒng)，基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)更易于調(diào)試和修復(fù),。”

運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所解決的維護(hù)問(wèn)題對(duì)設(shè)備制造商特別重要,。位于北卡羅來(lái)納州，格林斯博羅的系統(tǒng)集成商,，集成運(yùn)動(dòng)公司 的工程部副總裁Jim Mullins指出,，“走向數(shù)字化導(dǎo)致布線的減少，產(chǎn)生更高的MTBF(平均故障間隔),，因而有更少的故障點(diǎn)”,。

集成運(yùn)動(dòng)公司設(shè)計(jì)的眾多系統(tǒng)使用B&R工業(yè)自動(dòng)化公司的組件。毫不奇怪的是,，當(dāng)數(shù)字總線帶來(lái)利潤(rùn)的時(shí)候,，集成商和供應(yīng)商都站在同一戰(zhàn)線上。“用數(shù)字總線取代機(jī)器控制器,、運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器中的硬電線控制電路將大大減少布線,，排除潛在的錯(cuò)誤故障點(diǎn)和增加抗噪聲性能。” B&R公司自動(dòng)化技術(shù)部負(fù)責(zé)人Robert Muehlfellner說(shuō),。

特征比比皆是

當(dāng)硬電線系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),，尋找問(wèn)題的根源可能是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)。對(duì)于許多廠商來(lái)說(shuō),，走向數(shù)字化的主要優(yōu)勢(shì)是具有更好的診斷,。“隨著我們數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在操作臺(tái)上的診斷變得很顯著,。” 位于俄亥俄州,，梭倫的Bardons & Oliver公司工程部副經(jīng)理Rick Moscarino宣稱。

Bardons & Oliver公司制造數(shù)控車(chē)床和旋轉(zhuǎn)頭切割機(jī)（如圖1）,，也是機(jī)器人集成商,。Moscarino說(shuō)：“應(yīng)用程序狀態(tài)，包括發(fā)送機(jī)負(fù)載,、速度和警告消息都在很容易地被操作人員掌握，調(diào)試更加直觀,，為終端用戶和OEM廠商節(jié)省了時(shí)間和資金,。最重要的是，該診斷信息能被集成到控制系統(tǒng)中,。”

設(shè)置可能是消耗時(shí)間的,，Moscarino解釋說(shuō)：“但是我們技術(shù)員都經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，由于他們具有一定的經(jīng)驗(yàn),，這已經(jīng)成為了次要問(wèn)題,，在場(chǎng)地發(fā)生故障的情況下,，重新啟動(dòng)已經(jīng)相當(dāng)簡(jiǎn)單，我們通?？梢酝ㄟ^(guò)電話來(lái)支持終端用戶,。”

 EtherCat技術(shù)集團(tuán)PE,PMP,北美代表Joey Stubbs對(duì)數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)的其他診斷優(yōu)勢(shì)給出詳述。“隨著數(shù)字接口的發(fā)展,，控制系統(tǒng)可以定期監(jiān)視每個(gè)內(nèi)部寄存器,，以顯示溫度、電流,、故障代碼,、總線電壓、編碼器故障和電線中斷,，”Stubbs說(shuō),，“可以檢查如制造商、固件修訂號(hào)和序列號(hào)等信息,，以確保交換組件與合適的替代品交換,。”

另一個(gè)供應(yīng)商認(rèn)為：“隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)配置和維護(hù)可以通過(guò)主要控制器直接管理,，”Rockwell自動(dòng)化公司Logix運(yùn)動(dòng)市場(chǎng)部經(jīng)理Robert Hirschinger說(shuō)：“這有助于支持目錄數(shù)字配置和減輕驅(qū)動(dòng)固件更新,。在控制器級(jí)上可以得到大量的驅(qū)動(dòng)診斷和狀態(tài)信息。具有大型網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的OEMs 廠商從單個(gè)連接點(diǎn)易于監(jiān)視,、維護(hù)和配置這些信息,。

現(xiàn)代高性能的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通過(guò)板卡傳遞功能。Yaskawa 美國(guó)電子運(yùn)動(dòng)應(yīng)用工程部高級(jí)經(jīng)理Bill Faber說(shuō),，“在應(yīng)用中,，運(yùn)動(dòng)總線使控制類型更加靈活，如伺服放大器中關(guān)閉所有循環(huán)的能力,，包括計(jì)算,、扭轉(zhuǎn)、速度和位置,。一個(gè)OEM廠商現(xiàn)在可以使用機(jī)器控制器提供軌跡,，具有較高的性能。因?yàn)楫?dāng)今的伺服放大器提供極高的帶寬,，還有先進(jìn)算法,，如自動(dòng)振動(dòng)抑制和自適應(yīng)調(diào)整。”

分布式控制

對(duì)于許多廠商來(lái)說(shuō),，數(shù)字總線優(yōu)于硬電線的最大優(yōu)點(diǎn)是它使分布式控制成為可能,。分布式控制系統(tǒng)可以使用運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)執(zhí)行許多局部控制功能，還有機(jī)動(dòng)車(chē)速度的閉環(huán)控制。用許多運(yùn)動(dòng)控制器提供的數(shù)字和模擬I/O實(shí)現(xiàn)功能,。這些先進(jìn)控制器不僅有I/O,，它們還包括局部實(shí)時(shí)控制的編程功能。

在主要控制器,、運(yùn)動(dòng)控制器,、其他類型遠(yuǎn)程控制器和遠(yuǎn)程I/O間使用高度數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接是可能的。分布式控制的強(qiáng)大形式使硬布線降低到最低限度,。

盡管用硬電線,，而不是用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式控制也是可能的，但實(shí)際上,，這沒(méi)有任何意義,。分布式網(wǎng)絡(luò)需要在控制器和I/O間不斷地與大量數(shù)據(jù)通信。通過(guò)數(shù)字運(yùn)動(dòng)總線很容易實(shí)現(xiàn),，但用硬電線實(shí)現(xiàn)是很困難的,。

位于馬薩諸塞州，富蘭克林的Speedline科技公司,，負(fù)責(zé)制造印刷電路板組裝的自動(dòng)化處理機(jī)器,，包括焊膏打印機(jī)、材料飲水機(jī),、微波爐和清潔機(jī),。

其模具打印機(jī)和飲水機(jī)通過(guò)CANopen總線協(xié)議實(shí)現(xiàn)分布式控制。每個(gè)機(jī)器至少有15個(gè)運(yùn)動(dòng)軸和50個(gè)I/O口,。I/O 口主要是數(shù)字化的,，與幾個(gè)模擬點(diǎn)混合。一臺(tái)電腦提供監(jiān)督控制,，在每個(gè)軸上有一個(gè)智能運(yùn)動(dòng)控制器,。約15個(gè)左右CANopen使能運(yùn)動(dòng)控制器處理局部運(yùn)動(dòng)控制和I/O接口。如果需要,，向運(yùn)動(dòng)控制器提供額外的CANopen總線I/O模塊,。

“智能控制器允許我們以局部程度對(duì)實(shí)時(shí)集中任務(wù)進(jìn)行控制，以減輕主機(jī)電腦上的負(fù)擔(dān),。”Speedline公司主電氣工程師John Klauser解釋說(shuō),。

數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的分布式控制通常需要對(duì)來(lái)自不同廠商的運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行混合和匹配，以最大限度地提高性能,。美國(guó)國(guó)家儀器DAQ/視覺(jué)/運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品部經(jīng)理Christian Fritz指出：“常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)允許客戶對(duì)每個(gè)任務(wù)選擇最佳機(jī)動(dòng)控制器,，隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的分布式控制發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器不僅需要交換相關(guān)控制數(shù)據(jù),，而且需要傳輸狀態(tài)信息和設(shè)置參數(shù)。只需改變配置,，客戶就可以改變連接到控制器的電機(jī)類型,，例如從感應(yīng)到永磁伺服電機(jī),。”

數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的分布式控制可以對(duì)許多運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)器提供特殊優(yōu)勢(shì)，如機(jī)器人,。在這些情況下,，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致的布線降低意味著設(shè)計(jì)師只需要運(yùn)行單排線，而不是大量硬電線,。

ABB機(jī)器人公司制造焊接和其他機(jī)器人,，其中許多機(jī)器人使用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)分布式控制（如圖2）。ABB機(jī)器人公司產(chǎn)品部經(jīng)理Per Carlsson指出：“隨著數(shù)字通信的發(fā)展,，我們可以將驅(qū)動(dòng)組件分布在遠(yuǎn)離主控制器的位置,，如在機(jī)器人內(nèi)部或機(jī)器人手臂上。”

好東西來(lái)之不易

當(dāng)涉及到原始速度時(shí),，沒(méi)有什么能與硬電線相比,，因此從硬電線到數(shù)字的改變需要特別注意速度要求。位于俄亥俄州,，梅森的Intelligrated公司控制和軟件開(kāi)發(fā)部經(jīng)理Jeffrey Hanna說(shuō)：“我們的主要挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)總線以保持其在所要求的更新速率上,。”

集成供應(yīng)商提供倉(cāng)儲(chǔ)、分配,、郵政,、包裹和生產(chǎn)環(huán)境的材料處理解決方案。它生產(chǎn)傳輸,、定寸,、堆積和排序的機(jī)械設(shè)備。其系統(tǒng)通常涵蓋非常大的地區(qū),，使數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)尤其具有挑戰(zhàn)性,。

公司的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)使用至少80個(gè)伺服電機(jī)和變頻驅(qū)動(dòng)器，所有這些設(shè)備都通過(guò)Profibus總線連接,。“盡管我們的要求不包含多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),，但他們需要非常嚴(yán)格的速度控制，我們經(jīng)常需要多個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn),，”Hanna繼續(xù)說(shuō),，“根據(jù)需求，我們?cè)O(shè)計(jì)具有1毫秒,，2毫秒或5毫秒更新速率的網(wǎng)絡(luò),。Profibus-DP有固定的信息格式，基于網(wǎng)絡(luò)速度,、節(jié)點(diǎn)數(shù)量和數(shù)據(jù)容量的更新速率是可預(yù)測(cè)的和確定性的,。我們以1.5到12Mbps 速度運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。電纜長(zhǎng)度可能與銅材料有關(guān)，因此從控制器到網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)節(jié)點(diǎn),，我們使用光纖以滿足速度要求,。”

為了減少抖動(dòng)，分布式設(shè)備有自己的高速率系統(tǒng)時(shí)鐘,，其與控制時(shí)鐘同步,。Evans繼續(xù)說(shuō)：“當(dāng)設(shè)置輸入時(shí)，分布式設(shè)備捕獲時(shí)間戳,。然后該設(shè)備在同步數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線上發(fā)送該時(shí)間戳,，控制器推算事件發(fā)生時(shí)的時(shí)間位置。這使得抖動(dòng)達(dá)到少于1毫米的精度,。這也允許控制器推算出事件發(fā)生時(shí)多軸所在的位置,，不只是一個(gè)軸。”

如果只有一個(gè)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)并且如果所有控制組件與該網(wǎng)絡(luò)連接,，那么集成將變得很容易,，但是情況并非如此。“因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)可以改變,，所以設(shè)備互操作性通常是一個(gè)與運(yùn)動(dòng)總線相關(guān)的問(wèn)題,，”   Kollmorgen 產(chǎn)品生產(chǎn)線經(jīng)理Josh Jensen 指出，“不同的網(wǎng)絡(luò)具有不同程度的功能驗(yàn)證和設(shè)備互操作性測(cè)試,。這可能會(huì)導(dǎo)致延遲并產(chǎn)生費(fèi)用,，但假設(shè)堅(jiān)持相同的規(guī)格選擇兩個(gè)設(shè)備時(shí),，區(qū)別可能并不明顯。” 為了解決該問(wèn)題,，Jensen說(shuō)Kollmorgen公司保持SynqNet互操作實(shí)驗(yàn)室,，繼續(xù)對(duì)所有設(shè)備的組合進(jìn)行測(cè)試。

數(shù)字化可以做到這一切嗎,？

從理論上來(lái)說(shuō)，一個(gè)具有良好設(shè)計(jì)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)不需要任何輔助硬電線,，但實(shí)際上情況并非總是如此,。“大多數(shù)驅(qū)動(dòng)器讓使能輸入端采用硬電線，因此即使總線通信中斷,，驅(qū)動(dòng)器可能被關(guān)閉,。”先進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化公司的WoyaK指出。

盡管實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的數(shù)字安全總線是可能的,，但在所有應(yīng)用中,，這并沒(méi)有任何意義。“盡管許多廠商提供了安全數(shù)字總線,，一些用戶還是喜歡硬電線安全電路,，因?yàn)椴恍枰幊蹋蛟S還因?yàn)檩^低的硬件成本,，”集成運(yùn)動(dòng)公司的Mullins指出,，“使用安全數(shù)字總線的優(yōu)點(diǎn)對(duì)大系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是很顯著的，安全運(yùn)動(dòng)功能在系統(tǒng)中由應(yīng)用程序來(lái)滿足,。”

添加安全功能到運(yùn)動(dòng)總線通常是成本和性能的問(wèn)題,，而不是技術(shù)可行性問(wèn)題。CAN 自動(dòng)化公司管理部負(fù)責(zé)人Holger Zeltwanger說(shuō)：“在CANopen和許多其他運(yùn)動(dòng)總線上,，如果有足夠的帶寬,，您可以將安全相關(guān)信息與非安全相關(guān)信息混合。借助于兩個(gè)網(wǎng)段,，某些系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可能更傾向于獨(dú)立的安全和非安全消息,，其通過(guò)網(wǎng)關(guān)或路由器互連接。”

隨著數(shù)字化運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)變得越來(lái)越普及,，他們最終將納入整個(gè)控制系統(tǒng)中,，廢除幾乎所有硬電線。B&R公司的Muehlfellner預(yù)言：“驅(qū)動(dòng)器中的集成安全功能將刪除對(duì)硬電線驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)的需要,。這些驅(qū)動(dòng)器也將提供額外的安全功能,，如安全停滯——是電機(jī)能在動(dòng)力下保持的一種狀態(tài)，而機(jī)器是電子停止,、安全停止,、安全速度和更多的停止?fàn)顟B(tài),。典型的驅(qū)動(dòng)器I/O和限位開(kāi)關(guān)，還有主編碼器,，和家里一樣,，也將被遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)。”

為了說(shuō)得更直觀點(diǎn),，使用大家都明白的比喻,，我們借用了設(shè)備制造商的一句話。“安全功能的完全網(wǎng)絡(luò)控制正在逐漸出現(xiàn),，” Speedline's Klauser相信,，“如果自動(dòng)汽車(chē)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)駕馭和剎車(chē)，安全性可以通過(guò)類似方法在機(jī)器上實(shí)現(xiàn),。”

位于蘇塞克斯,，威斯康星州的Quad Graphics 是一家商業(yè)印刷機(jī)公司。該公司的圖形再制造和技術(shù)（GR/T）部門(mén)所提供自動(dòng)化和其他技術(shù),，領(lǐng)先于現(xiàn)有的印刷技術(shù)和定制膠印印刷機(jī),。無(wú)論是其印刷部門(mén)還是精整部門(mén)，Quad公司已對(duì)現(xiàn)有的18多個(gè)印刷機(jī)進(jìn)行了重新制造,，還有配套設(shè)備,。

對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制，GR/T部門(mén)廣泛使用數(shù)字總線通信,。GR/T部門(mén)的項(xiàng)目技術(shù)支持員Dave Leitinger 說(shuō)：“我們的舊印刷機(jī)使用基于繼電器和硬電線連接的模擬控制平臺(tái),，處理器和通信速度緩慢，且不是實(shí)時(shí)性的,。速度,、模塊化和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是當(dāng)今市場(chǎng)的關(guān)鍵因素。隨著Profibus 和Profinet的發(fā)展,，我們已經(jīng)能夠?qū)⑾冗M(jìn)的數(shù)字技術(shù)帶到再制造印刷行業(yè),。這使得我們能夠廢除舊線軸和慢速的HMIs，將IT世界帶到工廠車(chē)間?，F(xiàn)在我們有能力模塊化輔助印刷設(shè)備,，并把具有開(kāi)關(guān)翻轉(zhuǎn)功能的設(shè)備帶到生產(chǎn)線上。”

Leitinger 說(shuō),，數(shù)字總線已經(jīng)為具有更多的帶寬,、更高的可擴(kuò)展性、TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)兼容性,、安全集成和實(shí)時(shí)確定性的系統(tǒng)控制,，打開(kāi)了通信體系架構(gòu)。

目前的一個(gè)項(xiàng)目是對(duì)現(xiàn)有的印刷機(jī)重新制造,，分為兩個(gè)獨(dú)立的印刷生產(chǎn)線,，每個(gè)生產(chǎn)線能夠獨(dú)立在線完成生產(chǎn),。“我們必須使用一個(gè)翻轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)來(lái)關(guān)閉兩個(gè)生產(chǎn)線中的其中一個(gè)，將兩個(gè)印刷生產(chǎn)線變?yōu)閱蝹€(gè)生產(chǎn)線,，” Leitinger指出,，“這需要100多個(gè)Profibus總線，14個(gè)Profinet點(diǎn),，90個(gè)運(yùn)動(dòng)控制軸和28個(gè)HMIs,。”所有這些組件同時(shí)必須提供安全性集成和實(shí)時(shí)響應(yīng)。

Leitinger說(shuō)：“通過(guò)高速數(shù)字網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該控制系統(tǒng),，降低了安裝和硬件成本,，Profinet能以250微秒的周期實(shí)時(shí)性地滿足高速率要求，幾乎沒(méi)有延遲變化,。除了新組件以外，新型控制系統(tǒng)需要更少的控制柜地面空間和開(kāi)放拓?fù)湓O(shè)施?，F(xiàn)在我們有了遠(yuǎn)程訪問(wèn)診斷工具,，還有生產(chǎn)所需要的數(shù)據(jù)捕獲。”

新型控制系統(tǒng)廢除了硬電線的安全控制?，F(xiàn)在安全站,、警衛(wèi)和機(jī)動(dòng)控制對(duì)西門(mén)子Simatic故障安全PLCs和具有安全扭轉(zhuǎn)切斷功能的Simatic驅(qū)動(dòng)器是有線冗余和局部性的。

“Pofisafe的Profinet使我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)總線上批準(zhǔn)安全信號(hào),，同時(shí)遵守所有安全性協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn),，” Leitinger總結(jié)說(shuō)，“這給予我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)總線上批準(zhǔn)安全相關(guān)信息的優(yōu)勢(shì),，同時(shí)節(jié)省了額外和昂貴的布線費(fèi)用,。”

如何測(cè)量吞吐量

在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，從硬電線到數(shù)字網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是能夠保持足夠的速度,。原始規(guī)格只講述了故事的一部分

數(shù)字網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)組織ODVA 公司的執(zhí)行董事Katherine Voss說(shuō)：“網(wǎng)絡(luò)性能對(duì)分布式運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)的成功實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要,。然而，人們經(jīng)常錯(cuò)誤使用線速作為性能的主要指標(biāo),，而實(shí)際上對(duì)有效網(wǎng)絡(luò),，比原始數(shù)據(jù)速度有一個(gè)因素更加重要。

ODVA公司認(rèn)為總的系統(tǒng)帶寬和總的協(xié)議效用至少與比特率同樣重要,，據(jù)說(shuō)吞吐量是帶寬最有效的措施,，其也是衡量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體性能的最佳方式。對(duì)吞吐量合理有效的定義指基于邏輯決策,，從一個(gè)事件變化的檢測(cè)（輸入）到驅(qū)動(dòng)（輸出）的時(shí)間,。

因此，ODVA說(shuō),，吞吐量是幾個(gè)因素的結(jié)合,，包括了協(xié)議效率（總數(shù)據(jù)包大小的數(shù)據(jù)比率）,，網(wǎng)絡(luò)模型（信息流動(dòng)模式/數(shù)字和消息頻率），波特率（基于電線的原始比特速度）和節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間,。

Voss說(shuō)：“對(duì)于分布式控制架構(gòu),，分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是最嚴(yán)格的實(shí)例之一，通常需要大量的配置,、局部化情報(bào)和復(fù)雜的算法以達(dá)到預(yù)期的機(jī)器性能,。”

某些網(wǎng)絡(luò)如以太網(wǎng)/IP，其支持如I/O消息服務(wù)以配置軸和文件傳輸協(xié)議,，與控制協(xié)議使用相同的電線,。單點(diǎn)連接和內(nèi)置消息優(yōu)先權(quán)允許這種架構(gòu)提供給機(jī)械設(shè)計(jì)師分布系統(tǒng)，易于維護(hù),。

Voss說(shuō)：“控制網(wǎng)絡(luò)的最大挑戰(zhàn)是添加或刪除工作單元以作功能變化,，當(dāng)工作單元的組合改變時(shí)，某些網(wǎng)絡(luò)需要大量的編程修改或信息重新布局,。數(shù)據(jù)流可以改變,，引起中斷錯(cuò)誤和破壞網(wǎng)絡(luò)效率。然而,，面向?qū)ο竽Ｐ秃瓦壿嬏幚?，如以太網(wǎng)/IP使用的通用工業(yè)協(xié)議（CIP）允許工作單元的添加或刪除，不需要其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重新配置或通信路徑,。”

作者信息:
Dan Hebert
PE高級(jí)技術(shù)編輯