行业见解
以太网PowerLink后面的电源是多少?
发表于04/04/2007
作者:John Mazurkiewicz, Baldor Electric
自动化设计人员,建设者和集成商正在使用以太网PowerLink合并伺服/运动技术,实现更高的性能水平以及许多额外的优点。
伺服/运动控制在全球范围内使用苛刻的应用,并且使用伺服/运动套餐的现代工业自动化设备已被证明是强大的,灵活,易于使用,同时提供了一系列功能。此外,工厂的高速通信网络正在变得普遍,因此它现在变得容易将伺服/运动集成到自动化过程中。这是通过使用以太网PowerLink完成的。
以太网PowerLink的成功可以归因于其开放性 - 它不需要自定义芯片组或ASICS - 标准芯片可以从各种供应商中购买。
以太网PowerLink协议采用经过精心验证的标准以太网技术,增强可提供实时控制,确定性行为,并提供网络安全作为标准。密钥以太网PowerLink属性列于图1中。
图1 - 以太网PowerLink属性
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实时控制
对于自动化和运动应用,需要实时控制以处理机器的动态速度,复杂的控制循环以及安全协议。实时控制,或系统对事件的反应有多快(如操作员HMI输入或按钮,传感器激活和故障或报警条件)必须是一致的和快速的。动态响应和提高的精度是高性能应用中的要求,如机床,包装和打印。在这些应用中,可以在多轴运动控制器和几个伺服驱动器之间共享运动的协调。影响性能的一个因素是每个驱动器中控制环路的精度是同步化的。
同步循环必须同步一致,因为控制系统以循环更新原则工作,而这个时间的变化有有害的影响,如引入速度变化和波动,影响机器操作和最终产品质量。这种时序的变化被表示为“抖动”,ETHERNET Powerlink实现了小于1 μs的循环抖动,这使得它优于其他许多实时机器运动控制方法。所有驱动器同步它们的控制环到这个循环时间参考。
另外,为了优化运动控制的循环时间,实时通信系统允许传输每个周期的重要信号,例如命令和反馈和机器I / O,而其他较少的关键设备可以在许多周期上更新(称为多路复用)。这允许优化的定时,提供更短,更快的通信循环时间和更高的带宽。以太网PowerLink为快速系统响应提供降低到200μs的循环更新率。这使得在现代自动化应用中具有出色的反应时间。
确定性
另一个重要属性是确定性 - 在通信项中意味着消息必须在特定的可预定时间中达到目的地。换句话说,必须在非常短的和精确的可配置周期内保证时间关键数据传输(较少的时间关键数据可以在保留的异步时隙中传输)。在保证时间到达目的地的消息对于运动控制和某些机器I / O设备至关重要。
虽然广泛使用,“标准”以太网不是确定性的,因为诸如数据冲突,消息查询和由系统上绑定的路由器引入的时序延迟等特征。以太网PowerLink完成确定性并通过协调设备之间的信息交换来避免数据冲突。它管理在分配的时隙内对网络的访问,因此通过设计防止冲突并确保数据准确地和按时交换。
在应用层,以太网Powerlink也被广泛应用,并与知名的CANopen设备配置文件相结合。之所以采用这种方法,是因为CANopen的功能得到了许多供应商的良好定义和支持。在工厂车间的以太网可能在一个公共网络上集成运动控制和现场设备控制,为了实现这一点,必须提供来自多个供应商的广泛的现场设备。因此,Powerlink小组与CAN自动化(CiA)小组密切合作,采用CANopen应用层和设备配置文件(如描述定位驱动器的操作行为的DS402)。CANopen设备的可用性为许多制造商提供了广泛的其他灵活和可靠的解决方案。
安全
以太网PowerLink的主要优点是它为网络上的所有设备提供了可见性。可以将数据传输到标准应用,例如数据基础和过程控制系统。这允许从任何可访问的网络点监控,配置,诊断或升级任何设备。
可以通过IS基础设施来路由设备。但是,如果黑客利用,从任何网络访问,都可能是一个弱点。为了克服这一点,以太网PowerLink作为受保护的段运行。它将通过网关/路由器设备连接到非确定性以太网网络,该网关/路由器设备充当防止攻击诸如MAC(媒体访问控制器)地址过滤和内置防火墙的攻击的防御障碍。以太网PowerLink具有清晰的障碍,只有具有专用权限的用户访问实时域。因此,实时特性将与网络负载无关保持稳定。
对于安全和标准目的,为了确保以太网PowerLink适合自动化网络拓扑的需求,旨在遵守众多国际和安全标准,如IEEE,IEC和其他标准。这些是图2中的轮廓。
图2 - ETHERNET Powerlink支持标准 |
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IEEE 802.3. | 快速以太网 |
IEEE 1588. | 分布式实时域同步 |
ISO 15745-4 | 基于XML的设备描述语言 |
IEC 61784-2 | 数字数据通信 |
IEC 8802 - 3 | |
CANOpen EN50325-4 | 标准设备配置文件 |
IEC 61508. | 安全及安全完整性标准 |
应用程序的好处
今天,许多工厂正在更新他们的控制系统,并采用以太网Powerlink网络。通信是在操作员HMI终端和控制器以及控制工厂设备的各种设备之间进行的。以太网触摸屏成为操作人员监控系统的主要界面。控制器被编程和协调一起工作,以确保过程供应适当的需求和所有设备一起工作。反应在几分之一秒内发生,以太网Powerlink系统确保所有通信都能迅速进行。除了提高工厂效率外,ETHERNET Powerlink还增强了系统,带来了如图3所示的好处。
图3 - 以太网PowerLink优势
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在实现以太网PowerLink以及运动控制到机器中,设计师正在学习它们正在完成从减少的布线和使用单个运动控制器的能力的主要硬件节省。由于建筑时间更快,并且调试更简单,也实现了无法估量的成本。据估计,通过减少以太网PowerLink的接线可以节省硬件,每轴高达130美元。工厂/机器成本降低。
在工厂车间,机器响应已经改善,产量也增加了。通过将集中控制器的协调任务分解为驱动器中小的、快速的分散任务,降低了网络和CPU负载,提高了控制器的性能。易于使用,高级编程语言可用的本地化驱动器减少了什么可能令人生畏的软件项目,以一个可预测的任务。此外,伺服电机提供更高的加速度和速度,并正在取代气动和液压。机器内部的轴数现在由允许的最大节点数和网络带宽决定(参见图4进行比较)。
图 - 现场总线接线 |
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公共汽车 | 拓扑 | 物理媒体 | 马克斯节点 |
最大距离 |
DeviceNet. | 线,输气干线和支线 | 基于CAN的双绞线 | 64 | 500米 @125 kbps |
modbus. | 线,明星,树 | 双绞线,RS232&RS485 | 247. | 交换机之间100米 |
PROFIBUS. | 线,星,戒指 | 双绞线或光纤 | 127. | 100米@ 12Mbps(12公里含纤维) |
以太网Powerlink | 线,明星,树 | 屏蔽CAT5E电缆和RJ45连接器 | 240. | 每连接100米@100 Mbps |
以太网PowerLink具有许多属性,包括许可证;为动态机器速度提供实时控制;通过其“应用程序协议”是确定性的;并将其作为受保护的段运行。PowerLink增强了性能,并提供了许多系统改进。