工業用乙太網路介紹

摘要：複雜的自動化系統是由有架構的控制系統組成，工業乙太網路將可以使複雜的自動化系統架構做有效率的使用，本文根據製造商的文件比較工業乙太網路中的PROFINET、POWERLINK、Ethernet/IP、EtherCAT、SERCOS III等系統，將針對這五種工業乙太網路的技術性、實時性、標準化狀態等特性進行比較，對於工業乙太網路的也將提出系統實施方法並針對進行簡略性的說明。最後將工業乙太網路於自動化系統或機械手臂上的應用作介紹。

Abstract: Complex automation systems consist of a control system architecture, and industrial Ethernet will enable complex automation systems to make efficient use of this infrastructure. Comparison of Industrial Ethernet PROFINET, POWERLINK, Ethernet / IP, EtherCAT, SERCOS III, including the technical aspects for the five Industrial Ethernet, real-time, standardization status and other characteristics were compared. A method for industrial Ethernet and simple implementation of instructions are proposed. Finally, the Industrial Ethernet is described in the application of automation systems or mechanical arm.

關鍵詞：工業乙太網路、現場匯流排、實時性

Keywords：Industrial Ethernet, Fieldbus, Real-Time

前言
現場總線（fieldbus）是工業用通訊協定的統稱，IEC 61158制定了現場總線的標準，複雜的自動化系統是由有架構的控制系統組成，人機層讓操作員操作與監控自動化系統，中間層由許多可程式邏輯控制器（PLC）或PC-Base控制器組成之間由網路系統溝通，底層是由現場總線連接PLC、感測器、致動器等元件組成。

對於主流的工業乙太網路，雖然訂定標準的製造商提供了想當豐富的資訊，來講述工業乙太網路的技術性與特定功能性，但也是無法從製造商得特定文件內取得全面的比較。

根據製造商的文件[1]，本文比較出五個工業乙太網路技術的技術、實時性、標準化狀態等特性，並將其工業乙太網路於自動化系統或機械手臂上的應用作介紹。

工業乙太網路介紹
IMS和ARC調查大約四分之三的工業乙太網路使用Ethernet/IP，PROFINET與Modbus/TCP，如圖1，而POWERLINK和EtherCAT技術的工業乙太網路更加適合硬體實時性的運動控制需求。

工業乙太網路的實施
在乙太網路（IEEE802.3）中為了解決碰撞問題採用了CSMA/CD通訊協議，此協議不保證網路延遲性，如果同時有多個網路訊框傳送將造成碰撞，發生碰撞的訊框將會被丟棄重送，當網路負載嚴重時將會有不斷碰撞重送的現象，此訊框將無法預期延遲性。
工業乙太網路使用了不同的方法去避免這種訊框碰撞問題，對於硬體實時信號傳輸時間必須更精確的依據時間框來傳送，用於軟體實時的系統實時性可達數百毫秒，而用於運動控制或數位控制的系統實時性需小於一毫秒，如圖2。