2013/10/31 00:00
【日經(jīng)BP社報(bào)道】始于信息系統(tǒng)的以太網(wǎng)浪潮已經(jīng)波及到工廠的末端設(shè)備。不過(guò)，工業(yè)以太網(wǎng)的規(guī)格多達(dá)10多種，處于“群雄割據(jù)”的狀態(tài)。這些規(guī)格在確保實(shí)時(shí)性的方法等方面存在差異，今后，隨著時(shí)間的流逝將實(shí)現(xiàn)優(yōu)勝劣汰。
如今，以太網(wǎng)開(kāi)始在工廠及發(fā)電站等所有的工業(yè)設(shè)備中出現(xiàn)。雖然以前以太網(wǎng)也被用于生產(chǎn)管理和生產(chǎn)工序間的信息共享等，但現(xiàn)在，傳感器和致動(dòng)器等末端設(shè)備也逐漸開(kāi)始連接以太網(wǎng)。
以太網(wǎng)的用途擴(kuò)大到末端設(shè)備的契機(jī)之一，是450mm晶圓半導(dǎo)體制造工廠的建設(shè)熱潮。直徑450mm的晶圓的面積是300mm晶圓的2倍以上，半導(dǎo)體制造的難度升高。傳感器的觀測(cè)點(diǎn)也增加，需要進(jìn)行精密控制。以前末端設(shè)備大多通過(guò)以EIA-485為基礎(chǔ)的自主接口連接，但現(xiàn)在出現(xiàn)了“（10Mbit/秒以下的）傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通信容量已顯不足”（EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)的村山信次）的情況。
在要求生產(chǎn)具備高速化和高精度化的纖維產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域，末端網(wǎng)絡(luò)的大容量化需求也日益凸顯。另外，無(wú)需高速以太網(wǎng)的發(fā)電站和化工廠等因易于鋪設(shè)和管理性高等原因，在新設(shè)和更新設(shè)備時(shí)也越來(lái)越多地選擇以太網(wǎng)。
分三個(gè)階段導(dǎo)入
在工業(yè)用途導(dǎo)入以太網(wǎng)分三個(gè)階段（圖1）。第一階段是“信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)”，主要是連接負(fù)責(zé)制造和發(fā)電系統(tǒng)整體的監(jiān)測(cè)及指示等的裝置。隨著ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）和SCM（供應(yīng)鏈管理）等經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)的導(dǎo)入，信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)從1990年代后半期開(kāi)始導(dǎo)入。
圖1：從2010年前后開(kāi)始在現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)普及
工程管理等此前就使用以太網(wǎng)。從2008年前后起，隨著標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體制定除了實(shí)時(shí)性更高的標(biāo)準(zhǔn)，要求數(shù)ms以下等快速響應(yīng)性的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用網(wǎng)絡(luò)也開(kāi)始使用以太網(wǎng)。
從2000年代上半期開(kāi)始采用以太網(wǎng)的是“控制器間網(wǎng)絡(luò)”，包括用來(lái)連接在接收傳感器輸入數(shù)據(jù)的同時(shí)控制致動(dòng)器動(dòng)作的“PLC（可編程邏輯控制器）”、控制機(jī)器人的“機(jī)器人控制器”以及控制閥門等的“DCS（集散控制系統(tǒng)）”等。滿足了想用相同的接口連接不同規(guī)格控制器的用戶需求。
2010年前后，“現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)”也開(kāi)始采用以太網(wǎng)，用來(lái)連接PLC、DCS和傳感器、致動(dòng)器（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）。
需要實(shí)現(xiàn)ms以下的響應(yīng)特性
需要實(shí)現(xiàn)ms以下的響應(yīng)特性
分不同時(shí)期導(dǎo)入是因?yàn)槁?lián)網(wǎng)設(shè)備的性能和實(shí)時(shí)性的要求不同。
最先導(dǎo)入的信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)原本就具備導(dǎo)入以太網(wǎng)的基礎(chǔ)。因?yàn)闃?gòu)成信息網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備以個(gè)人電腦為基礎(chǔ)，而且通信內(nèi)容也以收集全局信息為主，因此不需要實(shí)時(shí)性，能直接導(dǎo)入普通的以太網(wǎng)產(chǎn)品。
而控制器間網(wǎng)絡(luò)在工序間的信息交換等方面要求具備數(shù)ms～數(shù)十ms的響應(yīng)性，因此必須制定考慮通信實(shí)時(shí)性的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，在2000年代上半期標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)以前，并沒(méi)有普及。
現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的條件更嚴(yán)格，尤其是要求高精度動(dòng)作的設(shè)備，必須具備數(shù)ms以下的響應(yīng)性。另外，連接現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備很多都沒(méi)有配備CPU，即使配備，處理能力也非常低。
最近，響應(yīng)性在1ms以下的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，而且，隨著LSI的進(jìn)化，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的性能也有所提高，因此開(kāi)始迅速采用以太網(wǎng)。
通用型和定制型
不過(guò)，雖然統(tǒng)稱為工業(yè)以太網(wǎng)，但實(shí)際上有多種標(biāo)準(zhǔn)，光是主要標(biāo)準(zhǔn)就有近10種（表1）注1）。這是因?yàn)?，制定?biāo)準(zhǔn)的團(tuán)體都希望國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與自己開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)具有統(tǒng)一性，不同標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思想也不相同。
注1）正文中沒(méi)有介紹的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)有Ethernet POWERLINK Standardization Group的“POWERLINK”、日本電機(jī)工業(yè)會(huì)的“FL-net”、Fieldbus Foundation的“HSE”、sercos international的“sercos Ⅲ”等。
這些標(biāo)準(zhǔn)主要分為兩類（圖2）。一類是“通用型”，其方針是積極利用在辦公網(wǎng)絡(luò)等普及的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。比如“EherNet/IP”和“PROFINET”等。
還有一類是“定制型”，這類標(biāo)準(zhǔn)為了應(yīng)對(duì)延遲時(shí)間短的要求，追加了不同于以太網(wǎng)的自主標(biāo)準(zhǔn)。定制型專門面向控制器間網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)用途。比如“EtherCAT”、“CC-Link IE”及“MECHATOROLINK-Ⅲ”等協(xié)議。
圖2：工業(yè)以太網(wǎng)規(guī)格可分為通用型和定制型兩大類
以利用IT領(lǐng)域使用的以太網(wǎng)產(chǎn)品為目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體盡量選擇符合IT標(biāo)準(zhǔn)的通用型架構(gòu)。而設(shè)想用于現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)、重視實(shí)時(shí)性的標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體選擇連接器和PHY芯片與以太網(wǎng)通用，對(duì)高級(jí)部分進(jìn)行定制的架構(gòu)。
通用型和定制型各有利弊（圖3）。通用型的優(yōu)點(diǎn)是能利用市售的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和以太網(wǎng)用芯片，而且網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的自由度也比較高。但缺點(diǎn)是，如果連接大量的致動(dòng)器和傳感器、采用與TCP/IP通信共用線路的構(gòu)成時(shí)，可能無(wú)法確保實(shí)時(shí)性。
圖3：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成各異的通用型和定制型
通用型可以像辦公室以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)一樣，在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)連接所有設(shè)備。定制型是將現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)分離的網(wǎng)絡(luò)。
而定制型的實(shí)時(shí)性高，但需要準(zhǔn)備專用的ASIC和FPGA等，缺乏通用性。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)也必須使用專用產(chǎn)品。
目前，用戶需要根據(jù)這些差異，按照用途選擇適合的標(biāo)準(zhǔn)。
未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量將減少
工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在雖然處于“群雄割據(jù)”狀態(tài)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，很可能會(huì)減少到數(shù)種。
目前，提供現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和PLC等的控制器的廠商因標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，只好采取支持多種標(biāo)準(zhǔn)的方法。為了減輕這種負(fù)擔(dān)，半導(dǎo)體廠商中也出現(xiàn)了提供多協(xié)議以太網(wǎng)芯片等的動(dòng)向。不過(guò)，這類芯片也不支持份額小的標(biāo)準(zhǔn)。
因此，無(wú)法獲得份額的標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)被用戶舍棄，不久就會(huì)退出市場(chǎng)。這是很多標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的最終歸宿。不過(guò)，在難以更換設(shè)備的領(lǐng)域，被淘汰的時(shí)間可能會(huì)長(zhǎng)一些。
下面就來(lái)一一介紹五種比較有特色的工業(yè)以太網(wǎng)——EherNet/IP、PROFINET、EtherCAT、CC-Link IE和MECHATROLINK-Ⅲ。
EherNet/IP：十分注重標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
EherNet/IP：十分注重標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
EherNet/IP是羅克韋爾自動(dòng)化（Rockwell Automation）主導(dǎo)開(kāi)發(fā)的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。在IHS的工業(yè)以太網(wǎng)市場(chǎng)份額調(diào)查中，EherNet/IP在2011年以13.5％的份額高居榜首。
該標(biāo)準(zhǔn)的制定團(tuán)體Open DeviceNet Vendor Association（ODVA）的主要企業(yè)除了羅克韋爾外，還有博世力士樂(lè)、思科系統(tǒng)、歐姆龍、施耐德電氣。
EherNet/IP的特點(diǎn)是，完全建立在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)之上（圖4）?？芍苯永肐T系統(tǒng)中通常使用的以太網(wǎng)交換機(jī)。
圖4：利用互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的EherNet/IP
必要功能全部安裝到TCP/IP上（a）。要求實(shí)時(shí)性的通信利用UDP/IP，不要求實(shí)時(shí)性的通信利用TCP/IP。（圖（a）由《日經(jīng)電子》根據(jù)ODVA的資料制作）
傳感器和致動(dòng)器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備也要求TCP/IP及UDP/IP通信注2）。由于從生產(chǎn)管理系統(tǒng)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可直接通信，因此，“能輕松地把末端傳感器的信息直接發(fā)送至品質(zhì)管理數(shù)據(jù)庫(kù)”（ODVA日本支部的稻山知己）。傳統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)由于采用分級(jí)構(gòu)造，必須要改變中繼點(diǎn)的程序才能獲得新末端的傳感器信息。
注2）ODVA還面向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備定義了名為DeviceNet的自主接口，采用從上層連接EherNet/IP的設(shè)備和連接DeviceNet的設(shè)備都能進(jìn)行相同處理的架構(gòu)。
實(shí)時(shí)通信利用UDP/IP
EherNet/IP制定了不考慮實(shí)時(shí)性的“顯式消息（Explicit Message）”和考慮實(shí)時(shí)性的“I/O消息”兩種通信方式。顯式消息利用TCP/IP通信，用于向聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)送指令和設(shè)定參數(shù)等。
I/O消息利用UDP/IP通信，用于發(fā)送傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)和致動(dòng)器控制數(shù)據(jù)等。不過(guò)，通信會(huì)話的確立利用的是TCP/IP通信。
利用IEEE1588同步時(shí)間
控制致動(dòng)器等所需的同步利用以太網(wǎng)水平的時(shí)間同步協(xié)議“IEEE1588”完成。該協(xié)議在主時(shí)鐘側(cè)和從時(shí)鐘側(cè)互發(fā)時(shí)間戳，利用該數(shù)據(jù)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲（圖5）。掌握了傳輸延遲，就能在考慮該網(wǎng)絡(luò)延遲的情況下發(fā)送控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作。
圖5：通過(guò)互發(fā)時(shí)間戳進(jìn)行同步的IEEE 1588
通過(guò)從主設(shè)備和從設(shè)備互發(fā)時(shí)間戳，可觀測(cè)通信線路等的延遲情況。
直接利用以太網(wǎng)時(shí)令人擔(dān)心的問(wèn)題是，在大量數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)能否確保實(shí)時(shí)性。對(duì)此，稻山表示，“雖然還取決于交換機(jī)性能，但通過(guò)利用優(yōu)先控制（QoS），不會(huì)破壞實(shí)時(shí)性”。
PROFINET：為確保低延遲準(zhǔn)備專用交換機(jī)
PROFINET：為確保低延遲準(zhǔn)備專用交換機(jī)
與EherNet/IP展開(kāi)激烈的份額之爭(zhēng)的，是西門子主導(dǎo)的PROFINET。在IHS公司2011年實(shí)施的市場(chǎng)份額調(diào)查中，PROFINET占13.4％，與EherNet/IP基本相同。
PROFINET的設(shè)計(jì)思想與EherNet/IP相似，目標(biāo)是使構(gòu)成制造系統(tǒng)的所有設(shè)備連接至一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
PROFINET與EherNet/IP的不同之處是，采用了更重視實(shí)時(shí)性的設(shè)計(jì)（圖6）。比如，在要求實(shí)時(shí)性的通信中，規(guī)定不使用會(huì)產(chǎn)生處理延遲的TCP/IP協(xié)議棧，而是直接在以太網(wǎng)幀內(nèi)打包數(shù)據(jù)進(jìn)行交換。不過(guò)，在設(shè)備的參數(shù)設(shè)定、固件升級(jí)及自我診斷用轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)的收發(fā)等不要求具備實(shí)時(shí)性的方面，還是積極利用TCP/IP。
圖6：為確保實(shí)時(shí)性，準(zhǔn)備了自主規(guī)格的PROFINET
PROFINET在不考慮實(shí)時(shí)性的通信中使用TCP/IP（a）。針對(duì)需要實(shí)時(shí)性的情況，準(zhǔn)備了使用普通以太網(wǎng)交換機(jī)的RT，以及可通過(guò)特殊以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行小抖動(dòng)通信的IRT（b）。支持IRT的交換機(jī)備有IRT用通信時(shí)序（c）。（圖（a）和（c）由《日經(jīng)電子》根據(jù)日本PROFIBUS協(xié)會(huì)的資料制作）
實(shí)時(shí)通信分兩種模式
作為在以太網(wǎng)幀中直接保存數(shù)據(jù)的機(jī)制，PROFINET規(guī)定了RT和IRT兩種模式。RT利用通用以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)。由于同一網(wǎng)絡(luò)中可能會(huì)有TCP/IP等其他通信，因此RT與其他通信可能會(huì)爭(zhēng)奪通信頻帶?？梢哉f(shuō)，這是能在一定程度上容許傳輸延遲抖動(dòng)的盡力（Best Effort）型實(shí)時(shí)控制通信方式。
而IRT利用PROFINET專用的以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)。嚴(yán)密劃分傳輸時(shí)間（通信周期），在該時(shí)間內(nèi)發(fā)送IRT通信幀。抖動(dòng)可控制在1μs以下。另外還準(zhǔn)備了TCP/IP用和RT通信用頻帶，在不妨礙IRT通信的范圍內(nèi)為其分配頻帶。
集中利用IRT交換機(jī)
由于采用了這樣的機(jī)制，所以在利用IRT通信的范圍內(nèi),必須全部使用支持IRT的交換機(jī)。不過(guò)，IRT交換機(jī)還支持RT和TCP/IP通信，因此，在通用以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)之間，可設(shè)置用IRT交換機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，比較靈活。
以前利用IRT構(gòu)成的最小通信周期是250μs，但2010年公開(kāi)的2.3版本規(guī)定最小通信周期為31.25μs。這是為了對(duì)抗下面介紹的EtherCAT等現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)專用標(biāo)準(zhǔn)。以前設(shè)想把以太網(wǎng)的最大有效負(fù)載長(zhǎng)度（1500B）的幀分配給IRT通信以外的用途，準(zhǔn)備了約為1500B的發(fā)送時(shí)間2倍的250μs注3）。但隨著最小通信周期縮短至31.25μs，把以太網(wǎng)的有效負(fù)載長(zhǎng)度限制為375B注4）。
注3）以100Mbit/秒發(fā)送1500B的數(shù)據(jù)需要120μs。再加上前導(dǎo)碼（Preamble）和以太網(wǎng)報(bào)頭（Ethernet Header）等，約為125μs。一個(gè)周期為IRT和其他通信各分配一幀，就是250μs。
注4）不過(guò)，即使把有效負(fù)載容量限制為375B，由于會(huì)在接收處重新構(gòu)成數(shù)據(jù)，因此對(duì)通信沒(méi)有影響。
EtherCAT：以環(huán)型拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)小抖動(dòng)和高速循環(huán)
EtherCAT是倍福自動(dòng)化（Beckhoff Automation）主導(dǎo)的定制型工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，于2003年公開(kāi)。
IHS的調(diào)查顯示，EtherCAT本身的份額在2011年只有2.3％。但實(shí)際上，“在制造裝置內(nèi)使用而沒(méi)有體現(xiàn)在統(tǒng)計(jì)上的情況很多，實(shí)際使用率超過(guò)了表面數(shù)字”（EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)的村山）。
EtherCAT設(shè)想用于致動(dòng)器等連接的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，采用可實(shí)現(xiàn)1μs以下小抖動(dòng)通信的設(shè)計(jì)。循環(huán)時(shí)間最小為12.5μs，通信采用以太網(wǎng)幀，但聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要具備專用ASIC或FPGA注5）。因此，前提是只有支持EtherCAT的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。
注5） 主設(shè)備可利用配備IEEE802.3通用以太網(wǎng)芯片的個(gè)人電腦實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橹髟O(shè)備不要求進(jìn)行高速以太網(wǎng)傳輸。
采用“不會(huì)停止的環(huán)狀線”
EtherCAT的特點(diǎn)是采用了環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從PLC和DSC等主設(shè)備發(fā)送以太網(wǎng)的幀，繞環(huán)形網(wǎng)絡(luò)一周，完成與主設(shè)備和從設(shè)備（傳感器和致動(dòng)器）的通信。
這種通信機(jī)制“就像是不在車站停車的環(huán)狀線路一樣”（EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)的村山）。各個(gè)從設(shè)備在內(nèi)存上展開(kāi)發(fā)送來(lái)的以太網(wǎng)幀，讀取發(fā)給自己的數(shù)據(jù)領(lǐng)域，把發(fā)送給主設(shè)備的數(shù)據(jù)寫入分配給自己的領(lǐng)域后立即發(fā)出。采用把讀取和發(fā)送處理的時(shí)間控制在數(shù)ns內(nèi)的設(shè)計(jì)（圖7）。
圖7：定期巡視數(shù)據(jù)包的EtherCAT
EtherCAT利用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（a）。發(fā)送含有從主設(shè)備到所有從設(shè)備的通信數(shù)據(jù)的幀。從設(shè)備依次接收，在讀取自身領(lǐng)域的同時(shí)向主設(shè)備寫入數(shù)據(jù)（b）。（圖（b）由《日經(jīng)電子》根據(jù)ETG的資料制作）
CC-Link IE：以業(yè)績(jī)?yōu)槲淦鞴フ紒喼奘袌?chǎng)
CC-Link IE：以業(yè)績(jī)?yōu)槲淦鞴フ紒喼奘袌?chǎng)
“與‘CC-Link’的高親和性是最大的武器”，CC-Link協(xié)會(huì)技術(shù)分會(huì)會(huì)長(zhǎng)楠和浩說(shuō)道。相當(dāng)于CC-Link IE前身的CC-Link是作為三菱電機(jī)的采用EIA-485的工業(yè)設(shè)備用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)誕生的。作為其后續(xù)技術(shù)，制定了基于以太網(wǎng)的CC-Link IE。面向控制器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)和面向現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)分別于2007年和2009年制定并公開(kāi)。
因?yàn)樵揪褪侨怆姍C(jī)的技術(shù)，所以在采用了該公司的PLC和逆變器等的汽車、半導(dǎo)體和液晶面板生產(chǎn)基地，采用CC-Link IE的案例較多。這些領(lǐng)域的生產(chǎn)基地集中在韓國(guó)、日本、中國(guó)大陸和臺(tái)灣等亞洲地區(qū)，因此以EIA-485為基礎(chǔ)的CC-Link在韓國(guó)、日本和臺(tái)灣擁有40％以上的份額注6），采用的是隨著工廠設(shè)備的更新促進(jìn)CC-Link IE采用的戰(zhàn)略。作為汽車和液晶面板等的生產(chǎn)基地正迅猛成長(zhǎng)的中國(guó)大陸市場(chǎng)也有望普及CC-Link IE。
注6） 在IHS公司2011年的市場(chǎng)份額調(diào)查中，CC-Link IE的份額包含在“其他”的9％中，統(tǒng)計(jì)上的份額不明。
CC-Link IE與CC-Link具備應(yīng)用水平的兼容性。CC-Link協(xié)會(huì)利用該特點(diǎn)，推動(dòng)希望使用工業(yè)以太網(wǎng)的CC-Link用戶采用易用性相同的CC-Link IE。換言之，就是在已經(jīng)導(dǎo)入CC-Link的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)促進(jìn)CC-Link IE的普及。
采用令牌方式
CC-Link IE的通信采用的是“令牌傳遞”通信方式。在這種方式中，擁有令牌的設(shè)備擁有獲得發(fā)送權(quán)（圖8）。從主設(shè)備依次向從設(shè)備傳遞令牌，接收到令牌的從設(shè)備向主設(shè)備發(fā)送以太網(wǎng)幀。最后令牌回到主設(shè)備，一個(gè)周期的通信結(jié)束。從主設(shè)備發(fā)送至從設(shè)備的數(shù)據(jù)，在一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)將包含了要發(fā)給所有從設(shè)備的數(shù)據(jù)的幀一次性發(fā)送出去。
圖8：利用令牌控制從設(shè)備通信的CC-Link IE
利用以太網(wǎng)的廣播通信交換數(shù)據(jù)。從主設(shè)備到各從設(shè)備為一次同時(shí)發(fā)送，而由從設(shè)備到主設(shè)備是由擁有令牌的設(shè)備輪流發(fā)送數(shù)據(jù)。
傳遞令牌的順序在系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)等確定。各從設(shè)備能發(fā)送幾幀在確定順序時(shí)確定。
MECHATROLINK-Ⅲ：專用于致動(dòng)器，通過(guò)重發(fā)提高可靠性
MECHATROLINK-Ⅲ：專用于致動(dòng)器，通過(guò)重發(fā)提高可靠性
MECHATROLINK-Ⅲ是在安川電機(jī)的主導(dǎo)下于2007年公開(kāi)的致動(dòng)器控制用以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，與PLC等主設(shè)備間交換控制所需的位置數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)、輸入輸出狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)高精度控制。與其他標(biāo)準(zhǔn)的不同之處在于，該標(biāo)準(zhǔn)兼顧了實(shí)時(shí)性和重發(fā)功能。由于通信與設(shè)備的控制密切相關(guān)，因此不使用普通的以太網(wǎng)芯片，以利用ASIC和FPGA為前提。
通信方法采用將主從設(shè)備間的一對(duì)一通信進(jìn)行周期性循環(huán)的形態(tài)（圖9）。如果有1～n個(gè)從設(shè)備，就反復(fù)進(jìn)行由主設(shè)備到從設(shè)備1、從設(shè)備1到主設(shè)備、主設(shè)備到從設(shè)備2、從設(shè)備2到主設(shè)備的通信，直到從設(shè)備n。最小周期為31.25μs。
圖9：具備重發(fā)功能的MECHATROLINK-Ⅲ
MECHATROLINK-Ⅲ中，主設(shè)備和各從設(shè)備定期進(jìn)行1對(duì)1通信。當(dāng)從設(shè)備的響應(yīng)未抵達(dá)主設(shè)備時(shí)（圖中×的位置），可在重發(fā)期間再次發(fā)送。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)MECHATROLINK協(xié)會(huì)的資料制作）
在反復(fù)通信之后，還設(shè)置了重發(fā)時(shí)間，針對(duì)主設(shè)備未收到響應(yīng)的從設(shè)備，由主設(shè)備重發(fā)相同的幀，催促通信返回。
同步控制是通過(guò)所有通信芯片共享通信周期、在共享時(shí)運(yùn)行設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的。時(shí)間的同步由通信芯片根據(jù)自主協(xié)議實(shí)施。
