2023年11月09日
目前，在工业控制领域，生产现场应用最广泛的是工业以太网技术和工业现场总线技术，为工厂实现自动化带来有力推动。工业总线是一种在工业控制系统中使用的通讯技术，可根据工业环境需求定制和优化，以实现设备之间的实时通信和数据交换。
为标准化工业总线，基于 IEC 61158 标准总线协议族标准衍生出通讯协议和技术如 EtherNet/IP、PROFINET、Modbus TCP、EtherCAT 等。
作为AHTE 2024 主题专区之一，工业自动化控制专区聚焦PLC可编程逻辑控制器、运动控制、协议网关、自动化软件及以 I/O模块为核心的工业总线解决方案等，为自动化生产过程提供更为简单、高效、稳定的自动化控制方案。
AHTE 2023展会现场
作为智能装配与自动化国际盛会，AHTE 汇聚了众多工业自动化控制领域的知名企业参展，包括：西门子、罗克韦尔、威图、菲尼克斯、倍福、FESTO、博世力士乐、奇石乐、汇川技术、砺星、巴鲁夫、易福门、穆尔电子、西克、堡盟、东安电气、无锡凌科、实点科技、德克威尔、零点自动化、苏培、晨控智能、友上、康睿得、思谷、万可、浩亭等展示前沿技术应用及多行业解决方案。
工业总线优势
工业总线提供高带宽和低延迟的数据传输能力，可满足工业控制系统对实时性和可靠性的要求。同时为了兼容工业现场的复杂连接场景，工业总线支持灵活的拓扑结构，并且有些工业总线还可兼容现有的以太网设备接口，方便系统的集成和扩展。
工业以太网总线相比传统的工业通信技术具有以下显著优势：
· 高性能：提供高带宽和低延迟的数据传输能力，可满足实时控制系统对数据交换和通信的高要求，同时具备抗干扰等特性。
· 灵活拓展：有良好的兼容性和可扩展性，可与现有的以太网设备无缝集成，支持多种通信协议和技术，适应不同厂商和设备的需求。
· 可靠性强：采用多种冗余和故障恢复机制，确保通信可靠性和连续性；支持链路冗余、环网冗余和路径冗余等技术。其快速恢复机制和自动重试策略，可在设备或链路故障时快速切换并保持通信稳定。
工业总线的总类
图1：工业总线协议族
亚洲市场 PROFINET 的市场份额最高，其次是EtherNet/IP，CC-Link、EtherCAT、PROFIBUS 和 Modbus(RTU/TCP) 也是强有力的竞争者。其中 EtherCAT 总线发展势头强劲，市场份额不断扩大。
图2：西门子PLC循环周期设置
西门子推出的PLC编程平台博图软件具备领先的便捷性、易用性，同时 PROFINET 总线的节点硬件总类繁多，不管线体多复杂的应用方案总能找到解决方案。
它不仅支持各种拓扑结构，方便系统的集成及拓展，还兼容现有以太网接口及协议，不仅能实现线体的实时控制，还可以通过TCP向Web及云端提供数据服务。
工业现场不同的应用需求需要不同等级的通道传输数据，PROFINET 总线提供以下三种通道类型：
· Tcp/IP通道 ：响应时间100ms左右，可以用来做参数配置、诊断数据和用户发送数据通道。
· 实时通道RT ：软实时方案，一般响应时间为10ms，过程数据循环传输、事件控制的信号与报警信号灯。
· 实时通道IRT ：该通信模式下，数据的循环刷新时间小于1ms。
AMTS & AHTE 2023展会现场西门子展台
EtherCAT总线
图3：EtherCAT主从站数据流示意
EtherCAT 是由德国倍福公司提出的一种实时以太网技术。相比传统现场总线，EtherCAT 的数据传输速率有了极大提升，同时基于标准以太网帧传输，其单帧数据容量可达1486 Bytes ，传输数据量方面 EtherCAT 有无比的优越性。
同时EtherCAT 几乎没有设备容量限制，最大从站设备数可达65535个。对于高精度、高同步控制要求的多轴伺服控制设备而言，EtherCAT 可选择使用分布式时钟方式同步节点，并采用基于硬件的时间校准机制，整个系统抖动时间远小于1us。
EtherCAT 仅使用了物理层、链路层、应用层三层协议，其协议栈更加精简。这也是 EtherCAT 协议实时性优越于其它实时以太网协议的重要原因之一。
高响应、低延时、高可靠是其最显著的特点，所以EtherCAT 总线在有高要求的运动控制领域占比逐年提升。
AHTE 展会现场倍福展台
Modbus总线
Modbus 通信协议由Modicon 公司于1979年发明，是全球最早用于工业现场的总线规约。
Modbus 通信协议有多个变种，具有支持串口（主要是RS-485总线），以太网多个版本，其中著名的是Modbus RTU,Modbus ASCII和Modbus TCP 三种：
· Modbus ASCII：由于采用ASCII码传输，并利用特殊字符作为字节的开始与结束标识，其传输效率远远低于Modbus RTU协议，一般只有在通信数据量较小的情况下才考虑使用。
· Modbus RTU：由于其采用二进制表现形式以及紧凑数据结构，通信效率较高，应用比较广泛。
· Modbus TCP：协议是在RTU协议上加一个MBAP报文头，由于TCP是基于可靠连接的服务，RTU协议中的CRC校验码就不再需要。
图4：不同PLC Modebus TCP 实时测试数据
Modbus 总线因公开发表无版权要求、易部署和维护等特点大量应用于工业现场。
但Modbus 通信是尽力而为的转发机制，并不保证数据传输时延和抖动的确定性。这点上Modbus TCP和PROFINET RT/IRT、EtherCAT 等是不同的。
因此，用户会认为Modbus TCP 是非时间确定性数据通信，不能用于对时间确定性有严格要求的场合。
伺服压机系统和总线的关联
砺星伺服压机是功能复杂的高端设备，在自动产线中承担着精密制造加工零件、在线监控评估制造过程、存储加工制造过程数据等任务。
作为自动化产线的一个从站设备，伺服压机控制、状态、生产数据需要不间断和PLC进行交互。
为了应对多样的总线需求，伺服压机的控制系统中需要存在总线模块和不同种类的PLC进行数据交互。为此砺星伺服压机自研高性能的总线模块，该总线模块具备以下优点：
· 高兼容性：支持市面上几乎所有总线的类型，例如PROFINET、EtherCAT、CC-LINK、Modbus TCP、EtherNet/IP等。
· 高响应：伺服压机系统和总线模块的内部通讯速度能达到1ms，当连接的PLC控制周期够快时可以快速响应PLC的控制指令。
自研总线模块的高响应性，砺星伺服压机在PLC中断控制的过冲表现优于同类产品。
“伺服压机系统中及其重要的一环是控制器对于伺服驱动器的控制，其中驱动器和控制器之间进行数据通讯的协议类型也决定和影响者控制性能的优劣。
砺星伺服压机采用EtherCAT总线作为控制器内部的控制总线，将控制器、数据采集、驱动器链接起来，并将系统的控制循环周期设定为250us。相比于ModbusTCP 的 5ms-10ms 循环控制速度而言，在响应速度上更高，250us的内部控制响应，带来了更好的过冲控制，同时能实现更高精度的运动控制（对压鸡蛋的运动控制功能实现依赖于此）。”
AHTE 2023 砺星展台精彩回顾
砺星作为智能装配领域的制造专家，致力于提供先进的连接装配解决方案。在AHTE 2023展会现场，砺星携精密性压机、拉铆系列产品以及拧紧系统相关产品精彩亮相，现场吸引行业内众多专业客户驻足观看，向广大客户展示压装、铆接、拧紧等装配工艺，赋能数字化生产，助力智能化产线。
作为智能装配及自动化领域国际盛会，第十七届上海国际工业装配及传输技术展览会（AHTE 2024）将于2024年7月3-5日在上海新国际博览中心举办，展会涵盖自动化技术、装配技术、机器人技术、传输搬运技术、连接技术、传动技术、监控技术、测试技术、集成系统、拆分技术、微技术、智能制造、电气系统、传输设备、工业自动化元器件及辅助设备等产品，全面服务于工业自动化及工业机器人行业从源头到终端整条工业自动化产业链。
展会通过全面展示汽车及零部件、新能源、3C电子、半导体、医疗器械、制药、家电、食品/饮料/包装、机械制造、飞机、轨交、船舶、玻璃、冶金、石化等行业自动化及装配系统集成解决方案，推广新理念，介绍新产品，促进新技术应用，为生产过程更高效、更系统、更智能提供了保证！
2024年11月6-8日将在深圳国际会展中心（宝安新馆）举办华南国际工业装配与传输技术展览会（AHTE South China 2024），是 AHTE 品牌展上海国际工业装配及传输技术展览会在中国华南地区举办的系列展之一。
如果你也有工业自动化控制解决方案，立即加入AHTE 2024，AHTE相约您明年7.3-5@上海见！
图文、视频来源：砺星
参展咨询：
电话：021-2231 7397/2231 7371
邮箱：ahte@rxglobal.com
展会预告：
· AHTE 2024
2024年7月3-5日 上海新国际博览中心
· AHTE South China 2024
2024年11月6-8日 深圳国际会展中心（宝安新馆16号馆）
