數(shù)字驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)選擇

關(guān)于數(shù)字驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的選擇，目前沒有一個(gè)清晰的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的模擬信號(hào)相比，優(yōu)勢(shì)顯而易見。數(shù)字網(wǎng)絡(luò)可以大大節(jié)省布線和安裝時(shí)間、費(fèi)用；控制器可以訪問(wèn)所有驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)；更為準(zhǔn)確的電機(jī)控制；驅(qū)動(dòng)和控制可以使用同一套軟件編程；以及降低系統(tǒng)噪音。因此數(shù)字驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的選取成為需要考慮的重要問(wèn)題。
在近幾年，市場(chǎng)中有不少數(shù)字驅(qū)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它們包括：
• SERCOS
SERCOS(Serial Real-time Communication System)是由德國(guó)機(jī)械工具協(xié)會(huì)、電氣制造協(xié)會(huì)與許多工具機(jī)、服務(wù)器廠商針對(duì)數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制所制訂，并于1995年獲的通過(guò)成為IEC 61491國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。SERCOS是目前國(guó)際上唯一成為IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制專用網(wǎng)絡(luò)。以下約略地簡(jiǎn)述其特色：
SERCOS是全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)：在SERCOS問(wèn)世之前，運(yùn)動(dòng)控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器間常需依賴數(shù)位/模擬轉(zhuǎn)換器，以模擬形式的訊號(hào)溝通；而SERCOS提供了一個(gè)全數(shù)字化的接口，就無(wú)須數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，一則節(jié)省數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的成本，再則利用全數(shù)字式的特性，可以制作智能型控制器。
SERCOS是開放式架構(gòu)：SERCOS是一個(gè)由許多制造商共同制訂發(fā)展的架構(gòu)，為一開放式架構(gòu)，任何人都可以依據(jù)其架構(gòu)設(shè)計(jì)自己所需的產(chǎn)品。
SERCOS具有良好的擴(kuò)充性：當(dāng)使用塑料光纖為傳輸介質(zhì)時(shí)，SERCOS每節(jié)點(diǎn)間的傳訊距離為40米；若使用玻璃光纖，傳訊距離可長(zhǎng)達(dá)200米，整個(gè)環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度可達(dá)一萬(wàn)到五萬(wàn)米。每個(gè)環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)上理論上最多可連接256個(gè)輔節(jié)點(diǎn)，而實(shí)際上可連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)則取決于傳輸周期、資料長(zhǎng)度及傳輸速率。當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)超過(guò)一個(gè)環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷時(shí)，可以利用多環(huán)路的方式擴(kuò)充。
SERCOS具有隨插即用(Plug & Play)的特性：當(dāng)初SERCOS再制訂過(guò)程就以隨插即用的概念設(shè)計(jì)，盡可能將許多上下游間的協(xié)議明確的定義下來(lái)以確保產(chǎn)品間隨插即用的特性。
SERCOS具有跨廠商兼容的特性：SERCOS在制訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就制訂了一些系統(tǒng)接口的兼容類別(Compliance Class)，這些相關(guān)接口定義可以在IEC-61491標(biāo)準(zhǔn)中找到。只要制造商依據(jù)這些接口規(guī)格設(shè)計(jì)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品就具有跨廠商兼容的特性。
這個(gè)通訊協(xié)議主要是應(yīng)用在分布式多軸運(yùn)動(dòng)控制上，提供使用者一個(gè)實(shí)時(shí)、抗噪聲力強(qiáng)、高解析度、可完全以軟件方式規(guī)劃的串行傳輸網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)的使用可以提高PC-Based控制器的性能。

• SSCNET
日本三菱電機(jī)自從九十年代初期開始發(fā)展SSCNET(Servo System Control Network)技術(shù)，到目前已經(jīng)是第二代的SSCNET II。SSCNET傳輸媒介是類似RS485技術(shù)，傳輸距離最長(zhǎng)可達(dá)30m，傳輸速度為5.625Mbps，控制用的通訊周期為0.888ms。控制方式為主從式架構(gòu)，單顆主控IC(Master Controller)可控制六顆Slave的伺服驅(qū)動(dòng)器，主控IC間可以最同步，使得被控伺服軸得以同步。
SSCNET是為了解決傳統(tǒng)馬達(dá)控制應(yīng)用中過(guò)多配線、精度及噪聲等問(wèn)題所開發(fā)出的新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)架構(gòu)在三菱馬達(dá)伺服技術(shù)上，將傳統(tǒng)的脈波或是電壓指令型式的輸入接口改為串行式傳輸入介面，使用者不必再為每一軸的配線而困擾，每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器只需一條傳輸線與其它周邊連接，達(dá)到快速安裝、易于除錯(cuò)的功效。
除了安裝簡(jiǎn)便外，因其采用串行式傳輸，所以其距離不再受限，且命令也不會(huì)因?yàn)樵诟咚偈褂孟率苡绊懟蛩p。因?yàn)槭谴惺劫Y料，其命令解析可以高達(dá)32位，如配合高解析的位置回授器更可以做到奈米控制，而且串行式資料都是由一個(gè)同步信號(hào)在控制，所以完全沒有各軸不同步的問(wèn)題。

• Profibus MC
PROFIBUS是德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS廣泛應(yīng)用于加工制造、過(guò)程和樓宇自動(dòng)化等行業(yè)。PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA。其特點(diǎn)分別為：PROFIBUS-DP(工廠自動(dòng)化) ，快速即插即用；PROFIBUS-FMS(通用性自動(dòng)化)，通用、大范圍使用、多主通信；PROFIBUS-PA(過(guò)程自動(dòng)化)，面向應(yīng)用、總線供電、本質(zhì)安全。
PROFIBUS DP是全集成自動(dòng)化的系統(tǒng)總線，可以提供最大12M bps的傳輸速率。由于優(yōu)越的傳輸特性和高的傳輸速率，在上位機(jī)與下位機(jī)的通訊中被廣泛采用。PROFIBUS-DP主要用于設(shè)備級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳送，中央控制器通過(guò)高速串行線同分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信，多數(shù)數(shù)據(jù)交換是周期性的，除此以外，智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還需要非周期性通信，以進(jìn)行配置診斷和報(bào)警處理。Profibus MC是用于驅(qū)動(dòng)通信的Profibus DP新協(xié)議

• Macro
MACRO（Motion And Control Ring Optical）是美國(guó)Delta Tau公司為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)的以光纖或雙絞線為介質(zhì)的高速通訊協(xié)議，波特率高達(dá)125Mbps。MACRO協(xié)議的數(shù)據(jù)包由12個(gè)字節(jié)組成，其中有9個(gè)字節(jié)的有效數(shù)據(jù)，可以傳輸位置、速度、扭矩、相電流和PWM命令值等。
MACRO網(wǎng)絡(luò)的通信由預(yù)定義的同步主節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)起，周期通常為100微秒。在每個(gè)通信周期，每個(gè)主節(jié)點(diǎn)輪流給自己的從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，并接收從節(jié)點(diǎn)的反饋數(shù)據(jù)。主節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)傳遞權(quán)標(biāo)來(lái)獲得總線的控制權(quán)。主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)傳遞數(shù)據(jù)寄存器的形式進(jìn)行的，從節(jié)點(diǎn)接收到主節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包之后，如果目的地址匹配，則將數(shù)據(jù)接收到從節(jié)點(diǎn)的接收寄存器，同時(shí)用反饋數(shù)據(jù)替換數(shù)據(jù)包中的命令數(shù)據(jù)，并繼續(xù)傳遞數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包返回到發(fā)送主節(jié)點(diǎn)之后，就完成了一次數(shù)據(jù)交換。地址不匹配的主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)只是轉(zhuǎn)發(fā)所接受到的數(shù)據(jù)包。所有主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換都結(jié)束后，總線權(quán)標(biāo)又傳遞給同步主節(jié)點(diǎn)以發(fā)起下一個(gè)通信周期。MACRO通信周期非常短，沒有同步數(shù)據(jù)包同步各從站的運(yùn)行。
MACRO總線具有連線簡(jiǎn)單、支持多主機(jī)、高速等優(yōu)點(diǎn)，但是它不是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，支持該協(xié)議的產(chǎn)品和廠家較少。

• CANopen
CANOpen是一種基于CAN的高層協(xié)議，是一種具有靈活配置功能的標(biāo)準(zhǔn)嵌入式網(wǎng)絡(luò)。CANOPEN是為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向機(jī)器所設(shè)計(jì)的控制網(wǎng)絡(luò)，如處理系統(tǒng)，如今，它被運(yùn)用于許多領(lǐng)域，如醫(yī)療設(shè)備，海事電子，公共運(yùn)輸，建筑自動(dòng)化等。
CANOPEN最初由Bosch主席領(lǐng)導(dǎo)的Esprit項(xiàng)目所開發(fā)，1995年，CANOPEN規(guī)范被移交給CIA的國(guó)際用戶與制造商。最初，CANOPEN的通訊輪廓是基于CAN的應(yīng)用層協(xié)議（CAL）。CANOPEN（CiA DS 301）的Ver 4已經(jīng)是EN50325-4標(biāo)準(zhǔn)了。
CANOPEN的規(guī)范涉及應(yīng)用層和通訊描述（CiA DS 301），同時(shí)也是一個(gè)可編程設(shè)備（CiA 302）的框架，推薦運(yùn)用于電纜，連接器（CiA 303-1），SI單元和前綴表示法（CiA 303-2）。基于CAN的應(yīng)用層協(xié)議描述在軟件中實(shí)現(xiàn)。
CiA的成員開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化描述（設(shè)備，接口和應(yīng)用描述），簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)者去集成一個(gè)CANOPEN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作，成套的設(shè)備（Off-the-shelf devices），工具，和協(xié)議棧，只需支付合理的費(fèi)用就可以使用，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，重用應(yīng)用軟件是非常重要的，這不僅需要通訊的兼容性，也需要設(shè)備的互操作性和互換性，在CANOPEN的設(shè)備和接口描述中，定義了應(yīng)用層對(duì)像，以實(shí)現(xiàn)CANOPEN設(shè)備的互換性，CANOPEN是一個(gè)非常靈活，非常開放的協(xié)議，制造商可以在設(shè)備中自己定義功能，這些功能還可以在描述文件中寫明并被加入到通用功能里。
CANOPEN去除了開發(fā)者為處理CAN協(xié)議的細(xì)節(jié)而進(jìn)行的工作，如時(shí)序（bit-timing）和執(zhí)行規(guī)范功能，它為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（Process Data Objects, PDO），配置數(shù)據(jù)（Service Data Objects, SDO）和特殊功能（時(shí)間戳Time Stamp, 同步消息，緊急消息）提供了標(biāo)準(zhǔn)的通訊對(duì)象，同時(shí)也為網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)（Boot-Up message, NMT message, and Error Control）等提供標(biāo)準(zhǔn)通訊對(duì)象，CANOPEN的協(xié)議，構(gòu)架，和描述都可以從CiA總部獲得。

• FireWire
FireWire總線或稱IEEE-1394總線是一種高速通信標(biāo)準(zhǔn)。目前其數(shù)據(jù)通信速率已達(dá)400 Mbit/s，不久的將來(lái)將達(dá)到800 Mbit/s甚至1 Gbit/s。FireWire總線用于計(jì)算機(jī)的高速外部設(shè)備，例如硬盤、CD-ROM、掃描儀、打印機(jī)以及多媒體設(shè)備等，同時(shí)也被用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品（如數(shù)字電視、DVD等），以及測(cè)試儀器的數(shù)據(jù)傳輸。可以用FireWire總線取代傳統(tǒng)的模擬方式連接各種消費(fèi)類電子產(chǎn)品及測(cè)試儀器，這種連接可以提供數(shù)字聲音和圖像信號(hào)、控制和同步信號(hào)的傳輸。
FireWire總線的數(shù)據(jù)傳輸有兩種方式：異步傳輸和同步傳輸。異步傳輸是傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)尋址、存儲(chǔ)方式，數(shù)據(jù)按要求被送到一個(gè)特殊的地址并返回信息。
在異步通信的基礎(chǔ)上，F(xiàn)ireWire總線還支持同步數(shù)據(jù)傳輸方式。同步數(shù)據(jù)傳輸方式保持?jǐn)?shù)據(jù)按預(yù)定速率傳輸。這種工作方式對(duì)以時(shí)間為標(biāo)志的多媒體數(shù)據(jù)傳輸及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)試都是特別重要的，設(shè)備間只需按時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，取消了對(duì)昂貴的緩沖器的需求。
FireWire總線的對(duì)等通信方式?jīng)Q定了其成為消費(fèi)類電子產(chǎn)品的數(shù)字接口。例如，這允許從一臺(tái)攝像機(jī)管理另一臺(tái)攝像機(jī)而不需要計(jì)算機(jī)，同時(shí)多臺(tái)計(jì)算機(jī)也可以共享一臺(tái)攝像機(jī)而不需要計(jì)算機(jī)或攝像機(jī)的特殊支持。FireWire總線的這些特性是其成為A/V數(shù)字接口選擇的主要原因。

• Ethernet PowerLink
ETHERNET PowerLink是到目前為止唯一經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，基于高速以太網(wǎng)的開放、實(shí)時(shí)通信協(xié)議，甚至能用于時(shí)間十分苛求的高速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。這是一個(gè)完整的從管理層一直到現(xiàn)場(chǎng)I/O層的確定性傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的透明解決方案，并已成為IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEC61508）。ETHERNET PowerLink由貝加萊公司于2001年11月開發(fā)，并在2002年4月成立了EPSG(ETHERNET PowerLink Standardization Group)。在2002年4月，EPSG宣布向第三方開放，并建立中立的認(rèn)證機(jī)構(gòu)，從而進(jìn)一步推動(dòng)ETHERNET PowerLink的發(fā)展。ETHERNET PowerLink自發(fā)布以來(lái)，到2005年8月，在世界各地的應(yīng)用已有80,000多個(gè)節(jié)點(diǎn)。
ETHERNET POWERLINK完全建立在標(biāo)準(zhǔn)快