小讲堂 - EtherNet/IP | 第3讲:CIP Motion 技术浅析

罗克韦尔自动化及软件部门技术顾问王宏善

2014-05-22 罗克韦尔自动化

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“CIP Motion”是EtherNet/ip上开发的一个CIP协议对象

在EtherNet/IP网络上，用于实现CIP Motion的关键技术如下：

• IEEE 1588时间同步服务 (CIP Sync)
• 时间标记周期数据报文
• 按照IEEE 802.1P 标准定义的QoS (Quality of Service)服务质量

时间标记周期性数据

当一个周期性运动控制报文被创建时，时间标记数据作为报文的一部分存在其中。在一个循环周期中，根据传输周期开始时的实际位置采样信息，周期性数据将最新的命令值从运动规划器传送给每个驱动器。通常情况，运动规划器位于运动控制器中，它将负责与分布在EtherNet/IP网络上的驱动器进行通讯。如果一个运动控制报文在下一个周期出现了延迟，报文中的时间标记信息将用于补偿这种延迟。基于时间补偿的技术避免了需要绝对准确无误的数据传输要求。因而，可以使用标准的IEEE 802.3 CSMA/CD数据链路层协议进行控制，避免了采用其它专用数据链路层协议，构建所谓的“基于以太网”的运动控制网络

QoS服务质量

通过采用全双工、带管理的交换机，可以最大程度减少运动控制器与驱动器之间在网络上的数据冲突。这将显著提高周期性报文传输的确定性。同时，还要考虑运动控制器的处理能力以及分发数据包的能力。根据处理器的能力和以太网技术，系统将确定PPS值（每秒钟处理数据包的能力）。高速闭环驱动控制周期性报文以非常高的速度进行传输。由于在单一网络中需要支持众多驱动器，有可能很快超过运动控制器处理接收数据包的能力。为了解决这一问题，可以通过增加运动控制器的PPS能力，降低接收数据包处理要求来实现。QoS优先级可以用于识别接收到的运动控制数据包，在标准的堆栈处理过程中，实现旁通。

QoS在IEEE 802.1P标准中进行了定义。通过在以太网数据包中加入优先级标识，它支持八种优先级。运动控制周期性数据包在EtherNet/IP CIP Motion中使用最高的QoS优先级，允许快速地处理运动控制数据包。当EtherNet/IP运动控制节点收到数据包之后，它将对其优先级进行检查。如果优先级为1，则将其从普通的处理堆栈中旁通，直接传输到缓存器中，优先处理运动控制任务。这种优先级标签同样能够被以太网交换机识别，从而能够优于交换机队列中的其它数据包进行传输，确保运动控制数据包能够优先进行处理。通过上述方法的组合使用，可以最大程度减少以太网运动控制节点的处理工作，降低网路延迟抖动，实现最快速度的运动控制信息传输周期。

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