在工業自動化向網絡化、智能化發展的進程中,工業以太網已取代傳統現場總線成為主流。然而,普通以太網的CSMA/CD機制無法滿足工業控制對確定性和實時性的嚴苛要求。為此,多種實時以太網協議應運而生,其中PROFINET IRT和EtherCAT是兩種極具代表性的解決方案,但其實現機制迥異。
PROFINET IRT(等時間步實時)在標準以太網硬件基礎上,通過在交換機中集成專用ASIC芯片,實現基于IEEE 802.1Q標準的流量整形和時間感知(TSN)的早期實踐。它采用一種時間片分割的調度方式,將網絡通信周期劃分為確定性的IRT通道和開放的標準TCP/IP通道,確保IRT數據幀在精確規劃的時間窗口內無競爭傳輸,實現微秒級抖動控制,適用于高度同步的運動控制。而EtherCAT則采用了“通迅”加“處理”的獨特原理。主站發送的以太網幀依次經過各從站,每個從站在幀經過時實時讀取或寫入屬于自己的數據,然后將幀傳遞給下一站。幀在傳輸過程中不被接收和重新發送,從而極大降低了協議開銷和延遲。其高實時性依賴于主站的高精度時鐘和從站硬件的處理能力。簡言之,PROFINET IRT更傾向于“規劃交通”的思路,依賴于網絡基礎設施;而EtherCAT則像一列“高速列車”,在行進中完成裝卸貨,對從站硬件有特定要求。協議的選擇需綜合考慮控制架構、性能要求、設備生態和成本。