面向运动控制的5G与EtherCAT融合组网方案设计及其性能评估

摘要

为应对开放自动化与云化控制趋势，本文探索了5G与EtherCAT融合的云化运动控制系统架构.针对云化可编程逻辑控制器（Programmable logic controller, PLC）与现场设备在5G网络下的连接难题，提出一种基于虚拟扩展局域网（Virtual eXtensible local area network, VxLAN）的融合组网方案，通过网络虚拟化技术实现EtherCAT数据的透明传输.其次，鉴于5G与专用工业协议存在显著性能差异，本文通过量化分析方法揭示了网络时延抖动影响运动控制稳定性的内在机理，建立了系统稳定运行周期与关键网络性能指标间的数学约束模型.最后，在真实5G网络环境下搭建了实验平台，通过与有线网络对比测试，验证了所提融合架构的通用性与约束模型的有效性.本研究不仅为传统工控系统的云化改造提供了可行的实施方案，更重要的是，提出了针对无线网络承载工控任务稳定性的分析方法与评估手段.

关键词

5G / 运动控制 / 融合组网 / EtherCAT / 云化可编程逻辑控制器