什么是EtherCAT？

EtherCAT（用于控制自動(dòng)化技術(shù)的以太網(wǎng)）是Beckhoff在2003年開發(fā)EtherCAT（用于控制自動(dòng)化技術(shù)的以太網(wǎng)）是Beckhoff在2003年開發(fā)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。開放標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在由EtherCAT技術(shù)組（ETG）管理，其中TRINAMIC Motion Control是其成員之一。Beckhoff的原始代碼保持不變，允許設(shè)備使用主/從原理相互通信 - 允許快速和動(dòng)態(tài)的通信結(jié)構(gòu)。由于數(shù)據(jù)使用與以太網(wǎng)相同的格式，因此可以直接連接到以太網(wǎng)。不需要特定的路由器或交換機(jī)。

首先，EtherCAT速度非常快。它利用雙絞線或光纜在100μs內(nèi)處理30μs或100個(gè)軸上的1000個(gè)分布式I / O信號(hào)，為實(shí)時(shí)性能設(shè)置了新的限制。這種高速度使得EtherCAT非常適合自動(dòng)化，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）以及其他需要實(shí)時(shí)優(yōu)化的應(yīng)用。

其次，這是一個(gè)廣泛采用的開放標(biāo)準(zhǔn)。越來越多的設(shè)備正在通過現(xiàn)場(chǎng)總線或無線連接 - 而EtherCAT是這樣做的首選技術(shù)之一。這意味著您可以通過使用Beckhoff的EtherCAT-IP在同一接口上進(jìn)行多種產(chǎn)品的選擇。

第三，它的構(gòu)建持續(xù)。使用成熟的以太網(wǎng)電纜，EtherCAT端子可以在-25°C至+ 60°C的溫度范圍內(nèi)工作，而Trinamic的EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器甚至可以滿足-40°C至125°C的汽車級(jí)溫度規(guī)格。

投資符合EtherCAT標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品意味著投資未來 - 這就是為什么TRINAMIC Motion Control開發(fā)易于使用的帶EtherCAT協(xié)議棧的電機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制IC產(chǎn)品的原因。

EtherCAT的主/從原理

EtherCAT主站通常作為具有以太網(wǎng)MAC的標(biāo)準(zhǔn)或嵌入式計(jì)算機(jī)的軟件解決方案實(shí)施。只有主站可以主動(dòng)創(chuàng)建包含每幀高達(dá)1518字節(jié)數(shù)據(jù)的EtherCAT幀的包，并將其下行發(fā)送到從站。除了諸如SOEM（簡(jiǎn)易開放式EtherCAT主站）之類的開放式EtherCAT主站實(shí)施之外，100多家公司提供各種通用或?qū)Ｓ弥髡?a href="http://www.brongaenegriffin.com/outside?redirect=https://www.ethercat.org/en/products.html" target="_blank">EtherCAT產(chǎn)品。

除了標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備之外，EtherCAT從站可以在非常緊湊的時(shí)間要求下即時(shí)處理幀 - 它們讀取數(shù)據(jù)并將它們自己的信息添加到同一幀。這樣做需要EtherCAT從站控制器中的專用硬件。簡(jiǎn)單的從設(shè)備不需要額外的微控制器，而更復(fù)雜的設(shè)備需要處理器來處理協(xié)議和應(yīng)用程序代碼。EtherCAT?過程框架的獨(dú)特方式使其成為最快的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù);沒有其他技術(shù)可以提高EtherCAT的帶寬利用率或相應(yīng)的性能。

功能原理

EtherCAT主站寫入一個(gè)報(bào)文并將其發(fā)送到所有從站的下游。當(dāng)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，從設(shè)備讀取幀并向其添加數(shù)據(jù)，同時(shí)檢查是否有另一個(gè)從設(shè)備進(jìn)一步位于流的下游。如果網(wǎng)段中的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到一個(gè)開放端口，它立即知道沒有更多的設(shè)備發(fā)送這些報(bào)文。相反，從站將按照預(yù)定義的拓?fù)鋵⒃搱?bào)文返回給EtherCAT主站。

由于數(shù)據(jù)是即時(shí)處理的，當(dāng)從機(jī)讀取或添加數(shù)據(jù)到幀時(shí)，幀不會(huì)停止移動(dòng)。只有硬件傳播延遲時(shí)間會(huì)延遲數(shù)據(jù)，接收幀和傳輸幀之間的端口到端口延遲為1μs。一般來說，在主機(jī)發(fā)送和接收使用以太網(wǎng)技術(shù)的全雙工電報(bào)之間只有幾個(gè)毫秒的延遲。

一個(gè)單一的報(bào)文可以用來傳遞整個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要處理的所有數(shù)據(jù) - 如果數(shù)據(jù)不是太大的話。換句話說，EtherCAT主站無需為網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)從站創(chuàng)建新的軟件包，從而節(jié)省了時(shí)間并消除了對(duì)集中式I / O的需求。

此外，每個(gè)EtherCAT從站都通過硬件進(jìn)行通信，而不是軟件。這為實(shí)時(shí)關(guān)鍵任務(wù)留下了更多的計(jì)算能力，并確保了穩(wěn)定的性能，并與網(wǎng)絡(luò)中所有其他EtherCAT設(shè)備完全兼容。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)僅由EtherCAT設(shè)備組成時(shí)，也不需要交換機(jī)，這意味著沒有額外的時(shí)間延遲并且沒有額外的成本來設(shè)置基礎(chǔ)設(shè)施。

拓?fù)?/h2>

EtherCAT基于以太網(wǎng)的物理層。數(shù)據(jù)報(bào)可以使用全雙工傳輸，這意味著連接是通過一個(gè)帶有緩沖器的交換機(jī)在每個(gè)端口進(jìn)行的。通過具有一個(gè)，兩個(gè)或更多端口的EtherCAT從站設(shè)備，各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都是可能的，例如簡(jiǎn)單的線路，星形或樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一個(gè)單一的EtherCAT網(wǎng)絡(luò)可以支持多達(dá)65,535個(gè)設(shè)備，而不會(huì)限制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

由于物理層是以太網(wǎng)，因此不需要特殊電纜，也不需要交叉。這意味著您將不需要網(wǎng)格中心的額外連接，如圖所示。建立此電纜冗余可最大限度地降低故障風(fēng)險(xiǎn)。

如果有下游設(shè)備并且打開或關(guān)閉相應(yīng)的端口，則網(wǎng)絡(luò)段或分支中的每個(gè)EtherCAT從站控制器都會(huì)自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。鏈中的最后一個(gè)設(shè)備通過關(guān)閉其端口將數(shù)據(jù)包返回給發(fā)送方 - 所有其他接收返回到主方的幀的從服務(wù)器都將忽略它并簡(jiǎn)單地讓它通過。

同步

無論何時(shí)分布式應(yīng)用程序需要及時(shí)同步操作，如幾個(gè)伺服軸完全同時(shí)啟動(dòng)或停止，EtherCAT的分布式時(shí)鐘系統(tǒng)即可發(fā)揮作用。

分布式時(shí)鐘機(jī)制同步所有從設(shè)備的時(shí)鐘，導(dǎo)致偏差小于1μs。這些同步時(shí)鐘產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)軸同步至微秒，即使通信周期抖動(dòng)增加，抖動(dòng)也非常低。