EtherCAT – 用于控制和自動(dòng)化技術(shù)的以太網(wǎng) EtherCAT 是以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線 ●EtherCAT 是直達(dá)I/O級(jí)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)。 ●再也無須下掛子系統(tǒng) ●沒有網(wǎng)關(guān)延時(shí) ●輸出輸出, 傳感器，驅(qū)動(dòng)器，顯示單元: 所有設(shè)備位于同一個(gè)總線上。 EtherCAT ：更快 傳輸速率: 2 x 100 Mbaud （全雙工） 刷新時(shí)間: ●256 開關(guān)量 I/O ：11 µs ●1000 開關(guān)量 I/O 分布于 100 節(jié)點(diǎn) ：30 µs = 0.03 ms ●200 模擬量 I/O （16 位） ：50 µs, 20 kHz 采樣頻率 ●100 伺服軸 （每 8 字節(jié) IN+OUT） ： 100 µs = 0.1 ms ●12000 開關(guān)量 I/O ： 350 µs I/O和驅(qū)動(dòng)使用的以太網(wǎng)帶寬 以太網(wǎng)幀: ≥ 84 字節(jié)（incl. preamble + IPG Inter Packet Gap） 帶寬使用比較: ●每節(jié)點(diǎn)4字節(jié)用戶數(shù)據(jù): ●polling/time slicing: ca. 2.5% ●廣播（master → slaves） ca. 20…30% ●每節(jié)點(diǎn)2數(shù)據(jù)位的用戶數(shù)據(jù): ●EtherCAT: 80…97% 實(shí)用原則: 以太網(wǎng) “飛一般” 通過絕對(duì)尋址，實(shí)現(xiàn)最小的協(xié)議頭 優(yōu)勢(shì): ●專門針對(duì)分布式I/O的優(yōu)化報(bào)文結(jié)構(gòu) ●完全的硬件通訊: 最好的性能 ●若網(wǎng)絡(luò)中只有EtherCat設(shè)備，則無須交換機(jī) ●顯著的診斷功能 ●以太網(wǎng)兼容的維護(hù)性能 ●可使用標(biāo)準(zhǔn)交換機(jī) ●通過交換機(jī): 一個(gè)Mac地址可訪問多達(dá)65535 個(gè)節(jié)點(diǎn) “飛一般”的運(yùn)算，節(jié)約時(shí)間 數(shù)據(jù)在報(bào)文傳送期間可以修改或添加，而無需堆棧、緩存或分解/組合。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)最小的報(bào)文延時(shí)最佳性能 EtherCAT 性能： ●40 軸 （每軸6字節(jié)輸入/ 輸出數(shù)據(jù)） ●50 I/O 站，總共560個(gè) EtherCAT 總線端子 ●2000 數(shù)字量 + 200 模擬量I/O, 總線長(zhǎng)度 500 m ●EtherCAT性能 : 循環(huán)時(shí)間 230µs at 33% 總線負(fù)載, 報(bào)文長(zhǎng)度 77µs ●比較: 1 個(gè)CAN 幀 （8 字節(jié)過程數(shù)據(jù)），在總線速率 500 kBit/s時(shí): 250µs "慢"的控制系統(tǒng)同樣受益 現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線I/O的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 使用 EtherCAT的反應(yīng)時(shí)間 ●反應(yīng)時(shí)間明顯降低 –—— 同樣的控制器性能 ●再也沒有下掛本地I/O循環(huán)和總線擴(kuò)展延時(shí) ●得益于極其簡(jiǎn)單的協(xié)議，系統(tǒng)無需專門的主站 現(xiàn)場(chǎng)總線: 需要在控制系統(tǒng)中映射 ●傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)生成一個(gè)物理的過程映像區(qū) ●物理的過程映像區(qū)必須映射到邏輯過程映像區(qū) 直接內(nèi)存訪問節(jié)約時(shí)間 現(xiàn)場(chǎng)總線卡: 多達(dá) 30% 的 CPU 時(shí)間用于數(shù)據(jù)復(fù)制 EtherCAT: NIC 是PCI總線主站, 數(shù)據(jù)由DMA提供, 直接放到 PC 內(nèi)存: ●CPU 減負(fù) ●更高的性能 EtherCAT 傳送延時(shí)的測(cè)量 （I） 測(cè)量EtherCAT 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)幀發(fā)出和返回之間的時(shí)間差 可計(jì)算任意節(jié)點(diǎn)間的傳送延時(shí) EtherCAT 分布時(shí)鐘 精確同步 （<< 1 µs!） ，通過分布時(shí)鐘的精確調(diào)整來實(shí)現(xiàn)！ 使用SCOPE VIEW長(zhǎng)期觀察兩個(gè)獨(dú)立設(shè)備——300個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間電纜長(zhǎng)度120米 EtherCAT 是工業(yè)以太網(wǎng) ●對(duì) TCP/IP完全透明 ●可使用所以英特網(wǎng)技術(shù): HTTP, FTP, … ●無需嚴(yán)格的實(shí)時(shí)能力 ●任何以太網(wǎng)設(shè)備均可連接到交換機(jī)的端口 ●使用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器訪問Web Server ●虛擬以太網(wǎng)交換機(jī)可路由任何以太網(wǎng)幀 ●可從以太網(wǎng)段的內(nèi)部及外部路由 EtherCAT 布線更為靈活 電信號(hào): 100 baseTX and E-bus E-bus:低壓差信號(hào) （LVDS） 符合 ANSI/TIA/EIA-644 用 IEEE 802.3ae標(biāo)準(zhǔn) EtherCAT 代替 PCI 保護(hù)你的投資: ●現(xiàn)有總線系統(tǒng)的無縫集成 ●過程映像區(qū)的刷新時(shí)間，經(jīng) PCI （500 字節(jié) 輸入/輸出數(shù)據(jù)）: 400 µs ●過程映像區(qū)的刷新時(shí)間，經(jīng) EtherCAT（1500 字節(jié) 輸入/輸出數(shù)據(jù)）: 150 µs ●不再在控制系統(tǒng)（IPC或PLC）中要求占一個(gè)槽 ●然而卻具備最大限度的擴(kuò)展性 EtherCAT 配置容易 地址: ●無需要手動(dòng)設(shè)置地址 ●地址可以自動(dòng)分配 ●地址可保持 – 新加入節(jié)點(diǎn)后，不會(huì)改變?cè)?jié)點(diǎn)的地址 拓普結(jié)構(gòu): 自動(dòng)拓普目標(biāo)/實(shí)際對(duì)比 診斷: 精確定位診斷 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃: 性能獨(dú)立于: 從站實(shí)例 拓普結(jié)構(gòu)（無交換機(jī)/集線器） EtherCAT 成本更低 主站: 減少了硬件，帶來以下好處: 主板集成的以太網(wǎng)控制器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)功能，不需要通訊協(xié)處理器 沒有特殊的插入卡,主板集成的以太網(wǎng)口已足夠 所以: 在主站端，有明顯的成本優(yōu)勢(shì) 從站: 價(jià)廉物美的EtherCAT從站控制器實(shí)現(xiàn)通訊功能 對(duì)于簡(jiǎn)單的設(shè)備: 不需要 µC 實(shí)時(shí)特征普遍獨(dú)立于µC 性能和堆棧處理時(shí)間 所以: 在從站端，也有明顯的成本優(yōu)勢(shì) 底層結(jié)構(gòu): 標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)電纜和連接器 沒有交換機(jī)和集線器 所以:在底層結(jié)構(gòu)上，也有明顯的成本優(yōu)勢(shì) 實(shí)現(xiàn)/工具: 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視工具: Microsoft or EtherReal 剖析軟件: 免費(fèi) 不要求高分辨率的時(shí)間分析器 開發(fā)工具: 430 € - 含從站樣品代碼 主站樣品代碼: 1000 € 所以:入門成本低，實(shí)現(xiàn)成本低 從站: 開發(fā)工具，含樣品代碼 （源代碼） 所有時(shí)間性嚴(yán)格的功能都在ASIC或FPGA上實(shí)現(xiàn) EtherCAT 發(fā)展良好 Quote Schuler 公司: 該系統(tǒng)使我們，在Schuler集團(tuán)現(xiàn)在使用的所有應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了快速驅(qū)動(dòng)和液壓控制， 另一個(gè)重要的因素是, 因?yàn)?EtherCAT的良好性能，我們還有足夠的潛力在將來解決復(fù)雜的控制任務(wù)，而不會(huì)出現(xiàn)速度問題 EtherCAT上的安全技術(shù) EtherCAT 安全協(xié)議: 符合 IEC 61508 ●最初基于K-bus ●后也可直接基于 EtherCAT EtherCAT的高度實(shí)用性 在傳輸途徑上: 主站熱備冗余 電纜冗余 設(shè)備間輕便交換 網(wǎng)段之間的熱連接 EtherCAT 應(yīng)用場(chǎng)合 高速應(yīng)用, e.g.: 包裝機(jī) 高速印刷機(jī) 注塑機(jī) 木工機(jī)械 機(jī)床工具 （CNC） 機(jī)器人技術(shù) … 分布范圍廣的應(yīng)用場(chǎng)合, e.g.: 物料處理, logistics 數(shù)據(jù)采集 EtherCAT 應(yīng)用場(chǎng)合 由于主站價(jià)格便宜，并且布線簡(jiǎn)單，可用于 小型嵌入式控制器 小型PLC 任何基于PC控制的應(yīng)用 – 無論有或沒有實(shí)時(shí)性要求 現(xiàn)在，EtherCAT 使得出于成本考慮，要求直接接線的場(chǎng)合也可以使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。