EtherCAT运行原理解析

技术分类: 运动控制/自动化    来源:设计创新  发表时间:2008-02-25
念的瓶颈。分布式I/O的数据传递超过了只能由本地I/O接口才能实现的性能。

  这种网络性能优势在有相对中等的计算能力的小型控制器中较为明显。EtherCAT的高速循环,可以在两个控制循环之间完成。因此,控制器总有可用的最新输入数据,输出编址的延迟最小。在无需增强本身计算能力的基础上,控制器的响应行为得到显著改善。

  EtherCAT技术的原理具备扩展性,不束缚于100M带宽-扩展至G兆位的以太网也是可能的。

  EtherCAT 替代 PCI:

  随着PC组件小型化的加速发展,工业PC的体积主要取决于所需要的插槽数目。

  高速以太网带宽以及EtherCAT通讯硬件(EtherCAT从站控制器)数据带宽的利用,开辟了新的应用可能性:通常位于IPC中的接口被转移到EtherCAT系统中的智能化接口端子上。除分散式I/O、轴和控制单元外,现场总线主站、高速串行接口、网关和其它通讯接口等复杂系统可以通过PC上的一个以太网端口进行寻址。甚至对无协议变体限制的其它以太网设备也可通过分布式交换机端子进行连接。工业PC主机体积越来越小,成本也越来越低,一个以太网接口足以应对所有的通

讯任务。

  用以太网代替PCI现场总线设备(PROFIBUS、CANopen、DeviceNet、AS-i等)通过分布式现场总线主站端子进行集成。不使用现场总线主站节省了PC中的PCI插槽。  

  拓扑结构:

  总线形、树形或星型:EtherCAT支持几乎所有拓扑结构。因此,源于现场总线的总线形结构也可用于以太网。将总线和分支结构相结合特别有助于系统布线。所的接口都位于耦合器上,无需使用附加交换机。当然,也可以使用传统的基于交换机的星形以太网拓扑结构。

  采用不同的传输电缆可以最大限度地发挥布线的灵活性。灵活而价格低廉的标准以太网插接电缆可通过以太网模式(100baseTX)或通过E总线来传输信号。光纤(PFO)可以用于特殊的应用场合。以太网带宽(如不同的光缆及铜缆)可以结合交换机或媒介转换器使用。快速以太网的物理特性可以使设备之间的距离达到100米,而E-bus只能保障10米的间距。快速以太网或 E-bus可以按照距离要求进行选择。EtherCAT 系统最多可容纳65535个设备,因此整个网络规模几乎是无限制的。  

  可自由选择拓扑结构。布线上有最大的灵活性:是否使用交换机,是采用总线形拓扑结构,还是树形拓朴结构,可任意选配组合。自动进行地址分配;无需设置IP地址。

  分布式时钟:

  精确同步在广泛要求同时动作的分布过程中显得尤为重要,如几个伺服轴在执行同时联动任务时。

  分布时钟的精确校准是同步的最有效解决方案。相反地,如果采用完全同步,当通讯出现错误时,同步数据的品质将受到很大影响,在通讯系统中,分步式校准时钟在某种程度上具备错误延迟的容错性。在EtherCAT中,数据交换完全基于纯粹的硬件设备。由于通讯利用了逻辑环网结构和全双工快速以太网而又有实际环网结构,“主站时钟”可以简单而精确地确定对每个“从站时钟”的运行补偿,反之亦然。分布时钟基于该值进行调整,这意味着它可以在网络范围内提供信号抖动小于1微秒的、非常精确的时钟基。

  然而,高性能分布时钟不仅用于同步,而且也可以提供数据采集时本地时间的精确信息。由于引进新的扩展数据类型,被测量值可被分配以非常精确的时间戳。

  热连接:

  许多应用都需要在运行过程中改变I/O组态。例如,具备变更特性的处理中心,装备传感器的工具系统,智能化的传输设备,灵活的工件执行器,及可单独关闭印刷单元的印刷机等。EtherCAT系统考虑到了这些需求:“热连接”功能可以将网络的各个部分连在一起或断开,或“动态”进行重新组态,从而针对变化的组态提供了灵活的响应能力。

  高可用性:

  可选的电缆冗余性可满足日益增长的对提高系统可用性的需求,这样无需关闭网络就可以更换设备。

  EtherCAT还支持带热待机功能的冗余主站。由于EtherCAT从站控制器在遇到中断时立即将帧自动返回,设备故障不会导致整个网络关闭。例如,可将电缆保护拖链特别配置为短棒的形式以防备断线。

  安全性:

  安全功能一般是从自动化网络、通过硬件或使用专用安全总线系统单独实现的。由于有了TwinSAFE(Beckhoff的安全技术),现在可以使用EtherCAT安全协议,在同一网络上进行安全相关通讯和控制通讯。

  该安全协议基于EtherCAT的应用层,不影响较低层。此安全协议已根据IEC61508进行了认证,可达到安全集成级别(SIL)3,在采取相关措施后甚至可达到SIL4。数

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