什么是EtherCAT？

EtherCAT（用于控制自動化技術的以太網(wǎng)）是Beckhoff在2003年開發(fā)EtherCAT（用于控制自動化技術的以太網(wǎng)）是Beckhoff在2003年開發(fā)的實時以太網(wǎng)網(wǎng)絡。開放標準現(xiàn)在由EtherCAT技術組（ETG）管理，其中TRINAMIC Motion Control是其成員之一。Beckhoff的原始代碼保持不變，允許設備使用主/從原理相互通信 - 允許快速和動態(tài)的通信結構。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。

首先，EtherCAT速度非?？?。它利用雙絞線或光纜在100μs內處理30μs或100個軸上的1000個分布式I / O信號，為實時性能設置了新的限制。這種高速度使得EtherCAT非常適合自動化，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）以及其他需要實時優(yōu)化的應用。

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

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

投資符合EtherCAT標準的產品意味著投資未來 - 這就是為什么TRINAMIC Motion Control開發(fā)易于使用的帶EtherCAT協(xié)議棧的電機和運動控制IC產品的原因。

EtherCAT的主/從原理

EtherCAT主站通常作為具有以太網(wǎng)MAC的標準或嵌入式計算機的軟件解決方案實施。只有主站可以主動創(chuàng)建包含每幀高達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（簡易開放式EtherCAT主站）之類的開放式EtherCAT主站實施之外，100多家公司提供各種通用或專用主站EtherCAT產品。

除了標準的以太網(wǎng)設備之外，EtherCAT從站可以在非常緊湊的時間要求下即時處理幀 - 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。簡單的從設備不需要額外的微控制器，而更復雜的設備需要處理器來處理協(xié)議和應用程序代碼。EtherCAT?過程框架的獨特方式使其成為最快的工業(yè)以太網(wǎng)技術;沒有其他技術可以提高EtherCAT的帶寬利用率或相應的性能。

功能原理

EtherCAT主站寫入一個報文并將其發(fā)送到所有從站的下游。當數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡中的每個節(jié)點時，從設備讀取幀并向其添加數(shù)據(jù)，同時檢查是否有另一個從設備進一步位于流的下游。如果網(wǎng)段中的最后一個節(jié)點檢測到一個開放端口，它立即知道沒有更多的設備發(fā)送這些報文。相反，從站將按照預定義的拓撲將該報文返回給EtherCAT主站。

由于數(shù)據(jù)是即時處理的，當從機讀取或添加數(shù)據(jù)到幀時，幀不會停止移動。只有硬件傳播延遲時間會延遲數(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，在主機發(fā)送和接收使用以太網(wǎng)技術的全雙工電報之間只有幾個毫秒的延遲。

一個單一的報文可以用來傳遞整個網(wǎng)絡需要處理的所有數(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)絡中的每個從站創(chuàng)建新的軟件包，從而節(jié)省了時間并消除了對集中式I / O的需求。

此外，每個EtherCAT從站都通過硬件進行通信，而不是軟件。這為實時關鍵任務留下了更多的計算能力，并確保了穩(wěn)定的性能，并與網(wǎng)絡中所有其他EtherCAT設備完全兼容。當網(wǎng)絡僅由EtherCAT設備組成時，也不需要交換機，這意味著沒有額外的時間延遲并且沒有額外的成本來設置基礎設施。

拓撲

EtherCAT基于以太網(wǎng)的物理層。數(shù)據(jù)報可以使用全雙工傳輸，這意味著連接是通過一個帶有緩沖器的交換機在每個端口進行的。通過具有一個，兩個或更多端口的EtherCAT從站設備，各種拓撲結構都是可能的，例如簡單的線路，星形或樹狀拓撲結構。一個單一的EtherCAT網(wǎng)絡可以支持多達65,535個設備，而不會限制拓撲結構。

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險。

如果有下游設備并且打開或關閉相應的端口，則網(wǎng)絡段或分支中的每個EtherCAT從站控制器都會自動進行檢測。鏈中的最后一個設備通過關閉其端口將數(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器都將忽略它并簡單地讓它通過。

同步

無論何時分布式應用程序需要及時同步操作，如幾個伺服軸完全同時啟動或停止，EtherCAT的分布式時鐘系統(tǒng)即可發(fā)揮作用。

分布式時鐘機制同步所有從設備的時鐘，導致偏差小于1μs。這些同步時鐘產生的網(wǎng)絡軸同步至微秒，即使通信周期抖動增加，抖動也非常低。