imtoken官方版錢包app|ethercat總線io

作者: imtoken官方版錢包app
2024-03-14 16:53:54

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網(wǎng)絡(luò)模塊

可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的性能

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高效地傳輸信號(hào)

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通過RFID系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)的可追溯性

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感應(yīng)式耦合器

以非接觸方式傳輸能量和數(shù)據(jù)

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何為IO-Link？

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新型且簡易，獨(dú)立于現(xiàn)場總線的開放式標(biāo)準(zhǔn)通信接口

是串行雙向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，而不是另一種新的總線系統(tǒng)

無縫“接入”二進(jìn)制信號(hào)接口?？梢酝ㄟ^串行協(xié)議傳輸I/O數(shù)據(jù)

百分百兼容現(xiàn)有的連接方式，能使用現(xiàn)有的現(xiàn)場總線通訊平臺(tái)

巴魯夫IO-Link的優(yōu)勢

我們的IO-Link產(chǎn)品適用于不同場合的通訊，和所有工作原理百分比兼容，因此我們的IO-Link解決方案能改進(jìn)整套工作系統(tǒng)。巴魯夫是IO-Link協(xié)會(huì)的會(huì)員，長期參與協(xié)會(huì)活動(dòng)。憑借IO-Link的技術(shù)優(yōu)勢，我們致力于探索IO-Link技術(shù)的無限可能性并將其推廣至全球。

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電纜軌道上的應(yīng)用：可使用更短、更輕薄的線纜，線纜更耐用，線纜更輕薄、靈活度更強(qiáng)

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網(wǎng)絡(luò)連接：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)更少，使用低成本的集線盒將傳感器接入節(jié)點(diǎn) ，降低總體費(fèi)用

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一文看懂EtherCAT總線控制 - 知乎

一文看懂EtherCAT總線控制 - 知乎首發(fā)于華山經(jīng)驗(yàn)切換模式寫文章登錄/注冊(cè)一文看懂EtherCAT總線控制華山自控編程粉絲好禮！關(guān)注送入門教程大家好，我是華山自控編程的朱老師。今天給大家介紹一種前沿的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)——EtherCAT總線控制。作為近年來非常受歡迎的一種運(yùn)動(dòng)控制方式，那么EtherCAT總線控制究竟有哪些優(yōu)勢呢？我主要列舉以下三點(diǎn)：傳輸速度特別快。在以太網(wǎng)控制協(xié)議中，EtherCAT總線控制協(xié)議是傳輸速度最快的。設(shè)備集成與拓展非常方便。所有支持EtherCAT總線控制的驅(qū)動(dòng)器，IO模塊等設(shè)備都可以納入到EtherCAT總線控制的系統(tǒng)中。接線簡化，成本降低。EtherCAT總線控制給我們的接線帶來極大的方便，使得我們的接線工作大為簡化。只需要一根網(wǎng)線從EtherCAT總線控制卡連接到驅(qū)動(dòng)器和IO模塊等設(shè)備上，外圍的IO輸入輸出等接線都直接接在驅(qū)動(dòng)器上或者是接在總線模塊IO模塊上，這樣就大大降低我們的接線成本。下面，我將介紹EtherCAT總線控制系統(tǒng)的配置、接線和編程方式。首先我們看一下EtherCAT的系統(tǒng)配置（如上圖所示）。以固高的EtherCAT總線控制卡為例，它可以連接伺服驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器及其他支持EtherCAT總線控制的設(shè)備。這種拓展方式非常方便，只需要一根網(wǎng)線連接到EtherCAT總線控制卡即可。同時(shí)，Glink總線可以用來控制數(shù)字量和模擬量的輸入輸出，比如電磁閥、指示燈等。下圖是我們的EtherCAT控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)際接線，只需要將網(wǎng)線從EtherCAT控制卡的接口連接到EtherCAT驅(qū)動(dòng)器即可。驅(qū)動(dòng)器可以連接到下一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)驅(qū)動(dòng)器連接到我們的伺服電機(jī)和編碼器。我們的專用IO信號(hào)可以連接在總線驅(qū)動(dòng)器上的IO端口，包括原點(diǎn)信號(hào)、限位信號(hào)等?？偩€驅(qū)動(dòng)器可以就地連接我們的電機(jī)平臺(tái)，總線IO模塊也可以就近連接電磁閥，傳感器等，從而大大簡化了接線，有利于設(shè)備的不斷拓展。EtherCAT控制卡的編程方式大體上與通用控制卡相似，初始化控制卡，原點(diǎn)獲取，專用IO信號(hào)讀取等方面稍有區(qū)別，熟悉通用控制卡編程的話，入手總線控制卡編程也就不難了。EtherCAT總線控制作為一種高性能、高可靠性的運(yùn)動(dòng)控制方式，越來越受到工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的重視。對(duì)于想要深入了解控制系統(tǒng)技術(shù)的工程師來說，掌握EtherCAT總線控制技術(shù)是非常有必要的。希望這篇文章能夠幫助你了解EtherCAT總線控制的基礎(chǔ)知識(shí)，如果你對(duì)此有更深入的問題，歡迎在下方評(píng)論區(qū)提問, 需要EtherCAT總線控制相關(guān)資料的同學(xué)，請(qǐng)留言并關(guān)注我。發(fā)布于 2023-03-20 14:35?IP 屬地廣東EtherCAT 總線驅(qū)動(dòng)器PLC電氣自動(dòng)化?贊同 4??添加評(píng)論?分享?喜歡?收藏?申請(qǐng)轉(zhuǎn)載?文章被以下專欄收錄華山經(jīng)驗(yàn)專注解決電氣工程師發(fā)展瓶頸，零基礎(chǔ)學(xué)習(xí)上位

EtherCAT - 以太網(wǎng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技術(shù)教程 - 知乎

EtherCAT - 以太網(wǎng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技術(shù)教程 - 知乎首發(fā)于IT技術(shù)專欄切換模式寫文章登錄/注冊(cè)EtherCAT - 以太網(wǎng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技術(shù)教程iiidd777IT技術(shù)分享及教程EtherCAT - 以太網(wǎng)現(xiàn)場總線本文深入闡述了基于以太網(wǎng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技術(shù)。EtherCAT為現(xiàn)場總線技術(shù)領(lǐng)域樹立了新的性能標(biāo)準(zhǔn)，具備靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置簡單，和現(xiàn)場總線系統(tǒng)一樣操作直觀簡便。另外，由于EtherCAT實(shí)施的成本低廉，因此使系統(tǒng)得以在過去無法應(yīng)用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的場合中選用該現(xiàn)場總線。1. 引言1.1 以太網(wǎng)和實(shí)時(shí)能力2. EtherCAT 運(yùn)行原理3. EtherCAT 技術(shù)特征3.1 協(xié)議3.2 拓?fù)?.3 分布時(shí)鐘3.4 性能3.5 診斷3.6 高可靠性3.7 安全性3.8 EtherCAT 取代PCI3.9 設(shè)備行規(guī)3.9.1 EtherCAT實(shí)現(xiàn)CAN總線應(yīng)用層協(xié)議 (CoE)3.9.2 EtherCAT實(shí)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)備行規(guī)IEC61491 (SoE)3.10 EtherCAT實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)(EoE)3.11 EtherCAT實(shí)現(xiàn)文件讀取(FoE)3.12 ADS over EtherCAT (AoE)4. 基礎(chǔ)設(shè)施成本5. EtherCAT 實(shí)施5.1 主站5.1.1 主站實(shí)施服務(wù)5.1.2 主站樣本代碼5.2 從站5.2.1 EtherCAT Slave Controller5.2.2 從站評(píng)估工具包6. 小結(jié)7. 參考文獻(xiàn)1. 引言頁首現(xiàn)場總線已成為自動(dòng)化技術(shù)的集成組件，通過大量的實(shí)踐試驗(yàn)和測試，如今已獲得廣泛應(yīng)用。正是由于現(xiàn)場總線技術(shù)的普及，才使基于PC的控制系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用。然而，雖然控制器CPU的性能（尤其是IPC的性能）發(fā)展迅猛，但傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)正日趨成為控制系統(tǒng)性能發(fā)展的“瓶頸”。急需技術(shù)革新的另一個(gè)因素則是由于傳統(tǒng)的解決方案并不十分理想。傳統(tǒng)的方案是，按層劃分的控制體系通常都由幾個(gè)輔助系統(tǒng)所組成（周期系統(tǒng)）：即實(shí)際控制任務(wù)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)、I/O系統(tǒng)中的本地?cái)U(kuò)展總線或外圍設(shè)備的簡單本地固件周期。正常情況下，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是控制器周期時(shí)間的3-5倍。在現(xiàn)場總線系統(tǒng)之上的層面（即網(wǎng)絡(luò)控制器）中，以太網(wǎng)往往在某種程度上代表著技術(shù)發(fā)展的水平。該方面目前較新的技術(shù)是驅(qū)動(dòng)或I/O級(jí)的應(yīng)用，即過去普遍采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)的這些領(lǐng)域。這些應(yīng)用類型要求系統(tǒng)具備良好的實(shí)時(shí)能力、適應(yīng)小數(shù)據(jù)量通訊，并且價(jià)格經(jīng)濟(jì)。EtherCAT可以滿足這些需求，并且還可以在I/O級(jí)實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)技術(shù) （參見圖1）。圖1: 傳統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間在現(xiàn)場總線系統(tǒng) 之上的層面（即網(wǎng)絡(luò)控制器）中，以太網(wǎng)往往在某種程度上代表著技術(shù)發(fā)展的水平。該方面目前較新的技術(shù)是驅(qū)動(dòng)或I/O級(jí)的應(yīng)用，即過去普遍采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)的這些領(lǐng)域。這些應(yīng)用類型要求系統(tǒng)具備良好的實(shí)時(shí)能力、適應(yīng)小數(shù)據(jù)量通訊，并且價(jià)格經(jīng)濟(jì)。EtherCAT可以滿足這些需求，并且還可以在I/O級(jí)實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)技術(shù)。1.1 以太網(wǎng)和實(shí)時(shí)能力目前，有許多方案力求實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)能力。例如，CSMA/CD介質(zhì)存取過程方案，即禁止高層協(xié)議訪問過程，而由時(shí)間片或輪循方式所取代的一種解決方案；另一種解決方案則是通過專用交換機(jī)精確控制時(shí)間的方式來分配以太網(wǎng)包。這些方案雖然可以在某種程度上快速準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)包傳送給所連接的以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，但是，輸出或驅(qū)動(dòng)控制器重定向所需要的時(shí)間以及讀取輸入數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間都要受制于具體的實(shí)現(xiàn)方式。如果將單個(gè)以太網(wǎng) 幀用于每個(gè)設(shè)備，那么，理論上講，其可用數(shù)據(jù)率非常低。例如，最短的以太網(wǎng)幀為84字節(jié)（包括內(nèi)部的包間隔IPG）。如果一個(gè)驅(qū)動(dòng)器周期性地發(fā)送4字節(jié)的實(shí)際值和狀態(tài)信息，并相應(yīng)地同時(shí)接收4字節(jié)的命令值和控制字信息，那么，即便是總線負(fù)荷為100%（即：無限小的驅(qū)動(dòng)響應(yīng)時(shí)間)時(shí)，其可用數(shù)據(jù)率也只能達(dá)到4/84= 4.8%。如果按照10 μs的平均響應(yīng)時(shí)間估計(jì)，則速率將下降到1.9%。對(duì)所有發(fā)送以太網(wǎng) 幀到每個(gè)設(shè)備(或期望幀來自每個(gè)設(shè)備)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)方式而言，都存在這些限制，但以太網(wǎng)幀內(nèi)部所使用的協(xié)議則是例外。2. EtherCAT 運(yùn)行原理頁首EtherCAT技術(shù)突破了其他以太網(wǎng)解決方案的系統(tǒng)限制：通過該項(xiàng)技術(shù)，無需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過程數(shù)據(jù)復(fù)制到各個(gè)設(shè)備。EtherCAT從站設(shè)備在報(bào)文經(jīng)過其節(jié)點(diǎn)時(shí)讀取相應(yīng)的編址數(shù)據(jù)，同樣，輸入數(shù)據(jù)也是在報(bào)文經(jīng)過時(shí)插入至報(bào)文中（參見圖2）。整個(gè)過程中，報(bào)文只有幾納秒的時(shí)間延遲。圖 2: 過程數(shù)據(jù)插入至報(bào)文中由于發(fā)送和接收的以太網(wǎng)幀壓縮了大量的設(shè)備數(shù)據(jù)，所以有效數(shù)據(jù)率可達(dá)90%以上。100 Mb/s TX的全雙工特性完全得以利用，因此，有效數(shù)據(jù)率可大于100 Mb/s（即大于2 x 100 Mb/s的90%）（參見圖3）。圖 3: 帶寬利用率的比較符合IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議無需附加任何總線即可訪問各個(gè)設(shè)備。耦合設(shè)備中的物理層可以將雙絞線或光纖轉(zhuǎn)換為LVDS（一種可供選擇的以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)[4，5]），以滿足電子端子塊等模塊化設(shè)備的需求。這樣，就可以非常經(jīng)濟(jì)地對(duì)模塊化設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展了。之后，便可以如普通以太網(wǎng)一樣，隨時(shí)進(jìn)行從底板物理層LVDS到100 Mb/s TX物理層的轉(zhuǎn)換。3. EtherCAT 技術(shù)特征頁首3.1 協(xié)議EtherCAT是用于過程數(shù)據(jù)的優(yōu)化協(xié)議，憑借特殊的以太網(wǎng)類型，它可以在以太網(wǎng)幀內(nèi)直接傳送。EtherCAT幀可包括幾個(gè)EtherCAT報(bào)文，每個(gè)報(bào)文都服務(wù)于一塊邏輯過程映像區(qū)的特定內(nèi)存區(qū)域，該區(qū)域最大可達(dá)4GB字節(jié)。數(shù)據(jù)順序不依賴于網(wǎng)絡(luò)中以太網(wǎng)端子的物理順序，可任意編址。從站之間的廣播、多播和通訊均得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)最佳性能，且要求EtherCAT組件和控制器在同一子網(wǎng)操作時(shí)，則直接以太網(wǎng)幀傳輸就將派上用場。然而，EtherCAT不僅限于單個(gè)子網(wǎng)的應(yīng)用。EtherCAT UDP將EtherCAT協(xié)議封裝為UDP/IP數(shù)據(jù)報(bào)文（參見圖4），這就意味著，任何以太網(wǎng)協(xié)議堆棧的控制均可編址到EtherCAT系統(tǒng)之中，甚至通訊還可以通過路由器跨接到其它子網(wǎng)中。顯然，在這種變體結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)性能取決于控制的實(shí)時(shí)特性和以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方式。因?yàn)閁DP數(shù)據(jù)報(bào)文僅在第一個(gè)站才完成解包，所以EtherCAT網(wǎng)絡(luò)自身的響應(yīng)時(shí)間基本不受影響。圖 4: EtherCAT：符合IEEE 802.3 [3]的標(biāo)準(zhǔn)幀另外，根據(jù)主/從數(shù)據(jù)交換原理，EtherCAT也非常適合控制器之間（主/從）的通訊。自由編址的網(wǎng)絡(luò)變量可用于過程數(shù)據(jù)以及參數(shù)、診斷、編程和各種遠(yuǎn)程控制服務(wù)，滿足廣泛的應(yīng)用需求。主站/從站與主站/主站之間的數(shù)據(jù)通訊接口也相同。從站到從站的通訊則有兩種機(jī)制以供選擇。一種機(jī)制是，上游設(shè)備和下游設(shè)備可以在同一周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)通訊，速度非?？?。由于這種方法與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)，因此適用于由設(shè)備架構(gòu)設(shè)計(jì)所決定的從站到從站的通訊，如打印或包裝應(yīng)用等。而對(duì)于自由配置的從站到從站的通訊，則可以采用第二種機(jī)制—數(shù)據(jù)通過主站進(jìn)行中繼。這種機(jī)制需要兩個(gè)周期才能完成，但由于EtherCAT的性能非常卓越，因此該過程耗時(shí)仍然快于采用其他方法所耗費(fèi)的時(shí)間。按照文獻(xiàn)[3]所述，EtherCAT僅使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀，無任何壓縮。因此，EtherCAT 以太網(wǎng)幀可以通過任何以太網(wǎng)MAC發(fā)送，并可以使用標(biāo)準(zhǔn)工具（如：監(jiān)視器）。3.2 拓?fù)銭therCAT幾乎支持任何拓?fù)漕愋停ň€型、樹型、星型等（參見圖5）。通過現(xiàn)場總線而得名的總線結(jié)構(gòu)或線型結(jié)構(gòu)也可用于以太網(wǎng)，并且不受限于級(jí)聯(lián)交換機(jī)或集線器的數(shù)量。圖 5: 靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：線型、樹型或星型拓?fù)渥钣行У南到y(tǒng)連線方法是對(duì)線型、分支或樹叉結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)浣M合。因?yàn)樗杞涌谠贗/O 模塊等很多設(shè)備中都已存在，所以無需附加交換機(jī)。當(dāng)然，仍然可以使用傳統(tǒng)的、基于以太網(wǎng)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。還可以選擇不同的電纜以提升連線的靈活性：靈活、經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)超五類以太網(wǎng)電纜可采用100BASE-TX模式傳送信號(hào)；塑封光纖（PFO）則可用于特殊應(yīng)用場合；還可通過交換機(jī)或介質(zhì)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)不同以太網(wǎng)連線（如：不同的光纖和銅電纜）的完整組合?？焖僖蕴W(wǎng)的物理層（100BASE-TX ）允許兩個(gè)設(shè)備之間的最大電纜長度為100米。由于連接的設(shè)備數(shù)量可高達(dá)65535，因此，網(wǎng)絡(luò)的容量幾乎沒有限制。3.3. 分布時(shí)鐘精確同步對(duì)于同時(shí)動(dòng)作的分布式過程而言尤為重要。例如，幾個(gè)伺服軸同時(shí)執(zhí)行協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便是如此。最有效的同步方法是精確排列分布時(shí)鐘（請(qǐng)參閱IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)[6]）。與完全同步通訊中通訊出現(xiàn)故障會(huì)立刻影響同步品質(zhì)的情況相比，分布排列的時(shí)鐘對(duì)于通訊系統(tǒng)中可能存在的相關(guān)故障延遲具有極好的容錯(cuò)性。采用EtherCAT，數(shù)據(jù)交換就完全基于純硬件機(jī)制。由于通訊采用了邏輯環(huán)結(jié)構(gòu) （借助于全雙工快速以太網(wǎng)的物理層），主站時(shí)鐘可以簡單、精確地確定各個(gè)從站時(shí)鐘傳播的延遲偏移，反之亦然。分布時(shí)鐘均基于該值進(jìn)行調(diào)整，這意味著可以在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)使用非常精確的、小于1 微秒的、確定性的同步誤差時(shí)間基（參見圖6）。而跨接工廠等外部同步則可以基于IEEE 1588 標(biāo)準(zhǔn)。圖 6: 同步性與一致性：相距電纜長度為有120米的兩個(gè)分布系統(tǒng)，帶有300個(gè)節(jié)點(diǎn)的示波器比較此外，高分辨率的分布時(shí)鐘不僅可以用于同步，還可以提供數(shù)據(jù)采集的本地時(shí)間精確信息。當(dāng)采樣時(shí)間非常短暫時(shí)，即使是出現(xiàn)一個(gè)很小的位置測量瞬時(shí)同步偏差，也會(huì)導(dǎo)致速度計(jì)算出現(xiàn)較大的階躍變化，例如，運(yùn)動(dòng)控制器通過順序檢測的位置計(jì)算速度便是如此。而在EtherCAT中，引入時(shí)間戳數(shù)據(jù)類型作為一個(gè)邏輯擴(kuò)展，以太網(wǎng)所提供的巨大帶寬使得高分辨率的系統(tǒng)時(shí)間得以與測量值進(jìn)行鏈接。這樣，速度的精確計(jì)算就不再受到通訊系統(tǒng)的同步誤差值影響，其精度要高于基于自由同步誤差的通訊測量技術(shù)。3.4 性能EtherCAT使網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到了一個(gè)新境界。借助于從站硬件集成和網(wǎng)絡(luò)控制器主站的直接內(nèi)存存取，整個(gè)協(xié)議的處理過程都在硬件中得以實(shí)現(xiàn)，因此，完全獨(dú)立于協(xié)議堆棧的實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)、CPU 性能或軟件實(shí)現(xiàn)方式。1000個(gè)I/O的更新時(shí)間只需30 μs，其中還包括I/O周期時(shí)間（參見表1）。單個(gè)以太網(wǎng)幀最多可進(jìn)行1486字節(jié)的過程數(shù)據(jù)交換，幾乎相當(dāng)于12000個(gè)數(shù)字輸入和輸出，而傳送這些數(shù)據(jù)耗時(shí)僅為300 μs。表 1: EtherCAT性能概貌100個(gè)伺服軸的通訊也非?？焖伲嚎稍诿?00μs中更新帶有命令值和控制數(shù)據(jù)的所有軸的實(shí)際位置及狀態(tài)，分布時(shí)鐘技術(shù)使軸的同步偏差小于1微秒。而即使是在保證這種性能的情況下，帶寬仍足以實(shí)現(xiàn)異步通訊，如TCP/IP、下載參數(shù)或上載診斷數(shù)據(jù)。超高性能的EtherCAT技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)無法迄及的控制理念。EtherCAT使通訊技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)PC所具有的超強(qiáng)計(jì)算能力相適應(yīng)，總線系統(tǒng)不再是控制理念的瓶頸，分布式I/O可能比大多數(shù)本地I/O接口運(yùn)行速度更快。EtherCAT技術(shù)原理具有可塑性，并不束縛于100 M bps的通訊速率，甚至有可能擴(kuò)展為1000 M bps的以太網(wǎng)。 3.5 診斷現(xiàn)場總線系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，有效性和試運(yùn)行時(shí)間關(guān)鍵取決于診斷能力。只有快速而準(zhǔn)確地檢測出故障，并明確標(biāo)明其所在位置，才能快速排除故障。因此，在EtherCAT的研發(fā)過程中，特別注重強(qiáng)化診斷特征。試運(yùn)行期間，驅(qū)動(dòng)或I/O 端子等節(jié)點(diǎn)的實(shí)際配置需要與指定的配置進(jìn)行匹配性檢查，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也需要與配置相匹配。由于整合的拓?fù)渥R(shí)別過程已延伸至各個(gè)端子，因此，這種檢查不僅可以在系統(tǒng)啟動(dòng)期間進(jìn)行，也可以在網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)讀取時(shí)進(jìn)行（配置上載）?？梢酝ㄟ^評(píng)估CRC校驗(yàn)，有效檢測出數(shù)據(jù)傳送期間的位故障——32 位CRC多項(xiàng)式的最小漢明距為4。除斷線檢測和定位之外，EtherCAT系統(tǒng)的協(xié)議、物理層和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以對(duì)各個(gè)傳輸段分別進(jìn)行品質(zhì)監(jiān)視，與錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器關(guān)聯(lián)的自動(dòng)評(píng)估還可以對(duì)關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)段進(jìn)行精確定位。此外，對(duì)于電磁干擾、連接器破損或電纜損壞等一些漸變或突變的錯(cuò)誤源而言，即便它們尚未過度應(yīng)變到網(wǎng)絡(luò)自恢復(fù)能力的范圍，也可對(duì)其進(jìn)行檢測與定位。3.6 高可靠性選擇冗余電纜可以滿足快速增長的系統(tǒng)可靠性需求，以保證設(shè)備更換時(shí)不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。您可以很經(jīng)濟(jì)地增加冗余特性，僅需在主站設(shè)備端增加使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)端口（無需專用網(wǎng)卡或接口），并將單一的電纜從總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即可（見圖7）。當(dāng)設(shè)備或電纜發(fā)生故障時(shí)，也僅需一個(gè)周期即可完成切換。因此，即使是針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制要求的應(yīng)用，電纜出現(xiàn)故障時(shí)也不會(huì)有任何問題。EtherCAT也支持熱備份的主站冗余。由于在環(huán)路中斷時(shí)EtherCAT從站控制器芯片將立刻自動(dòng)返回?cái)?shù)據(jù)幀，一個(gè)設(shè)備的失敗不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。例如，拖鏈設(shè)備可以配置為分支拓?fù)湟苑谰€纜斷開。圖 7: 使用標(biāo)準(zhǔn)從站設(shè)備的低成本線纜冗余3.7 安全性為了實(shí)現(xiàn)EtherCAT安全數(shù)據(jù)通信，EtherCAT安全通信協(xié)議已經(jīng)在ETG組織內(nèi)部公開。EtherCAT被用作傳輸安全和非安全數(shù)據(jù)的單一通道。傳輸介質(zhì)被認(rèn)為是“黑色通道”而不被包括在安全協(xié)議中（見圖8）。EtherCAT過程數(shù)據(jù)中的安全數(shù)據(jù)報(bào)文包括安全過程數(shù)據(jù)和所要求的數(shù)據(jù)備份。這個(gè)“容器”在設(shè)備的應(yīng)用層被安全地解析。通信仍然是單一通道的。這符合IEC61784-3附件中的模型A。圖 8: 使用黑色通道的EtherCAT安全通信軟件構(gòu)件EtherCAT安全協(xié)議已經(jīng)由德國技術(shù)監(jiān)督局（TüV）評(píng)估為滿足IEC61508定義的SIL3等級(jí)的安全設(shè)備之間傳輸過程數(shù)據(jù)的通信協(xié)議。設(shè)備上實(shí)施EtherCAT安全協(xié)議必須滿足安全目標(biāo)的需求。相應(yīng)的產(chǎn)品相關(guān)要求也必須考慮進(jìn)來。圖 9: EtherCAT安全系統(tǒng)圖9中的應(yīng)用示例受益于這種技術(shù)。安全元件在自動(dòng)化系統(tǒng)中所需要的任意地方都可以使用。系統(tǒng)中可以使用不同規(guī)模的本地輸入和輸出元件?？梢愿鶕?jù)需求使用安全或非安全總線端子擴(kuò)展額外的輸入和輸出。安全邏輯也嵌入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。這樣不用安全擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)PLC可以繼續(xù)處理控制任務(wù)。安全輸入和輸出功能需要的本地安全邏輯由智能化的安全總線端子實(shí)現(xiàn)。這節(jié)約了昂貴的安全PLC所帶來的成本，并可以根據(jù)當(dāng)前任務(wù)隨意裁剪邏輯功能。只有安全EtherCAT主站和所分配的安全從站通過非安全的標(biāo)準(zhǔn)PLC路由?！?本協(xié)議在安全數(shù)據(jù)長度，通信介質(zhì)或波特率方面么有限制。· EtherCAT被用作“黑色通道”，即，通信系統(tǒng)在安全處理中沒有任何作用?！?協(xié)議被鑒定符合IEC61508定義的SIL3等級(jí)· 提供EtherCAT安全功能的產(chǎn)品已經(jīng)于2005年就上市了。3.8 EtherCAT 取代PCI隨著PC組件急劇向小型化方向發(fā)展，工業(yè)PC的體積日趨取決于插槽的數(shù)目。而快速以太網(wǎng)的帶寬和EtherCAT通訊硬件的過程數(shù)據(jù)長度則為該領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的可能性——IPC 中的傳統(tǒng)接口現(xiàn)在可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧傻腅therCAT接口端子（參見圖10）。除了可以對(duì)分布式I/O進(jìn)行編址，還可以對(duì)驅(qū)動(dòng)和控制單元以及現(xiàn)場總線主站、快速串行接口、網(wǎng)關(guān)和其它通訊接口等復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行編址。圖 10: 分布式現(xiàn)場總線接口即使是其他無協(xié)議限制的以太網(wǎng)設(shè)備變體，也可以通過分布式交換機(jī)端口設(shè)備進(jìn)行連接。由于一個(gè)以太網(wǎng)接口足以滿足整個(gè)外圍設(shè)備的通訊（參見圖11），因此，這不僅極大地精簡了IPC主機(jī)的體積和外觀，而且也降低了IPC主機(jī)的成本。圖 11: EtherCAT使控制器的體積顯著減小3.9 設(shè)備行規(guī)設(shè)備行規(guī)描述了設(shè)備的應(yīng)用參數(shù)和功能特性，如設(shè)備類別相關(guān)的機(jī)器狀態(tài)等。現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)為I/O設(shè)備、驅(qū)動(dòng)、閥等許多設(shè)備類別提供了可利用的設(shè)備行規(guī)。用戶非常熟悉這些行規(guī)以及相關(guān)的參數(shù)和工具，因此，EtherCAT無需為這些設(shè)備類別重新開發(fā)設(shè)備行規(guī)，而是為現(xiàn)有的設(shè)備行規(guī)提供了簡單的接口。該特性使得用戶和設(shè)備制造商可以輕松完成從現(xiàn)有的現(xiàn)場總線到EtherCAT技術(shù)的轉(zhuǎn)換過程。3.9.1 EtherCAT實(shí)現(xiàn)CANopen (CoE)CANopen?設(shè)備和應(yīng)用行規(guī)廣泛用于多種設(shè)備類別和應(yīng)用，如I/O組件、驅(qū)動(dòng)、編碼器、比例閥、液壓控制器，以及用于塑料或紡織行業(yè)的應(yīng)用行規(guī)等。EtherCAT可以提供與CANopen機(jī)制[7]相同的通訊機(jī)制，包括對(duì)象字典、PDO（過程數(shù)據(jù)對(duì)象）、SDO（服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象），甚至于網(wǎng)絡(luò)管理。因此，在已經(jīng)安裝了CANopen的設(shè)備中，僅需稍加變動(dòng)即可輕松實(shí)現(xiàn)EtherCAT，絕大部分的CANopen?固件都得以重復(fù)利用。并且，可以選擇性地?cái)U(kuò)展對(duì)象，以便利用EtherCAT所提供的巨大帶寬。3.9.2 EtherCAT實(shí)施伺服驅(qū)動(dòng) 設(shè)備行規(guī)IEC 61491 (SoE)SERCOS interface? 是全球公認(rèn)的、用于高性能實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)的通訊接口，尤其適用于運(yùn)動(dòng)控制的應(yīng)用場合。用于伺服驅(qū)動(dòng)和通訊技術(shù)的SERCOS?框架屬于IEC 61491標(biāo)準(zhǔn)[8] 的范疇。該伺服驅(qū)動(dòng)框架可以輕松地映射到 EtherCAT中，嵌入于驅(qū)動(dòng)中的服務(wù)通道、全部參數(shù)存取以及功能都基于EtherCAT郵箱（參見圖12）。在此，關(guān)注焦點(diǎn)還是EtherCAT與現(xiàn)有協(xié)議的兼容性（IDN的存取值、屬性、名稱、單位等），以及與數(shù)據(jù)長度限制相關(guān)的擴(kuò)展性。過程數(shù)據(jù)，即形式為AT和MDT的SERCOS?數(shù)據(jù)，都使用EtherCAT從站控制器機(jī)制進(jìn)行傳送，其映射與SERCOS映射相似。并且，EtherCAT從站的設(shè)備狀態(tài)也可以非常容易地映射為SERCOS?協(xié)議狀態(tài)。EtherCAT從站狀態(tài)機(jī)可以很容易地映射到SERCOS?協(xié)議的通信階段。EtherCAT為這種在CNC行業(yè)中廣泛使用的設(shè)備行規(guī)提供了先進(jìn)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)。這種設(shè)備行規(guī)的優(yōu)點(diǎn)與EtherCAT分布時(shí)鐘提供的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，保證了網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)精確時(shí)鐘同步。可以任意傳輸位置命令，速度命令或扭矩命令。取決于實(shí)現(xiàn)方式，甚至可能繼續(xù)使用相同的設(shè)備配置工具。圖 12: 同時(shí)并存的多個(gè)設(shè)備行規(guī)和協(xié)議3.10 EtherCAT實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)(EoE)EtherCAT技術(shù)不僅完全兼容以太網(wǎng)，而且在“設(shè)計(jì)”之初就具備良好的開放性特征——該協(xié)議可以在相同的物理層網(wǎng)絡(luò)中包容其它基于以太網(wǎng)的服務(wù)和協(xié)議，通常可將其性能損失降到最小。對(duì)以太網(wǎng)的設(shè)備類型沒有限制，設(shè)備可通過交換機(jī)端口在EtherCAT段內(nèi)進(jìn)行連接。以太網(wǎng)幀通過EtherCAT協(xié)議開通隧道，這也正是VPN、 PPPoE (DSL) 等因特網(wǎng)應(yīng)用所普遍采取的方法。EtherCAT網(wǎng)絡(luò)對(duì)以太網(wǎng)設(shè)備而言是完全透明的，其實(shí)時(shí)特性也不會(huì)發(fā)生畸變（參見圖13）。圖 13: 對(duì)所有以太網(wǎng)協(xié)議完全透明EtherCAT設(shè)備可以包容其它的以太網(wǎng)協(xié)議，因此具備標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)設(shè)備的一切特性。主站的作用與第2層交換機(jī)所起的作用一樣，可按照編址信息將以太網(wǎng)幀重新定向到相應(yīng)的設(shè)備。因此，集成萬維網(wǎng)服務(wù)器、電子郵件和FTP 傳送等所有的因特網(wǎng)技術(shù)都可以在EtherCAT的環(huán)境中得以應(yīng)用。3.11 EtherCAT實(shí)現(xiàn)文件讀取(FoE)這種簡單的協(xié)議與TFTP類似，允許存取設(shè)備中的任何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此，無論設(shè)備是否支持TCP/IP，都有可能將標(biāo)準(zhǔn)化固件上載到設(shè)備上。3.12 ADS over EtherCAT (AoE)ADS over EtherCAT (AoE)是由EtherCAT規(guī)范定義的客戶端-服務(wù)器郵箱協(xié)議。盡管CoE協(xié)議提供了詳盡的描述，但AoE則更適合路由與并行服務(wù)的應(yīng)用：通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備訪問子網(wǎng)絡(luò)，如EtherCAT至CANopen? 或 EtherCAT至IO-Link? 網(wǎng)關(guān)設(shè)備。AoE使EtherCAT主站應(yīng)用（如PLC程序）可以訪問所屬CANopen? 或 IO-Link?從站的各個(gè)參數(shù)。AoE路由機(jī)制開銷遠(yuǎn)低于因特網(wǎng)協(xié)議（IP）所定義的開銷，并且發(fā)送方和接收方尋址參數(shù)始終包含在AoE報(bào)文中。因此，EtherCAT主站和從站端的實(shí)施更為精簡。AoE也通過EtherCAT自動(dòng)化協(xié)議（EAP）進(jìn)行非周期通信的標(biāo)準(zhǔn)化，從而為上位機(jī)MES系統(tǒng)或主計(jì)算機(jī)、EtherCAT主站及其從屬的現(xiàn)有設(shè)備之間提供無縫通信。同時(shí)，AoE也提供了從遠(yuǎn)程診斷工具獲取EtherCAT網(wǎng)絡(luò)診斷信息的標(biāo)準(zhǔn)化方法。4. 基礎(chǔ)設(shè)施成本頁首由于EtherCAT無需集線器和交換機(jī)，因此，在環(huán)境條件允許的情況下，可以節(jié)省電源、安裝費(fèi)用等設(shè)備方面的投資，只需使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)電纜和價(jià)格低廉的標(biāo)準(zhǔn)連接器即可。如果環(huán)境條件有特殊要求，則可以依照IEC標(biāo)準(zhǔn)，使用增強(qiáng)密封保護(hù)等級(jí)的連接器。5. EtherCAT 實(shí)施頁首EtherCAT技術(shù)是面向經(jīng)濟(jì)的設(shè)備而開發(fā)的，如I/O 端子、傳感器和嵌入式控制器等。EtherCAT使用遵循IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀。這些幀由主站設(shè)備發(fā)送，從站設(shè)備只是在以太網(wǎng)幀經(jīng)過其所在位置時(shí)才提取和/或插入數(shù)據(jù)。因此，EtherCAT 使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)MAC，這正是其在主站設(shè)備方面智能化的表現(xiàn)。同樣，EtherCAT在從站控制器中使用專用芯片，這也是其在從站設(shè)備方面智能化的表現(xiàn)——無論本地處理能力是否強(qiáng)大或軟件品質(zhì)好壞與否，專用芯片均可在硬件中處理過程數(shù)據(jù)協(xié)議，并提供最佳實(shí)時(shí)性能。5.1 主站EtherCAT可以在單個(gè)以太網(wǎng)幀中最多實(shí)現(xiàn)1486字節(jié)的分布式過程數(shù)據(jù)通訊。其它解決方案一般是，主站設(shè)備需要在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)周期中為各個(gè)節(jié)點(diǎn)處理、發(fā)送和接收幀。而EtherCAT系統(tǒng)與此不同之處在于，在通常情況下，每周期僅需要一個(gè)或兩個(gè)幀即可完成所有節(jié)點(diǎn)的全部通訊，因此，EtherCAT主站不需要專用的通訊處理器。主站功能幾乎不會(huì)給主機(jī)CPU帶來任何負(fù)擔(dān)，輕松處理這些任務(wù)的同時(shí)，還可以處理應(yīng)用程序，因此EtherCAT 無需使用昂貴的專用有源插接卡，只需使用無源的NIC卡或主板集成的以太網(wǎng)MAC設(shè)備即可。EtherCAT主站很容易實(shí)現(xiàn)，尤其適用于中小規(guī)模的控制系統(tǒng)和有明確規(guī)定的應(yīng)用場合。例如，如果某個(gè)單個(gè)過程映像的PLC沒有超過1486 字節(jié)，那么在其周期時(shí)間內(nèi)循環(huán)發(fā)送這個(gè)以太網(wǎng)幀就足夠了。因?yàn)閳?bào)文頭運(yùn)行時(shí)不會(huì)發(fā)生變化，所以只需將常數(shù)報(bào)文頭插入到過程映像中，并將結(jié)果傳送到以太網(wǎng)控制器即可。EtherCAT映射不是在主站產(chǎn)生，而是在從站產(chǎn)生（外圍設(shè)備將數(shù)據(jù)插入所經(jīng)以太網(wǎng)幀的相應(yīng)位置），因此，此時(shí)過程映像已經(jīng)完成排序。該特性進(jìn)一步減輕了主機(jī)CPU的負(fù)擔(dān)?？梢钥吹?，EtherCAT主站完全在主機(jī)CPU中采用軟件方式實(shí)現(xiàn)，相比之下，傳統(tǒng)的慢速現(xiàn)場總線系統(tǒng)通過有源插接卡方可實(shí)現(xiàn)主站的方式則要占用更多的資源，甚至服務(wù)于DPRAM的有源卡本身也將占用可觀的主機(jī)資源。系統(tǒng)配置工具（通過生產(chǎn)商獲?。┛商峁┌ㄏ鄳?yīng)的標(biāo)準(zhǔn) XML 格式啟動(dòng)順序在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備參數(shù)。圖 14: 主站實(shí)施的單個(gè)過程映像5.1.1 主站實(shí)施服務(wù)已經(jīng)在各種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了EtherCAT主站，包括但并不限于：eCos, INtime, MICROWARE OS-9, MQX, On Time RTOS-32, Proconos OS, Real-Time Java, RT Kernel, RT-Linux, RTX, RTXC, RTAI Linux, PikeOS, Linux with RT-Preempt, QNX, VxWin + CeWin, VxWorks, Windows CE, Windows XP/XPE with CoDeSys SP RTE, Windows NT/NTE/2000/XP/XPE/Vista with TwinCAT RTE, Windows 7 and XENOMAI Linux.可以獲得開源主站協(xié)議棧，作為示例代碼或商業(yè)軟件。也有各種公司提供各種硬件平臺(tái)上的實(shí)施服務(wù)?？梢栽贓therCAT網(wǎng)站上的產(chǎn)品區(qū)找到快速增長的供應(yīng)商信息[1]。5.1.2 主站樣本代碼另一種EtherCAT主站的實(shí)現(xiàn)方式是使用樣本代碼，花費(fèi)不高。軟件以源代碼形式提供，包括所有的EtherCAT主站功能，甚至還包括EoE（EtherCAT實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)）功能（見圖15）。開發(fā)人員只要把這些應(yīng)用于Windows環(huán)境的代碼與目標(biāo)硬件及所使用的RTOS加以匹配就可以了。該軟件代碼已經(jīng)成功應(yīng)用于多個(gè)系統(tǒng)。圖 15: 主站樣本代碼結(jié)構(gòu)5.2 從站EtherCAT從站設(shè)備使用一個(gè)價(jià)格低廉的從站控制器芯片ESC。從站不需要微處理器就可以實(shí)現(xiàn)EtherCAT通信。可以通過I/O接口實(shí)現(xiàn)的簡單設(shè)備可以只由ESC和其下的PHY，變壓器和RJ45接頭。給從站的過程數(shù)據(jù)接口是32位的I/O接口。這種從站沒有可配置的參數(shù)，所以不需要軟件或郵箱協(xié)議。EtherCAT狀態(tài)機(jī)由ESC處理。ESC的啟動(dòng)信息從EEPROM中讀取，它也支持從站的身份識(shí)別。更復(fù)雜的可配置從站有使用一個(gè)CPU。這個(gè)CPU和ESC之間使用8位或16位并行接口或串行SPI接口。要求的CPU性能取決于從站的應(yīng)用，EtherCAT協(xié)議軟件在其上運(yùn)行。EtherCAT協(xié)議棧管理EtherCAT狀態(tài)機(jī)和應(yīng)用層協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)CoE協(xié)議和支持固件下載的FoE協(xié)議。EoE協(xié)議也可以實(shí)施。5.2.1 EtherCAT Slave Controller目前，有多家制造商均提供EtherCAT從站控制器。通過價(jià)格低廉的FPGA，也可實(shí)現(xiàn)從站控制器的功能，可以購買授權(quán)以獲取相應(yīng)的二進(jìn)制代碼。從站控制器通常都有一個(gè)內(nèi)部的DPRAM，并提供存取這些應(yīng)用內(nèi)存的接口范圍：· 串行SPI（串行外圍接口）主要用于數(shù)量較小的過程數(shù)據(jù)設(shè)備，如模擬量I/O模塊、傳感器、編碼器和簡單驅(qū)動(dòng)等。該接口通常使用8位微控制器，如微型芯片PIC、DSP、Intel 80C51等(見圖16)?！?8/16位微控制器并行接口與帶有DPRAM接口的傳統(tǒng)現(xiàn)場總線控制器接口相對(duì)應(yīng)，尤其適用于數(shù)據(jù)量較大的復(fù)雜設(shè)備。通常情況下，微控制器使用的接口包括Infineon 80C16x、Intel 80x86、Hitachi SH1、ST10、ARM和TI TMS320等系列(見圖16)?！?32位并行I/O接口不僅可以連接多達(dá)32位數(shù)字輸入/輸出，而且也適用于簡單的傳感器或執(zhí)行器的32位數(shù)據(jù)操作。這類設(shè)備無需主機(jī)CPU(見圖17)。圖 16: 從站硬件：帶主機(jī)CPU的FPGA圖 17: 從站硬件：帶直接I/O的FPGA關(guān)于EtherCAT從站控制器的最新信息，請(qǐng)登錄EtherCAT網(wǎng)站[1]。5.2.2 從站評(píng)估工具包倍福公司提供的從站評(píng)估工具包使接口操作變得簡便易行。由于采用了EtherCAT，無需功能強(qiáng)大的通訊處理器，因此，可將從站評(píng)估工具包中的8位微處理器作為主機(jī)CPU使用。該工具包還包括源代碼形式的從站主機(jī)軟件（相當(dāng)于協(xié)議堆棧）和參考主站軟件包（TwinCAT）。6. 小結(jié)頁首EtherCAT 擁有杰出的通訊性能，接線非常簡單，并對(duì)其它協(xié)議開放。傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)已達(dá)到了極限，而EtherCAT則突破建立了新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——30 μs內(nèi)可以更新1000個(gè)I/O數(shù)據(jù)，可選擇雙絞線或光纖，并利用以太網(wǎng)和因特網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)垂直優(yōu)化集成。使用 EtherCAT，可以用簡單的線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)替代昂貴的星型以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無需昂貴的基礎(chǔ)組件。EtherCAT還可以使用傳統(tǒng)的交換機(jī)連接方式，以集成其它的以太網(wǎng)設(shè)備。其它的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)方案需要與控制器進(jìn)行特殊連接，而EtherCAT只需要價(jià)格低廉的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)卡(NIC) 便可實(shí)現(xiàn)。EtherCAT擁有多種機(jī)制，支持主站到從站、從站到從站以及主站到主站之間的通訊（參見圖18）。它實(shí)現(xiàn)了安全功能，采用技術(shù)可行且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法，使以太網(wǎng)技術(shù)可以向下延伸至I/O級(jí)。EtherCAT功能優(yōu)越，可以完全兼容以太網(wǎng)，可將因特網(wǎng)技術(shù)嵌入到簡單設(shè)備中，并最大化地利用了以太網(wǎng)所提供的巨大帶寬，是一種實(shí)時(shí)性能優(yōu)越且成本低廉的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。圖 19: 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式多樣7. 參考文獻(xiàn)頁首[1]EtherCAT Technology Group (ETG) http://www.ethercat.org[2]IEC 61158-3/4/5/6-12 (Ed.1.0), Industrial communication networks – Fieldbus specifications – Part 3-12: Data-link layer service definition – Part 4-12: Data-link layer protocol specification – Part 5-12: Application layer service definition – Part 6-12: Application layer protocol specification – Type 12 elements (EtherCAT)[3]IEEE 802.3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications[4]IEEE 802.3ae-2002: CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications: Media Access Control (MAC) Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for 10 Gb/s Operation[5]ANSI/TIA/EIA-644-A, Electrical Characteristics of Low Voltage Differential Signaling (LVDS) Interface Circuits[6]IEEE 1588-2002: IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems[7]EN 50325-4: Industrial communications subsystem based on ISO 11898 (CAN) for controller-device interfaces. Part 4: CANopen[8]IEC 61800-7-301/304 (Ed.1.0), Adjustable speed electrical power drive systems – Part 7-301: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 1 to network technologies – Part 7-304: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 4 to network technologies[9]SEMI E54.20: Standard for Sensor/Actuator Network Communications for EtherCAT.為何使用EtherCAT？EtherCAT獨(dú)特的運(yùn)行機(jī)制使其成為“工程師的明智之選”。此外，以下特點(diǎn)對(duì)某些應(yīng)用具有特別的優(yōu)勢。1. 卓越的性能總的來說 EtherCAT 是最快的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，同時(shí)它提供納秒級(jí)精確的同步。目標(biāo)系統(tǒng)由總線系統(tǒng)控制或監(jiān)測的所有應(yīng)用都將從此大大獲益?？焖俜磻?yīng)時(shí)間減少了處理步驟中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換等待時(shí)間，從而顯著提高了應(yīng)用的效率。最后，相對(duì)于設(shè)定了相同循環(huán)時(shí)間的其他總線系統(tǒng)，EtherCAT 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常能減少 25%-30%的 CPU 負(fù)載。而最好的情況下，EtherCAT 性能可以改善精度，獲得更高的吞吐量，并降低成本。2. 靈活的拓?fù)湓?EtherCAT 應(yīng)用中，機(jī)器結(jié)構(gòu)決定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而非反之。在傳統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)中，可安裝的交換機(jī)和集線器的數(shù)量是有限的，從而限制了整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。而 EtherCAT 無需交換機(jī)或集線器，因此沒有這樣的局限性。簡而言之，EtherCAT 在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞矫鏇]有任何限制。幾乎無限數(shù)量的節(jié)點(diǎn)可以組成線型、樹型、星型拓?fù)浼叭魏瓮負(fù)涞慕M合。由于自動(dòng)鏈接檢測功能，節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)段可在運(yùn)行中斷開及重新連接——甚至連接到其他地方。線型拓?fù)淇梢酝卣篂榄h(huán)形拓?fù)洌瑥亩鴮?shí)現(xiàn)線纜冗余。主站設(shè)備僅需要第二個(gè)以太網(wǎng)口即可實(shí)現(xiàn)這種冗余功能，而從站設(shè)備已經(jīng)具備了支持冗余功能的條件。因此可在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行設(shè)備交換。3. 簡單且耐用配置、檢測、維護(hù)都與系統(tǒng)的成本息息相關(guān)。以太網(wǎng)現(xiàn)場總線使得所有這些任務(wù)變得異常簡單：EtherCAT 可以自動(dòng)配置地址，無需手動(dòng)配置。低總線負(fù)載和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的物理層改善了抗電磁干擾的能力。網(wǎng)絡(luò)可靠地定位檢測潛在的干擾，從而大大減少了排除錯(cuò)誤的時(shí)間。在啟動(dòng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將目標(biāo)拓?fù)渑c現(xiàn)實(shí)拓?fù)鋵?duì)比從而檢測差異。EtherCAT 出色的性能使得系統(tǒng)配置時(shí)降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試的需求。由于高帶寬，可以將其他的 TCP/IP 與控制數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸。然而，EtherCAT 并不是基于 TCP/IP 的，因此無需使用 MAC 地址或 IP 地址，更不需要 IT 專家配置交換機(jī)或路由器。4. 集成安全功能性安全作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的集成部分？對(duì)于 FSoE（Functional Safety over EtherCAT）來說不是問題。FSoE 是得到實(shí)際驗(yàn)證的，自 2005 年就有了通過 TüV 認(rèn)證的FSOE 設(shè)備。協(xié)議滿足 SIL 3 系統(tǒng)要求，且適用于集中控制和分散控制系統(tǒng)。由于黑色通道的方式及特別精簡的安全容器（Safety Container），F(xiàn)SoE 也可以應(yīng)用于其他總線系統(tǒng)。該集成方案及精簡的協(xié)議可降低系統(tǒng)成本。此外，一個(gè)非安全要求的控制器可以接受并處理安全數(shù)據(jù)。5. 低成本易實(shí)現(xiàn)EtherCAT 以相當(dāng)甚至低于傳統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的價(jià)格水平提供工業(yè)以太網(wǎng)的特性。對(duì)于主站設(shè)備硬件僅需要一個(gè)以太網(wǎng)端口——而無需昂貴的接口卡或協(xié)處理器。不同形式的 EtherCAT 從站控制器可以從很多供應(yīng)商獲得：ASIC 芯片、FPGA，或標(biāo)準(zhǔn)微處理器的可選總線接口。由于這些便宜的控制器可以承擔(dān)所有時(shí)間關(guān)鍵任務(wù)，EtherCAT 自身并不向從站設(shè)備 CPU 提出任何性能要求，從而降低了設(shè)備成本。因?yàn)?EtherCAT 不需要交換機(jī)或其他有源基礎(chǔ)組件，從而節(jié)省了該類組件及其安裝、配置和維護(hù)的成本?；谶@些原因，EtherCAT廣泛適用于：· 機(jī)器人· 機(jī)床· 包裝機(jī)械· 印刷機(jī)· 塑料制造機(jī)器· 沖壓機(jī)· 半導(dǎo)體制造機(jī)器· 試驗(yàn)臺(tái)· 測試系統(tǒng)· 抓取機(jī)器· 電廠· 變電站· 材料處理應(yīng)用· 行李運(yùn)送系統(tǒng)· 舞臺(tái)控制系統(tǒng)· 自動(dòng)化裝配系統(tǒng)· 紙漿和造紙機(jī)· 隧道控制系統(tǒng)· 焊接機(jī)· 起重機(jī)和升降機(jī)· 農(nóng)場機(jī)械· 海岸應(yīng)用· 鋸木廠· 窗戶生產(chǎn)設(shè)備· 樓宇控制系統(tǒng)· 鋼鐵廠· 風(fēng)機(jī)· 家具生產(chǎn)設(shè)備· 銑床· 自動(dòng)引導(dǎo)車· 娛樂自動(dòng)化· 制藥設(shè)備· 木材加工機(jī)器EtherCAT 常見問題1. EtherCAT技術(shù)· 1.1 EtherCAT性能遠(yuǎn)高于我的應(yīng)用需求。為什么我還要使用該技術(shù)？· 1.2. 為何使用EtherCAT可以降低成本？· 1.3 EtherCAT是否僅局限于主站與從站的通訊應(yīng)用？· 1.4 如何保證EtherCAT設(shè)備的兼容性?2. EtherCAT 技術(shù)協(xié)會(huì)· 2.1 我必須成為ETG會(huì)員才可以使用EtherCAT嗎？· 2.2 我必須成為ETG會(huì)員才可以實(shí)施EtherCAT嗎？· 2.3 如何成為EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)的會(huì)員？· 2.4. 會(huì)員可以享有何種利益？· 2.5 為何ETG會(huì)員資格是免費(fèi)的？· 2.6 將來會(huì)否收取會(huì)費(fèi)？· 2.7 ETG會(huì)員如何影響該技術(shù)的發(fā)展？· 2.8 EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)的法律地位？3. EtherCAT: 開放的技術(shù)· 3.1 EtherCAT是一個(gè)開放性的技術(shù)。這意味著什么？· 3.2 是否有專利權(quán)？· 3.3 如何授權(quán)？· 3.4 開放源代碼是怎樣的情況？· 3.5 是否有多種渠道獲取EtherCAT從站控制器？4. 實(shí)施方面· 4.1 我們想實(shí)施一個(gè)EtherCAT從站設(shè)備，應(yīng)該如何開始？· 4.2 我們想實(shí)施一個(gè)EtherCAT主站設(shè)備，應(yīng)該怎么做呢？· 4.3 EtherCAT從站控制芯片的授權(quán)如何？· 4.4 FPGA的授權(quán)費(fèi)用如何？· 4.5 是否必須將我們的EtherCAT設(shè)備遞交給一致性測試中心接受檢測嗎？5. EtherCAT Vendor ID· 5.1 什么是EtherCAT Vendor ID？· 5.2 我們的子公司/合作伙伴有EtherCAT Vendor ID。我們可以在我們的設(shè)備上使用它嗎？· 5.3 我們正在使用技術(shù)提供商提供的接口板在我們的設(shè)備上增加EtherCAT接口。那么。我們可以在我們的設(shè)備上使用該技術(shù)提供商的Vendor ID嗎？· 5.4 何謂二級(jí)Vendor ID?· 5.5 我們有一個(gè)CANopen? 的Vendor ID。我們可以在EtherCAT設(shè)備上使用它嗎？· 5.6 我們?nèi)绾紊暾?qǐng)Vendor ID？6. Safety over EtherCAT· 6.1 是否需要添加一個(gè)EtherCAT接口來連接我的FSoE設(shè)備？· 6.2 是否需要為我的FSoE設(shè)備實(shí)施一個(gè)獨(dú)立的控制器結(jié)構(gòu)？· 6.3 我是否可以在其他非EtherCAT通訊系統(tǒng)中使用Safety over EtherCAT？· 6.4 是否有經(jīng)過認(rèn)證的Safety over EtherCAT堆?？晒┦褂?？· 6.5 是否有Safety over EtherCAT的一致性測試？· 6.6 我的Safety over EtherCAT設(shè)備是否需要經(jīng)過相關(guān)機(jī)構(gòu)（如TUV, BGIA）的認(rèn)可？· 6.7 我是否需要在設(shè)備上市前在FSoE測試中心進(jìn)行官方測試？· 6.8 為何我在設(shè)備上實(shí)施Safety over EtherCAT協(xié)議需要授權(quán)？· 6.9 我如何可以獲得并使用Safety over EtherCAT的Logo？· 6.10 我是一個(gè)EtherCAT主站的提供商。我如何支持Safety over EtherCAT設(shè)備？· 6.11 我是機(jī)械設(shè)備制造商。我需要授權(quán)才可以使用Safety over EtherCAT的設(shè)備嗎？· 1. EtherCAT技術(shù)· 1.1 EtherCAT性能遠(yuǎn)高于我的應(yīng)用需求。為什么我還要使用該技術(shù)？卓越的現(xiàn)場總線性能決不會(huì)有壞處。即使對(duì)于慢速控制，使用EtherCAT也可以改善響應(yīng)時(shí)間并簡化配置工作，因?yàn)槿笔∨渲镁涂梢詽M足要求。此外，更短的響應(yīng)時(shí)間可以改善您應(yīng)用的性能，因?yàn)檫@縮減了傳輸?shù)却龝r(shí)間（如，在下一個(gè)處理被初始化前對(duì)輸入信號(hào)的等待時(shí)間）。如果您對(duì)性能要求并不苛刻，也可以因?yàn)镋therCAT的其它優(yōu)勢而選用它，比如，成本更低，更加靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，或者僅僅是使用方便?？偠灾?，您采用EtherCAT，就無需采用昂貴慢速的系統(tǒng)了?！?1.2. 為何使用EtherCAT可以降低成本？有這樣幾種原因：低成本的從站控制器降低了從站設(shè)備的成本。無需任何特殊的主站卡，主板集成的以太網(wǎng)控制器即可滿足要求。無需交換機(jī)或集線器，因此降低了基礎(chǔ)設(shè)施的成本。使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)線纜。實(shí)施簡單，因此降低了實(shí)施成本。支持自動(dòng)配置，無需任何手動(dòng)設(shè)置地址，無需任何網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，因此降低了配置成本。· 1.3 EtherCAT是否僅局限于主站與從站的通訊應(yīng)用？不是的。與其他實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)一樣，一個(gè)設(shè)備（主站）必須要擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)管理、組織介質(zhì)讀取控制的任務(wù)。對(duì)于EtherCAT，有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)從站與從站的通訊：在同一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中上游設(shè)備可以與下游設(shè)備交換數(shù)據(jù)，而獨(dú)立于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況需要在兩個(gè)總線周期實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。EtherCAT比其他的協(xié)議更具有速度優(yōu)勢，即使需要兩個(gè)周期實(shí)現(xiàn)從站與從站的通訊，相對(duì)來講也是高速高效的?！?1.4 如何保證EtherCAT設(shè)備的兼容性? 對(duì)于一個(gè)通訊技術(shù)來說，保證其實(shí)施的一致性及兼容性是該技術(shù)成功的重要因素。因此EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)非常重視這些特性。技術(shù)實(shí)施協(xié)議方面的一致性是兼容性的前提，這意味著來自于不同廠商的設(shè)備可以在同一個(gè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同工作。為保證一致性，必須使用一致性測試工具（CTT）。此外，我們還有遍布全球的一致性測試中心（ETC）。對(duì)于通過EtherCAT一致性測試的設(shè)備，ETC將頒發(fā)官方一致性證書。更多關(guān)于一致性測試及設(shè)備認(rèn)證的信息可以在一致性測試頁面找到?！?2. EtherCAT 技術(shù)協(xié)會(huì)· 2.1 我必須成為ETG會(huì)員才可以使用EtherCAT嗎？不需要。但是，您或許希望通過加入ETG來向您的客戶或供應(yīng)商展示您對(duì)該技術(shù)的支持。對(duì)于一個(gè)ETG會(huì)員，您將被邀請(qǐng)參加ETG會(huì)議，獲取詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范及相關(guān)信息，并影響該技術(shù)的發(fā)展?！?2.2 我必須成為ETG會(huì)員才可以實(shí)施EtherCAT嗎？雖然我們建議您加入ETG（見2.3/2.4），但如果您在您的機(jī)器或生產(chǎn)線上集成EtherCAT設(shè)備，那么我們認(rèn)為您是最終用戶，并不必須加入ETG。EtherCAT設(shè)備制造商必須要加入ETG，并獲得一個(gè)EtherCAT Vendor ID。詳情請(qǐng)?jiān)谙螺d專區(qū)（請(qǐng)使用您的會(huì)員登錄賬號(hào)）下載EtherCAT Vendor ID政策（EtherCAT Vendor ID Policy）。會(huì)員資格免費(fèi)獲?。ㄒ?.5/2.6）。· 2.3 如何成為EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)的會(huì)員？可以通過給ETG總部發(fā)郵件info@ethercat.org申請(qǐng)ETG的會(huì)員資格。您將得到所有必須的信息，如需求，會(huì)員申請(qǐng)表格等。在成為會(huì)員之前，請(qǐng)仔細(xì)閱讀ETG By-Laws· 2.4. 會(huì)員可以享有何種利益？ETG會(huì)員優(yōu)先享受技術(shù)支持，可獲取僅提供給會(huì)員的EtherCAT規(guī)范、指南、免費(fèi)從站代碼和其他支持工具及相關(guān)信息。會(huì)員將被邀請(qǐng)參加ETG會(huì)議，如技術(shù)委員會(huì)（TC）或技術(shù)工作組（TWG），對(duì)規(guī)范進(jìn)行審核和討論。ETG會(huì)員有資格參加指定的EtherCAT培訓(xùn)和研發(fā)課程。此外，ETG會(huì)員還可以在EtherCAT官網(wǎng)上推廣其產(chǎn)品，并作為合作伙伴參與我們的全球系列研討會(huì)和全球重要展覽會(huì)上的ETG聯(lián)合展臺(tái)。ETG會(huì)員權(quán)益· 2.5 為何ETG會(huì)員資格是免費(fèi)的？會(huì)員年費(fèi)或者其他的高額成本相對(duì)于獲取一個(gè)開放的技術(shù)應(yīng)該不是一個(gè)問題。因此，不僅沒有ETG的會(huì)員費(fèi)用，而且ETG會(huì)員獲取協(xié)議堆棧，樣本代碼，評(píng)估套件，實(shí)施支持和其他的服務(wù)都是免費(fèi)或者僅需很低的費(fèi)用?！?2.6 將來會(huì)否收取會(huì)費(fèi)？目前沒有收取ETG會(huì)費(fèi)的計(jì)劃。如果將來需要收取會(huì)費(fèi)（如，以支持ETG的外加服務(wù)），將由會(huì)員委員大會(huì)討論通過決定?！?2.7 ETG會(huì)員如何影響該技術(shù)的發(fā)展？在ETG技術(shù)委員會(huì)會(huì)議上將對(duì)EtherCAT技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)探討，鼓勵(lì)各ETG會(huì)員加入技術(shù)工作組和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，并提出寶貴的建議和意見。會(huì)員區(qū)有所有工作組的列表（需登錄）ETG工作組歡迎各用戶、OEM、系統(tǒng)集成商和設(shè)備制造商提供有價(jià)值的需求反饋，ETG的工作歷史表明這種反饋非常有效。技術(shù)使用者和開發(fā)者之間直接和個(gè)人的聯(lián)系可以加強(qiáng)關(guān)于"Know-how"知識(shí)和技術(shù)信息的深層次交流。查找ETG會(huì)員詳細(xì)信息請(qǐng)點(diǎn)擊這里：EtherCAT組織架構(gòu)· 2.8 EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)的法律地位？ETG是（類似于德國大多數(shù)工會(huì)或政黨）受德國法律允許的非注冊(cè)協(xié)會(huì)或社團(tuán)組織。根據(jù)相關(guān)法規(guī)，由于ETG不銷售任何產(chǎn)品，因此ETG是一個(gè)非盈利性組織。會(huì)員對(duì)協(xié)會(huì)資產(chǎn)共同承擔(dān)有限責(zé)任——ETG無資產(chǎn)，因此事實(shí)負(fù)債為零?！?3. EtherCAT: 開放的技術(shù)· 3.1 EtherCAT是一個(gè)開放性的技術(shù)。這意味著什么？這意味著每一個(gè)人都可以使用，實(shí)施，并獲利于該技術(shù)。還意味著EtherCAT實(shí)施應(yīng)該是兼容的，任何人不應(yīng)為防止他人使用而改變這種技術(shù)。EtherCAT是國際標(biāo)準(zhǔn)(IEC61158, IEC 61784, IEC 61800, ISO 15745)，同時(shí)也是SEMI標(biāo)準(zhǔn)(E54.20)?！?3.2 是否有專利權(quán)？是的，EtherCAT技術(shù)有專利權(quán)，如同其他任何值得擁有專利權(quán)的現(xiàn)場總線技術(shù)一樣。可以提供獨(dú)特功能的技術(shù)需要專利權(quán)和授權(quán)以保護(hù)其不受復(fù)制和偽造的傷害?！?3.3 如何授權(quán)？對(duì)于EtherCAT主站實(shí)施的授權(quán)是免費(fèi)的，但協(xié)議要求兼容性，以確保授權(quán)免費(fèi)并提供法律效力。對(duì)于從站設(shè)備，EtherCAT采用了CAN的授權(quán)模式（CAN是一個(gè)受專利保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)開放技術(shù)的出色樣本）：低額的授權(quán)費(fèi)用已經(jīng)“嵌入到”EtherCAT 從站控制器（ESC）芯片中，因此，設(shè)備制造商，最終用戶，系統(tǒng)集成商，工具生產(chǎn)商等無需再付授權(quán)費(fèi)用?！?3.4 開放源代碼是怎樣的情況？EtherCAT技術(shù)本身并不開源。 EtherCAT符合IEC，ISO和SEMI標(biāo)準(zhǔn)，因此每個(gè)人都可以平等地使用EtherCAT技術(shù)。此外，無需繳納主站使用授權(quán)費(fèi)用。 ETG所有會(huì)員和EtherCAT用戶組共同維護(hù)并促進(jìn)EtherCAT技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。如果您有關(guān)于技術(shù)實(shí)施或者EtherCAT技術(shù)結(jié)合共享和開放源碼系統(tǒng)方面的相關(guān)問題，請(qǐng)聯(lián)系ETG總部或EtherCAT技術(shù)的專利方Beckhoff。· 3.5 是否有多種渠道獲取EtherCAT從站控制器？有。EtherCAT從站控制器（ESC）實(shí)施可以從亞信電子、Beckhoff、Hilscher、HMS、英飛凌、Innovasic、Microchip、Profichip、德州儀器、Trinamics、瑞薩電子、Intel以及 Xilinx獲取。更多實(shí)施也即將發(fā)布。EtherCAT從站控制器概述可在資料下載區(qū)進(jìn)行查詢：下載區(qū)· 4. 實(shí)施方面· 4.1 我們想實(shí)施一個(gè)EtherCAT從站設(shè)備，應(yīng)該如何開始？可以參考EtherCAT Slave Implementation Guide（EtherCAT從站實(shí)施指南）作為從站實(shí)施的開始，請(qǐng)點(diǎn)擊這里下載。該文件涵蓋從站實(shí)施的起始步驟，包括開發(fā)硬件、軟件、研討會(huì)和培訓(xùn)、一致性，以及一步步的提示信息。 EtherCAT從站協(xié)議棧可以從多個(gè)供應(yīng)商獲取。 Beckhoff將從站協(xié)議棧代碼(SSC)-源代碼免費(fèi)開放給所有ETG會(huì)員。 EtherCAT從站實(shí)施套件也可以從相關(guān)供應(yīng)商獲取。請(qǐng)?jiān)诠俜紼therCAT產(chǎn)品指南中查詢更多從站評(píng)估套件：EtherCAT產(chǎn)品頁面· 4.2 我們想實(shí)施一個(gè)EtherCAT主站設(shè)備，應(yīng)該怎么做呢？對(duì)于主站來講，你并不需要專用的硬件設(shè)備。任何以太網(wǎng)MAC都可以滿足要求。EtherCAT對(duì)資源消耗非常小，因此也無需特殊的通訊處理器。主站代碼可以從多種渠道獲得，如一些通過樣本代碼包提供的免費(fèi)開放代碼，甚至一些包含了RTOS的主站產(chǎn)品。實(shí)施服務(wù)同樣有不同的供應(yīng)商可以提供。請(qǐng)點(diǎn)擊此處了解EtherCAT產(chǎn)品情況?！?4.3 EtherCAT從站控制芯片的授權(quán)如何？當(dāng)您從EtherCAT從站控制器供應(yīng)商那里購買了ESC芯片，所有的EtherCAT功能已經(jīng)包含在芯片中。對(duì)EtherCAT從站設(shè)備供應(yīng)商來說，取得了ESC供應(yīng)商資格則包含該授權(quán)，無需額外的EtherCAT授權(quán)費(fèi)用。· 4.4 FPGA的授權(quán)費(fèi)用如何？當(dāng)您從您首選的半導(dǎo)體分銷商那里購買了FPGA，EtherCAT代碼尚未加載。EtherCAT IP核授權(quán)適用于Intel和Xilinx的FPGA。您只需支付一個(gè)授權(quán)即可制造盡可能多的EtherCAT從站設(shè)備。此外，也有基于數(shù)量的授權(quán)?！?4.5 是否必須將我們的EtherCAT設(shè)備遞交給一致性測試中心接受檢測嗎？不是。在官方EtherCAT測試中心進(jìn)行一致性測試是可選的——但是，您的客戶可能會(huì)需要一致性測試證書，而一致性測試證書只能通過官方測試后才能發(fā)放。您必須確保您的研發(fā)設(shè)施中應(yīng)用了官方一致性測試工具（CTT）。每年，ETG都會(huì)維護(hù)和進(jìn)一步發(fā)展CTT，CTT以訂閱的方式提供。關(guān)于一致性的更多詳情，請(qǐng)點(diǎn)擊此處獲得?！?5. EtherCAT Vendor ID· 5.1 什么是EtherCAT Vendor ID？EtherCAT Vendor ID是由EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)為每一個(gè)供應(yīng)商分配的唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)碼。它與產(chǎn)品編碼（product code ）一同將包含在EtherCAT設(shè)備的標(biāo)識(shí)對(duì)象中。EtherCAT Vendor ID 列表· 5.2 我們的子公司/合作伙伴有EtherCAT Vendor ID。我們可以在我們的設(shè)備上使用它嗎？如果要求將Vendor ID授予合作伙伴公司，請(qǐng)聯(lián)系ETG總部。但是，我們建議每個(gè)EtherCAT設(shè)備用戶使用自己單獨(dú)的Vendor ID?！?5.3 我們正在使用技術(shù)提供商提供的接口板在我們的設(shè)備上增加EtherCAT接口。那么。我們可以在我們的設(shè)備上使用該技術(shù)提供商的Vendor ID嗎？不可以。該技術(shù)提供商的通信設(shè)備上附帶有Vendor ID。您應(yīng)使用自己獨(dú)有的Vendor ID來替代它，以便于您的設(shè)備可以在網(wǎng)絡(luò)中被識(shí)別?！?5.4 何謂二級(jí)Vendor ID?二級(jí)Vendor ID是從原Vendor ID派生出來的，專門用來標(biāo)識(shí)通訊接口設(shè)備類產(chǎn)品的Vendor ID，但這類產(chǎn)品無法參加后續(xù)的一致性測試?！?5.5 我們有一個(gè)CANopen? 的Vendor ID。我們可以在EtherCAT設(shè)備上使用它嗎？對(duì)于您的EtherCAT產(chǎn)品，你需要一個(gè)EtherCAT Vendor ID。然而，在您申請(qǐng)EtherCAT Vendor ID時(shí)，您可以提出申請(qǐng)與您CANopen? 的Vendor ID相同的號(hào)碼，如果您申請(qǐng)的號(hào)碼仍然可用，ETG則會(huì)分配給您?！?5.6 我們?nèi)绾紊暾?qǐng)Vendor ID？非常簡單，您僅需到EtherCAT網(wǎng)站的會(huì)員頁面下載:EtherCAT Vendor ID 申請(qǐng)表格· 6. Safety over EtherCAT· 6.1 是否需要添加一個(gè)EtherCAT接口來連接我的FSoE設(shè)備？不需要。RSoE協(xié)議采用一個(gè)黑色通道實(shí)現(xiàn)；無需為此設(shè)置安全相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口?？刂破?，ASIC以及鏈接，耦合器相關(guān)的通訊接口都可以保留使用。· 6.2 是否需要為我的FSoE設(shè)備實(shí)施一個(gè)獨(dú)立的控制器結(jié)構(gòu)？使用兩個(gè)微控制器是實(shí)現(xiàn)SIL 3安全設(shè)備的常用方式。但這并不是Safety over EtherCAT規(guī)范的要求。實(shí)現(xiàn)這個(gè)協(xié)議必須滿足以下要求：- 完全符合IEC 61508和IEC 61784-3；- 完全符合FSoE協(xié)議規(guī)范；- 完全符合安全完整性等級(jí)（SIL）要求和相應(yīng)產(chǎn)品的指定需求?！?6.3 我是否可以在其他非EtherCAT通訊系統(tǒng)中使用Safety over EtherCAT？可以。該協(xié)議可以在任何通訊中使用，可以是EtherCAT通訊，現(xiàn)場總線系統(tǒng)，以太網(wǎng)或類似的通訊，光纖，同軸線纜，甚至無線傳輸。對(duì)于通訊總線耦合器或其他設(shè)備沒有限制或特別要求?！?6.4 是否有經(jīng)過認(rèn)證的Safety over EtherCAT堆棧可供使用？有，在ETG內(nèi)部有服務(wù)提供商能夠提供預(yù)先認(rèn)證的FSoE協(xié)議棧和安全研發(fā)服務(wù)。Safety over EtherCAT協(xié)議非常簡潔，協(xié)議狀態(tài)機(jī)有明確的界定。經(jīng)驗(yàn)表明，使用或不使用預(yù)認(rèn)證的堆棧都可以在短時(shí)間內(nèi)輕松實(shí)施?！?6.5 是否有Safety over EtherCAT的一致性測試？是的。FSoE測試案例規(guī)范適用于FSoE設(shè)備，并通過TUV批準(zhǔn)。對(duì)于FSoE從站，測試案例與EtherCAT測試工具配合使用，可以執(zhí)行一個(gè)自動(dòng)的測試。通常情況下，由于靈活的主站配置，對(duì)于主站堆棧的自動(dòng)檢測更復(fù)雜。因此，可用的測試案例規(guī)范可以用于對(duì)主站的認(rèn)可。Safety over EtherCAT規(guī)則ETG.9100包括了對(duì)一個(gè)設(shè)備驗(yàn)收的完整測試流程?！?6.6 我的Safety over EtherCAT設(shè)備是否需要經(jīng)過相關(guān)機(jī)構(gòu)（如TUV, BGIA）的認(rèn)可？是的。Safety over EtherCAT設(shè)備的研發(fā)需要評(píng)估。設(shè)備的實(shí)現(xiàn)包括通過EMC報(bào)告，Safety over EtherCAT一致性測試，并通過所有符合IEC 61508的安全周期流程。該評(píng)估將由機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)?！?6.7 我是否需要在設(shè)備上市前在FSoE測試中心進(jìn)行官方測試？是的。FSoE測試政策是需要通過官方FSoE測試中心測試的。進(jìn)行FSoE一致性測試的前提是擁有有效的EtherCAT協(xié)議實(shí)施認(rèn)證。FSoE測試中心的所有測試都可以在內(nèi)部進(jìn)行準(zhǔn)備。· 6.8 為何我在設(shè)備上實(shí)施Safety over EtherCAT協(xié)議需要授權(quán)？Safety over EtherCAT是一種為很多設(shè)備制造商所采用的技術(shù)。對(duì)于這樣一種技術(shù)來說，兼容性是保證在應(yīng)用領(lǐng)域能進(jìn)行互操作的重要功能。取得授權(quán)的設(shè)備制造商都有權(quán)實(shí)施這一技術(shù)，但其設(shè)備必須具有符合規(guī)范的兼容性。授權(quán)是免費(fèi)的。使用FSoE最終設(shè)備的機(jī)器制造商及控制系統(tǒng)提供商則無需該項(xiàng)授權(quán)?！?6.9 我如何可以獲得并使用Safety over EtherCAT的Logo？Safety over EtherCAT的logo可以從ETG總部獲取。使用Safety over EtherCAT Logo的產(chǎn)品必須遵循由ETG發(fā)布的ETG9001 EtherCAT標(biāo)識(shí)規(guī)則。· 6.10 我是一個(gè)EtherCAT主站的提供商。我如何支持Safety over EtherCAT設(shè)備？如果您只是想在EtherCAT環(huán)節(jié)支持現(xiàn)有的Safety over EtherCAT設(shè)備，則無需在主站上進(jìn)行任何安全相關(guān)的實(shí)施?？刹捎脦б粋€(gè)EtherCAT從站接口的FSoE主站，同時(shí)也可以被用作安全邏輯設(shè)備。只有從-從通信必須由EtherCAT主站支持，將安全數(shù)據(jù)報(bào)從FSoE主站路由至FSoE從站，反之亦然?！?6.11 我是機(jī)械設(shè)備制造商。我需要授權(quán)才可以使用Safety over EtherCAT的設(shè)備嗎？不。您可以在機(jī)械設(shè)備中直接使用最終的Safety over EtherCAT產(chǎn)品，而無需授權(quán)。您務(wù)必留意產(chǎn)品中是否有SIL或PL認(rèn)證，產(chǎn)品必須執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（IEC 62061, ISO 13849）或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，以及與其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的兼容性，如必須符合國際的或國家的法律要求（如Directive of machinery, OSHA, UL等）。Vendor ID每個(gè)EtherCAT兼容設(shè)備必須使用由ETG分配的全球唯一的Vendor ID。EtherCAT Vendor ID的使用必須符合EtherCAT規(guī)范，并由ETG Vendor ID政策和相應(yīng)的Vendor ID協(xié)議約束管理。為明確這一政策，一般規(guī)則如下：· 每個(gè)EtherCAT設(shè)備供應(yīng)商必須是ETG會(huì)員，必須從EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)取得有效的Vendor ID?！?Vendor ID是免費(fèi)的?！?在EtherCAT設(shè)備上市前，供應(yīng)商必須實(shí)現(xiàn)Vendor ID?！?在機(jī)器中集成或使用EtherCAT設(shè)備的機(jī)器制造商，無需申請(qǐng)和使用Vendor ID。發(fā)布于 2021-05-28 14:08開放式 IEC 61131 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（書籍）以太網(wǎng)（Ethernet）以太網(wǎng)協(xié)議?贊同 18??1 條評(píng)論?分享?喜歡?收藏?申請(qǐng)轉(zhuǎn)載?文章被以下專欄收錄IT技術(shù)專欄IT技術(shù)分享

STM32F303+LAN9252的EtherCAT實(shí)現(xiàn)IO、AD、DA_stm32 ethercat-CSDN博客

STM32F303+LAN9252的EtherCAT實(shí)現(xiàn)IO、AD、DA

最新推薦文章于?2024-03-12 17:49:16?發(fā)布

Taqingjie

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EtherCAT

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ethercat

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從去年年末接觸EtherCAT總線以來，由于其他一些工作原因，前期設(shè)計(jì)的基于STM32F303+LAN9252開發(fā)板一直未能跑通，僅實(shí)現(xiàn)了LAN9252這部分電路與Twincat的通訊，MCU與LAN9252未能成功通信交互數(shù)據(jù)。近段時(shí)間又返回重新開始了這部分內(nèi)容，終于是將下位機(jī)調(diào)試成功。之前在選擇MCU時(shí)考慮很多，最后在網(wǎng)上找到了這樣一份答案，選取EtherCAT主控單片機(jī)時(shí)應(yīng)選擇FLASH在25KB、RAM在32KB以上的MCU，考慮成本及一些功能要求在這里我用的是FLASH為128KB，RAM為40KB的STM32F303CBT6這片單片機(jī)。整體思路是采用STM32CubeMX生成基礎(chǔ)工程，連接適配好EtherCAT協(xié)議包的相關(guān)API，編寫相關(guān)的XML文件，在學(xué)習(xí)時(shí)看了丁丁大佬開發(fā)EtherCAT的相關(guān)文章，受益匪淺，大佬直通車https://www.hexcode.cn/article/5e3ee9a835616641b2daef97

關(guān)于我的設(shè)計(jì)

由于本次前已完成硬件上的調(diào)試，故本次只對(duì)下位機(jī)軟件進(jìn)行一個(gè)記錄和說明。

一、STM32CubeMX配置外設(shè)等基礎(chǔ)工程

首先，STM32與LAN9252的通信主要涉及到以下內(nèi)容：

1、SPI: 與LAN9252通訊，讀寫LAN9252的接口，受單片機(jī)功能限制，在這里我只能選擇4線標(biāo)準(zhǔn)SPI通信

2、3個(gè)外部中斷：IRQ總中斷、SYNC0、SYNC1兩個(gè)時(shí)鐘同步中斷，EtherCAT主從通信中如果選擇使用分布式時(shí)鐘功能，這兩個(gè)中斷要配上。(el9800hw.c、el9800hw.h)

3、1ms定時(shí)器：用于超時(shí)差錯(cuò)，調(diào)用ECAT_CheckTimer()函數(shù)，配置好后讓協(xié)議棧自己調(diào)用。

配置好這些基本的外設(shè)，剩下的就是和協(xié)議棧相結(jié)合一個(gè)蘿卜一個(gè)坑進(jìn)行移植，移植過程中千萬細(xì)心不要出現(xiàn)低級(jí)錯(cuò)誤。

二、配置MCU外設(shè)的一些主要截圖

1、引腳

2、時(shí)鐘

3、SPI

4、外部中斷

三、KEIL主要外設(shè)代碼

為方便快速開發(fā)，本次設(shè)計(jì)直接移植了開發(fā)板的EtherCAT包，STM32從站部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)IO、DA、AD等功能，只需對(duì)相關(guān)變量和SDO進(jìn)行操作，即可實(shí)現(xiàn)特定的功能和應(yīng)用。

從站修改步驟大體是：

1.自定義對(duì)象字典，參考《從站添加對(duì)象字典操作流程-R1.2》；

2.在STM32從站程序中，添加外設(shè)驅(qū)動(dòng)，初始化過程寫在HW_Init()函數(shù)中。

四、測試

單片機(jī)程序、EEPROM和twincat軟件目錄下的XML文件，三者必須對(duì)應(yīng)，否則會(huì)出錯(cuò)。

1、按鍵測試

2、LED測試

3、AD測試

4、DA測試

同AD測試一樣，我們通過單片機(jī)產(chǎn)生PWM波輸入到外圍電路，通過外圍運(yùn)放電路的轉(zhuǎn)換形成一個(gè)0~2.5V的電壓信號(hào)輸出，改變PWM波的占空比進(jìn)而達(dá)到不同電壓信號(hào)的輸出，如下圖展示了AI信號(hào)的連續(xù)變化。

本次記錄就到這里啦！

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STM32F303+LAN9252的EtherCAT實(shí)現(xiàn)IO、AD、DA

STM32F303+LAN9252的EtherCAT下位機(jī)設(shè)計(jì)從去年年末接觸EtherCAT總線以來，由于其他一些工作原因，前期設(shè)計(jì)的基于STM32F303+LAN9252開發(fā)板一直未能跑通，僅實(shí)現(xiàn)了LAN9252這部分電路與Twincat的通訊，MCU與LAN9252未能成功通信交互數(shù)據(jù)。近段時(shí)間又返回重新開始了這部分內(nèi)容。終于是將下位機(jī)調(diào)試成功。之前在選擇MCU時(shí)考慮很多，最后在網(wǎng)上找到了這樣一份答案，選取EtherCAT主控單片機(jī)時(shí)應(yīng)選擇FLASH在25KB、RAM在32KB以上的MCU，考慮成本

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專欄目錄

ethercat LAN9252 開發(fā)板原理圖

09-21

ethercat 開發(fā)板原理圖(基于 LAN9252芯片）,原理圖畫得一般，不美觀，大家湊合用

（轉(zhuǎn)載）STM32與LAN9252構(gòu)建EtherCAT從站

xiahailong90的博客

02-27

9501

EtherCAT Technology Group | 聯(lián)系方式。使用SSC，可以快速地構(gòu)建EtherCAT從站代碼，保證從站協(xié)議棧與最新的EtherCAT協(xié)議相匹配，同時(shí)還可以生成從站設(shè)備描述文件，這是一份XML文件，需要放在TwinCAT安裝路徑下的目錄下，在使用TwinCAT對(duì)設(shè)備進(jìn)行組態(tài)時(shí)需要使用。是EtherCAT從站設(shè)計(jì)過程中很重要的一個(gè)文件，關(guān)于從站設(shè)備傳輸多少數(shù)據(jù)，是否啟用分布式時(shí)鐘，PHY（LAN9252）與MCU之間如何通信等等重要數(shù)據(jù)都在這個(gè)描述文件中定義。

7?條評(píng)論

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ethercat從站stm32程序和使用文檔，實(shí)現(xiàn)了IO、AD、DA功能。

07-20

2018年暑期自己搞的項(xiàng)目的一部分，包括基于stm32f407的ethercat從站程序以及配套的XML文件。實(shí)現(xiàn)了IO、AD、DA功能。在別人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的ethercat從站功能上，我根據(jù)智昂的從站板子添加了AD、DA功能。參考了別人的提供的資料，算是踩在了巨人的肩膀上吧。

EtherCat 從站控制芯片

weixin_46024116的博客

01-05

973

EtherCat 從站控制芯片簡稱ESC，是實(shí)現(xiàn)EtherCat數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的專用芯片，用作處理EtherCat數(shù)據(jù)幀，并為從站控制裝置提供數(shù)據(jù)接口，簡單說就是一般我們的MCU不支持EtherCat（當(dāng)然也有支持的，支持的就不需要ESC），ESC就是個(gè)轉(zhuǎn)換器，一般和MCU選擇串行（SPI）的方式來通信。ESC存儲(chǔ)空間：前面講到ESC具有64K字節(jié)的DPRAM，前4K（0x0000–0x0FFF）字節(jié)的寄存器空間。

【EtherCAT實(shí)踐篇】三、EtherCAT從站軟件設(shè)計(jì)-IO口操作

zhandouhu的博客

01-27

8869

【EtherCAT分析】二、EtherCAT從站驅(qū)動(dòng)程序分析已經(jīng)給出了EtherCAT從站軟件設(shè)計(jì)的基本框架，下面結(jié)合設(shè)計(jì)的EtherCAT從站硬件板子進(jìn)行如程序設(shè)計(jì)。

1、STM32底層引腳及功能配置

主要完成RCC時(shí)鐘，GPIO口、AD采樣、SPI接口等配置。

1.1 GPIO口配置：16路撥碼開關(guān)輸入，16路LED輸出

void GPIO_init(void)

{

...

十四.EtherCAT開發(fā)之ST MCU STM32F407ZGt6+ AX58100的開發(fā)FOE應(yīng)用

aiot_bigbear的專欄,關(guān)注我獲取最新技術(shù)文章信息與海量資源~

06-21

2469

STM32F407ZGt6與AX58100是 SPI連接，工作在SPI模式。FoE(File Access over EtherCAT)可實(shí)現(xiàn)EtherCAT節(jié)點(diǎn)之間的文件傳輸。

基于STM32的伺服總線EtherCAT主站設(shè)計(jì)——SOEM方案

weixin_48501028的博客

04-16

7545

本文介紹在正點(diǎn)原子的STM32H743開發(fā)板上，使用SOEM方案實(shí)現(xiàn)EtherCAT主站通訊，本文記錄從零基礎(chǔ)學(xué)習(xí)路線，從入門到移植成功控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

基于STM32構(gòu)建EtherCAT主站（SOEM方案）2

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