EtherCAT协议概述

2024-06-04 13:52:44 浏览数 (1)

EtherCAT 是由德国 BECKOFF 自动化公司于2003年提出的实时工业以太网技术。它具有高速和高数据有效率的特点,支持多种设备连接拓扑结构。其从站节点使用专用的控制芯片,主站使用标准的以太网控制器。

EtherCAT 的主要特点如下 :

①泛的适用性,任何帮商用以太阿控制器的控制单元都可作为 EtherCAT主站。从小型的16位处理器到使用 3GHz处理器的PC系统,任何计算机都可以成为 EtherCAT 控制系统。

②完全符合以太网标准,EtherCAT 可以与其他以太网设备及协议并存于同一总线,以太网交换机等标准结构组件也可以用于 EtherCAT。

③无须从属子网,复杂的节点或只有 2 位的 1/0 节点都可以用作 EtherCAT 从站 ;

④ 高效率,最大化利用以太网带宽进行用户数据传输。

⑤ 刷新周期短,可以达到小于100us的数据刷新周期,可以用于伺服技术中底层的闭环控制。

⑥同步性能好,各从站节点设备可以达到小于1us的时钟同步精度 。

目前,EtherCAT 已经进入多种相关国际标准:

• IEC61158 中 Type12;

• IEC61784 中 CPF12;

• IEC61800 中,EtherCAT 支持 CANopen DS402 和 SERCOS;

. IS015745 中,EtherCAT 支持 DS301 。

EtherCAT 支持多种设备连接拓扑结构 : 线形、树形或星形结构,可以选用的物理介质有 100Base-TX 标准以太网电缆或光缆。使用 100Base-TX 电缆时站间距离可以达到 100m。搭个网络最多可以连接 65535 个设备。使用快速以太网 "全双工"通信技术构成主从式的环型结构如图1. 2 所示。

从以太网的角度看,一个 EtherCAT 网段可被简单地看作一个独立的以太网设备。该"设备"接收并发送以太网报文。然而,这个"设备"并没有以太网控制器及相应的微处理器,而是由多个EtherCAT从站组成。这些从站可直接处理接收的报文,并从报文中提取或插入相关的用户数据, 然后将该报文传输到下一个 EtherCAT 从站。最后一个 EtherCAT 从站发回经过完全处理的报文,并由第一个从站作为响应报文发送给控制单元。这个过程利用了以太网设备独立处理取向传输(Tx 和Rx)的特点,并运行在全双工模式下,发出的报文又通过Rx 线返回到控制单元。

报文经过从站节点时,从站识别出相关的命令并做出相应的处理。信息的处理在硬件中完成,延迟时间约为 100-500 ns (取决于物理层器件),通信性能独立于从站设备控制微处理器的响应时间。每个从站设备有最大容量为 64K 字节的可编址内存,可完成连续的或同步的读写操作。多个EtherCAT 命令数据可以被嵌入到一个以太网报文中,每个数据对应独立的设备或内存区。

EtherCAT 大大提高了现场总线的性能,例如,控制 1000 个开关最输入和输出的刷新时间约为30us。单个以太网帧最多可容纳 1486字节的过程数据,相当于 12000 位开关量数字输入和输出,刷新时间约为300us。控制 100 个伺服电机的数据通信周期约为 100 uS。

EtherCAT 使用一个专门的以太阿数据帧类型定义,用以太网数据帧传输 EtherCAT 数据包,也可以使用 UDP/IP 协议格式传输 EtherCAT 数据包。一个 EtherCAT 数据包可以由多个 EtherCAT 子报文组成,如图1. 2 所示。EtherCAT 从站不处理非 EtherCAT 数据帧,其他类型的以太网应用数据可以分段打包为EtherCAT 数据子报文在网段内透明传输,以实现相应的通信服务。

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