EtherCAT介绍

• 40 轴 (每轴6字节输入/ 输出数据) • 50个 I/O 站，总共560个 EtherCAT 总线端子 • 2000个数字量 + 200个模拟量I/O, 总线长度 500 m • EtherCAT性能 : 循环时间 230µs
@ 33% 总线负荷，报文长度77µs
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
CRC IPG
I/O
节点响 应时间
I/O
每节点 4 Byte 输入 + 4 Byte 输出 : 应用数据所占比例 4,75% @节点响应时间0µs 应用数据所占比例 1,9% @节点响应时间10µs
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
（Bit）或整个“一组乘客”—甚至是多组乘客
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
运行原理：飞速传输的以太网协议
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
运行原理：飞速传输的以太网协议
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
Car 27
如同一个高速火车： • “火车” (以太网帧) 不停地飞速行使 • 即便从狭窄的窗户也可以看到整个“火车” • “车厢”（子报文）长度可变 • 可以在每列“火车”经过时“提取”或“插入”单独的“乘客”
• 速度更快，性能更高 • 低成本 • 拓扑灵活 • 易用性及易实施性 • 成功的应用案例 • 来自ETG的广泛支持
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
EtherCAT 速度更快
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
27/12/2007
传统现场总线I/O的响应时间
I PLC 任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务
Tmpd 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
传输速率: 2 x 100 Mbaud （全双工）
循环时间: • 256 开关量 I/O ：11 µs • 分布于 100 节点的 1000 开关量 I/O ：30 µs = 0.03 ms • 200 模拟量 I/O (16 bit) ：50 µs, 20 kHz 采样频率 • 100 伺服轴 (每个 8 Byte IN+OUT) ：100 µs = 0.1 ms • 12000 数字量 I/O：350 µs
Cycle Time 50 µs = 0,05 ms
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
“慢速”控制系统同样受益于此！
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
EH
WKC
EH
WKC
EH
WKC
更易实施
Ethernet HDR FH
Data
Data
Data
CRC
安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
• 针对分布式I/O的优化报文结构 • 通讯完全在硬件中完成—最优性能 • 若网络中全部为EtherCAT设备，则无需交换机 • 出色的诊断功能 • 保留对以太网的兼容性
EtherCAT 速度更快
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
不同通信方式的带宽使用率比较：
每节点4 Byte用户数据： 100
• 轮询 / 时间片:
90
约 2..5%
80
从站设备
EtherCAT 从站 控制器
从站设备
EtherCAT 从站 控制器
在帧的传输过程中过程数据被提取或插入
• 每个从站对过程数据的大小几乎无限制（1 Bit…60 Kbyte, 如果需要则使用几个以太网帧传输）
• 每一个循环中帧的报文数据构成可以不同。如：超短循环时 间用于轴数据，稍长循环用于I/O刷新
@ 44 % 总线负荷，报文长度122µs
在这样短的循环时间下，仍有56%的 带宽为其他通讯保留，如TCP/IP。
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
* Source: Ethernet Powerlink Spec V 2.0, App.3
I/O和驱动使用的以太网带宽：
以太网帧: ≥ 84 Bytes
(包括：帧前导 + 帧间间隙)
22 Bytes
Ethernet Header
有效数据 e.g. 2Bit…6Byte
4 Bytes 12 Bytes
Data: ≥46 Bytes CRC IPG
通过输出数据发送请求
Ethernet Header Data: ≥46 Bytes 响应发送输入数据
• 广播
70
(主站 → 从站):
60
约 20…30%
50
40
每节点2 Bit 用户数据： 30
• EtherCAT: 80…97% 20
10
0 Polling / Broadcast EtherCAT
Timeslice
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
EtherCAT 性能
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
Telegram Time: 7µs
Output switches @ End of Frame
grid 0,02 ms
交换机 IPC
.... DVI
(可选!)
• 可使用标准交换机
• 通过交换机: 一个Mac地址可访问多达65535 个节点（网段寻址）
• 可选：带有VLAN Tagging（标记虚网）的交换机允许网 段寻址而无需MAC地址
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
Tmpd
总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
无需底层扩展总线
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
EtherCAT 速度更快
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
最佳情况响应时间 最坏情况响应时间
输入
输入
输出
(最坏情况)
(最佳情况)
Tmpd: 主站处理延时
TI/O: 本地 I/O 刷新时间 (本地扩展总线+固件)
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
“慢速”控制系统同样受益于此！
“慢速”控制系统同样受益于此！
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
EtherCAT系统结构
I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务
ethercat的响应时间输入最坏情况输出最坏情况的响应时间输入最佳情况最佳情况?显著减少响应时间控制器性能相同的情况下?无底层本地io循环及扩展总线延时?非常简单的协议使得无需再使用专用的主站系统如主站插卡plc任务ethercat
EtherCAT 技术
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
• 并支持异步的、事件触发的通信
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
运行原理：飞速传输的以太网协议
EtherCAT： 速度更快
通过隐含式寻址，实现最小的协议开销
工业以太网 IPC
接线更灵活
组态更轻松 成本更低
....
DVI
* Source: Ethernet Powerlink Spec V 2.0, App.3
性能：应用举例
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
• 40 轴 (每轴 20 Byte 输入及输出数据) • 50个 I/O 站，总共560个 EtherCAT 总线端子 • 2000个数字量 + 200个模拟量I/O, 总线长度 500 m • EtherCAT性能 : 循环时间 276µs
1 CAN 帧 (8 Byte 过程数据) @ 500 kBit/s: 250µs
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
性能：应用举例
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
EtherCAT 通用超高速以太网现场总线
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
EtherCAT 特点概述
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
性能：应用举例
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
• 40 轴 (每轴6字节输入/ 输出数据) • 50个 I/O 站，总共560个 EtherCAT 总线端子 • 2000个数字量 + 200个模拟量I/O, 总线长度 500 m • EtherCAT性能 : 循环时间 230µs@ 33% 总线负荷，报文长度77µs • 对比：
EtherCAT系统结构
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
运行原理：飞速传输的以太网协议
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持
EtherCAT系统结构
I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 不再需要专用的主站设备（如总线接口卡）
27/12/2007
EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology
“慢速”控制系统同样受益于成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持