【5A文】经典倍福EtherCAT介绍及应用

倍福EtherCAT介绍及应用

摘要：EtherCAT–用于控制和自动化技术的以太网EtherCAT是以太网现场总线●EtherCAT是直达I/O级的实时以太网。●再也无须下挂子系统●没有网关延时●输出输出,传感器，驱动器，显示单元:所有设备位于同一个总线上。EtherCAT：更快传输速率:2x100Mbaud（全双工）刷新时间:●256开关量I/O：11µs●1000开关量I/O分布于100节点：30µs=0.03ms●200模拟量I/O（16位）：

50µs,20kHz采样频率●100伺服轴（每8字节IN+OUT）：100

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EtherCAT–用于控制和自动化技术的以太网

EtherCAT是以太网现场总线

●EtherCAT是直达I/O级的实时以太网。

●再也无须下挂子系统

●没有网关延时

●输出输出,传感器，驱动器，显示单元:所有设备位于同一个总线上。EtherCAT：更快

传输速率:2x100Mbaud

（全双工）

刷新时间:

●256开关量I/O：11µs

●1000开关量I/O分布于100节点：30µs=0.03ms

●200模拟量I/O（16位）：50µs,20kHz采样频率

●100伺服轴（每8字节IN+OUT）：100µs=0.1ms

●12000开关量I/O：350µs

I/O和驱动使用的以太网带宽

以太网帧:≥84字节（incl.preamble+IPGInterPacketGap）

带宽使用比较:

●每节点4字节用户数据:

●polling/timeslicing:ca.2.5%

●广播（master→slaves）ca.20…30%

●每节点2数据位的用户数据:

●EtherCAT:80…97%

实用原则:以太网“飞一般”

通过绝对寻址，实现最小的协议头

优势:

●专门针对分布式I/O的优化报文结构

●完全的硬件通讯:最好的性能

●若网络中只有EtherCat设备，则无须交换机

●显著的诊断功能

●以太网兼容的维护性能

●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

“飞一般”的运算，节约时间

数据在报文传送期间可以修改或添加，而无需堆栈、缓存或分解/组合。

每个节点最小的报文延时最佳性能

EtherCAT性能：

●40轴（每轴6字节输入/输出数据）

●50I/O站，总共560个EtherCAT总线端子

●2000数字量+200模拟量I/O,总线长度500m

●EtherCAT性能:循环时间230µsat33%总线负载,报文长度77µs

●比较:1个CAN帧（8字节过程数据），在总线速率500kBit/s时:250µs

"慢"的控制系统同样受益

现有现场总线I/O的系统结构

使用EtherCAT的反应时间

●反应时间明显降低–——同样的控制器性能

●再也没有下挂本地I/O循环和总线扩展延时

●得益于极其简单的协议，系统无需专门的主站

现场总线:需要在控制系统中映射

●传统的现场总线系统生成一个物理的过程映像区

●物理的过程映像区必须映射到逻辑过程映像区

直接内存访问节约时间

现场总线卡:多达30%的CPU时间用于数据复制

EtherCAT:NIC是PCI总线主站,数据由DMA提供,

直接放到PC内存:

●CPU减负

●更高的性能

EtherCAT传送延时的测量（I）

测量EtherCAT节点数据帧发出和返回之间的时间差

可计算任意节点间的传送延时

EtherCAT分布时钟

精确同步（<<1µs!），通过分布时钟的精确调整来实现！

使用SCOPEVIEW长期观察两个独立设备——300个节点，节点间电缆长度120米

EtherCAT是工业以太网

●对TCP/IP完全透明

●可使用所以英特网技术:HTTP,FTP,…

●无需严格的实时能力

●任何以太网设备均可连接到交换机的端口

●使用标准浏览器访问WebServer

●虚拟以太网交换机可路由任何以太网帧

●可从以太网段的内部及外部路由

EtherCAT布线更为灵活

电信号:100baseTXandE-bus

E-bus:低压差信号（LVDS）符合ANSI/TIA/EIA-644用IEEE802.3ae标准EtherCAT代替PCI

保护你的投资:

●现有总线系统的无缝集成

●过程映像区的刷新时间，经PCI（500字节输入/输出数据）:400µs

●过程映像区的刷新时间，经EtherCAT（1500字节输入/输出数据）:150µs

●不再在控制系统（IPC或PLC）中要求占一个槽

●然而却具备最大限度的扩展性

EtherCAT配置容易

地址:

●无需要手动设置地址

●地址可以自动分配

●地址可保持–新加入节点后，不会改变原节点的地址

拓普结构:

自动拓普目标/实际对比

诊断:

精确定位诊断

网络规划:

性能独立于:

从站实例

拓普结构（无交换机/集线器）

EtherCAT成本更低

主站:

减少了硬件，带来以下好处:

主板集成的以太网控制器实现实时功能，不需要通讯协处理器没有特殊的插入卡,主板集成的以太网口已足够

所以:在主站端，有明显的成本优势

从站:

价廉物美的EtherCAT从站控制器实现通讯功能

对于简单的设备:不需要µC

实时特征普遍独立于µC性能和堆栈处理时间

所以:在从站端，也有明显的成本优势

底层结构:

标准的以太网电缆和连接器

没有交换机和集线器

所以:在底层结构上，也有明显的成本优势

实现/工具:

标准网络监视工具:MicrosoftorEtherReal

剖析软件:免费

不要求高分辨率的时间分析器