EtherCAT

2022-06-29 23:10

EtherCAT(以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù))是一個(gè)以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的開(kāi)放架構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng),EtherCAT名稱中的CAT為Control Automation Technology(控制自動(dòng)化技術(shù))首字母的縮寫(xiě)。最初由德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司(Beckhoff Automation GmbH) 研發(fā)。EtherCAT為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能和拓?fù)涞撵`活性樹(shù)立了新的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí),它還符合甚至降低了現(xiàn)場(chǎng)總線的使用成本。EtherCAT的特點(diǎn)還包括高精度設(shè)備同步,可選線纜冗余,和功能性安全協(xié)議(SIL3)。
目前有多種用于提供實(shí)時(shí)功能的以太網(wǎng)方案:例如,通過(guò)較高級(jí)的協(xié)議層禁止CSMA/CD存取過(guò)程,并使用時(shí)間片或輪詢過(guò)程來(lái)取代它。其它方案使用專用交換機(jī),并采用精確的時(shí)間控制方式分配以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。盡管這些解決方案能夠比較快和比較準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)包傳送到所連接的以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn),但帶寬的利用率卻很低,特別是對(duì)于典型的自動(dòng)化設(shè)備,因?yàn)榧词箤?duì)于非常小的數(shù)據(jù)量,也必須要發(fā)送一個(gè)完整的以太網(wǎng)幀。而且,重新定向到輸出或驅(qū)動(dòng)控制器,以及讀取輸入數(shù)據(jù)所需的時(shí)間主要取決于執(zhí)行方式。通常也需要使用一條子總線,特別是在模塊化I/O系統(tǒng)中,這些系統(tǒng)與Beckhoff K-總線一樣,通過(guò)同步子總線系統(tǒng)加快傳輸速度,但是這樣的同步將無(wú)法避免引起通訊總線傳輸?shù)难舆t。
通過(guò)采用EtherCAT技術(shù), Beckhoff突破了其它以太網(wǎng)解決方案的這些系統(tǒng)限制:不必再像從前那樣在每個(gè)連接點(diǎn)接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包,然后進(jìn)行解碼并復(fù)制為過(guò)程數(shù)據(jù)。當(dāng)幀通過(guò)每一個(gè)設(shè)備(包括底層端子設(shè)備)時(shí),EtherCAT從站控制器讀取對(duì)于該設(shè)備十分重要的數(shù)據(jù)。同樣,輸入數(shù)據(jù)可以在報(bào)文通過(guò)時(shí)插入至報(bào)文中。在幀被傳遞 (僅被延遲幾位)過(guò)去的時(shí)候,從站會(huì)識(shí)別出相關(guān)命令,并進(jìn)行處理。此過(guò)程是在從站控制器中通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的,因此與協(xié)議堆棧軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)或處理器性能無(wú)關(guān)。網(wǎng)段中的最后一個(gè)EtherCAT從站將經(jīng)過(guò)充分處理的報(bào)文返回,這樣該報(bào)文就作為一個(gè)響應(yīng)報(bào)文由**個(gè)從站返回到主站。

從以太網(wǎng)的角度看,EtherCAT總線網(wǎng)段只是一個(gè)可接收和發(fā)送以太網(wǎng)幀的大型以太網(wǎng)設(shè)備。但是,該“設(shè)備”不包含帶下游微處理器的單個(gè)以太網(wǎng)控制器,而只包含大量的EtherCAT從站。與其它任何以太網(wǎng)一樣,EtherCAT不需要通過(guò)交換機(jī)就可以建立通訊,因而產(chǎn)生一個(gè)純粹的EtherCAT系統(tǒng)。



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