EtherCAT – 用于控制和自動化技術的以太網 EtherCAT 是以太網現(xiàn)場總線 ●EtherCAT 是直達I/O級的實時以太網。 ●再也無須下掛子系統(tǒng) ●沒有網關延時 ●輸出輸出, 傳感器，驅動器，顯示單元: 所有設備位于同一個總線上。 EtherCAT ：更快 傳輸速率: 2 x 100 Mbaud （全雙工） 刷新時間: ●256 開關量 I/O ：11 µs ●1000 開關量 I/O 分布于 100 節(jié)點 ：30 µs = 0.03 ms ●200 模擬量 I/O （16 位） ：50 µs, 20 kHz 采樣頻率 ●100 伺服軸 （每 8 字節(jié) IN+OUT） ： 100 µs = 0.1 ms ●12000 開關量 I/O ： 350 µs I/O和驅動使用的以太網帶寬 以太網幀: ≥ 84 字節(jié)（incl. preamble + IPG Inter Packet Gap） 帶寬使用比較: ●每節(jié)點4字節(jié)用戶數(shù)據: ●polling/time slicing: ca. 2.5% ●廣播（master → slaves） ca. 20…30% ●每節(jié)點2數(shù)據位的用戶數(shù)據: ●EtherCAT: 80…97% 實用原則: 以太網 “飛一般” 通過絕對尋址，實現(xiàn)最小的協(xié)議頭 優(yōu)勢: ●專門針對分布式I/O的優(yōu)化報文結構 ●完全的硬件通訊: 最好的性能 ●若網絡中只有EtherCat設備，則無須交換機 ●顯著的診斷功能 ●以太網兼容的維護性能 ●可使用標準交換機 ●通過交換機: 一個Mac地址可訪問多達65535 個節(jié)點 “飛一般”的運算，節(jié)約時間 數(shù)據在報文傳送期間可以修改或添加，而無需堆棧、緩存或分解/組合。 每個節(jié)點最小的報文延時最佳性能 EtherCAT 性能： ●40 軸 （每軸6字節(jié)輸入/ 輸出數(shù)據） ●50 I/O 站，總共560個 EtherCAT 總線端子 ●2000 數(shù)字量 + 200 模擬量I/O, 總線長度 500 m ●EtherCAT性能 : 循環(huán)時間 230µs at 33% 總線負載, 報文長度 77µs ●比較: 1 個CAN 幀 （8 字節(jié)過程數(shù)據），在總線速率 500 kBit/s時: 250µs "慢"的控制系統(tǒng)同樣受益 現(xiàn)有現(xiàn)場總線I/O的系統(tǒng)結構 使用 EtherCAT的反應時間 ●反應時間明顯降低 –—— 同樣的控制器性能 ●再也沒有下掛本地I/O循環(huán)和總線擴展延時 ●得益于極其簡單的協(xié)議，系統(tǒng)無需專門的主站 現(xiàn)場總線: 需要在控制系統(tǒng)中映射 ●傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)生成一個物理的過程映像區(qū) ●物理的過程映像區(qū)必須映射到邏輯過程映像區(qū) 直接內存訪問節(jié)約時間 現(xiàn)場總線卡: 多達 30% 的 CPU 時間用于數(shù)據復制 EtherCAT: NIC 是PCI總線主站, 數(shù)據由DMA提供, 直接放到 PC 內存: ●CPU 減負 ●更高的性能 EtherCAT 傳送延時的測量 （I） 測量EtherCAT 節(jié)點數(shù)據幀發(fā)出和返回之間的時間差 可計算任意節(jié)點間的傳送延時 EtherCAT 分布時鐘 精確同步 （<< 1 µs!） ，通過分布時鐘的精確調整來實現(xiàn)！ 使用SCOPE VIEW長期觀察兩個獨立設備——300個節(jié)點，節(jié)點間電纜長度120米 EtherCAT 是工業(yè)以太網 ●對 TCP/IP完全透明 ●可使用所以英特網技術: HTTP, FTP, … ●無需嚴格的實時能力 ●任何以太網設備均可連接到交換機的端口 ●使用標準瀏覽器訪問Web Server ●虛擬以太網交換機可路由任何以太網幀 ●可從以太網段的內部及外部路由 EtherCAT 布線更為靈活 電信號: 100 baseTX and E-bus E-bus:低壓差信號 （LVDS） 符合 ANSI/TIA/EIA-644 用 IEEE 802.3ae標準 EtherCAT 代替 PCI 保護你的投資: ●現(xiàn)有總線系統(tǒng)的無縫集成 ●過程映像區(qū)的刷新時間，經 PCI （500 字節(jié) 輸入/輸出數(shù)據）: 400 µs ●過程映像區(qū)的刷新時間，經 EtherCAT（1500 字節(jié) 輸入/輸出數(shù)據）: 150 µs ●不再在控制系統(tǒng)（IPC或PLC）中要求占一個槽 ●然而卻具備最大限度的擴展性 EtherCAT 配置容易 地址: ●無需要手動設置地址 ●地址可以自動分配 ●地址可保持 – 新加入節(jié)點后，不會改變原節(jié)點的地址 拓普結構: 自動拓普目標/實際對比 診斷: 精確定位診斷 網絡規(guī)劃: 性能獨立于: 從站實例 拓普結構（無交換機/集線器） EtherCAT 成本更低 主站: 減少了硬件，帶來以下好處: 主板集成的以太網控制器實現(xiàn)實時功能，不需要通訊協(xié)處理器 沒有特殊的插入卡,主板集成的以太網口已足夠 所以: 在主站端，有明顯的成本優(yōu)勢 從站: 價廉物美的EtherCAT從站控制器實現(xiàn)通訊功能 對于簡單的設備: 不需要 µC 實時特征普遍獨立于µC 性能和堆棧處理時間 所以: 在從站端，也有明顯的成本優(yōu)勢 底層結構: 標準的以太網電纜和連接器 沒有交換機和集線器 所以:在底層結構上，也有明顯的成本優(yōu)勢 實現(xiàn)/工具: 標準網絡監(jiān)視工具: Microsoft or EtherReal 剖析軟件: 免費 不要求高分辨率的時間分析器 開發(fā)工具: 430 € - 含從站樣品代碼 主站樣品代碼: 1000 € 所以:入門成本低，實現(xiàn)成本低 從站: 開發(fā)工具，含樣品代碼 （源代碼） 所有時間性嚴格的功能都在ASIC或FPGA上實現(xiàn) EtherCAT 發(fā)展良好 Quote Schuler 公司: 該系統(tǒng)使我們，在Schuler集團現(xiàn)在使用的所有應用中，實現(xiàn)了快速驅動和液壓控制， 另一個重要的因素是, 因為 EtherCAT的良好性能，我們還有足夠的潛力在將來解決復雜的控制任務，而不會出現(xiàn)速度問題 EtherCAT上的安全技術 EtherCAT 安全協(xié)議: 符合 IEC 61508 ●最初基于K-bus ●后也可直接基于 EtherCAT EtherCAT的高度實用性 在傳輸途徑上: 主站熱備冗余 電纜冗余 設備間輕便交換 網段之間的熱連接 EtherCAT 應用場合 高速應用, e.g.: 包裝機 高速印刷機 注塑機 木工機械 機床工具 （CNC） 機器人技術 … 分布范圍廣的應用場合, e.g.: 物料處理, logistics 數(shù)據采集 EtherCAT 應用場合 由于主站價格便宜，并且布線簡單，可用于 小型嵌入式控制器 小型PLC 任何基于PC控制的應用 – 無論有或沒有實時性要求 現(xiàn)在，EtherCAT 使得出于成本考慮，要求直接接線的場合也可以使用現(xiàn)場總線技術。