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新型且简易,独立于现场总线的开放式标准通信接口
是串行双向点对点的连接,而不是另一种新的总线系统
无缝“接入”二进制信号接口。可以通过串行协议传输I/O数据
百分百兼容现有的连接方式,能使用现有的现场总线通讯平台
巴鲁夫IO-Link的优势
我们的IO-Link产品适用于不同场合的通讯,和所有工作原理百分比兼容,因此我们的IO-Link解决方案能改进整套工作系统。巴鲁夫是IO-Link协会的会员,长期参与协会活动。凭借IO-Link的技术优势,我们致力于探索IO-Link技术的无限可能性并将其推广至全球。
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能为您节省15%-20%的费用
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能可视化传感器/设备的工作情况
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减少停机、消除信号延迟
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简化故障排除、提升诊断性能
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提供状态监测,预防意料外的停机
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无需人工配置设备、传感器或模拟量接线
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安装简便
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最大化机器可用性
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最多可提供496个IO节点
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使您的升级改造更简单
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线缆安装:3芯非屏蔽标准线缆,IO-Link端口,24 V数字信号
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电缆轨道上的应用:可使用更短、更轻薄的线缆,线缆更耐用,线缆更轻薄、灵活度更强
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网络连接:网络节点更少,使用低成本的集线盒将传感器接入节点 , 降低总体费用
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无需额外接线,便能实现全方位诊断
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根据设备状态和自身需求进行维护保养
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通讯的监控以及诊断功能可以显示设备的可用性
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方便且自由度高:通过远程控制系统集中式存储并管理数据
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浅析EtherCAT 总线 - 知乎
浅析EtherCAT 总线 - 知乎首发于PLC攻城狮切换模式写文章登录/注册浅析EtherCAT 总线PLC攻城狮引言又到周末了,今天来聊一聊 EtherCAT总线。一项技术发明一定不是为了发明而发明,一定是有需要解决问题的。以太网用在工业通信中遇到了什么问题呢?首先工业通信的要求是:低延时高响应高可靠例如:如果通过传统的以太网协议要做实时数据的监控(1ms), 主站发出的数据会被路由到每一个子站,子站再发数据回给主站。无论是子站还是主站都在不停的发数据和接受数据。就好像大家都开车去上班,每个数据帧就是一辆车,再保证不出事故的前提下,只有更宽的路才能保证不迟到,不堵车。而工业通信还有一个特点,就是本身数据量不大(不是视频或下载),大部分都是开关量和模拟量。如果用以太网,则都要根据OSI模型一层一层加协议。就好比每个人上班都是要单独开一辆车一样。所以想解决不迟到,只有两种方法:修更宽的路(增加带宽)大家都做公共交通(改变协议)修更宽的路需要花更多的钱(整个网络硬件升级,整个网络速度遵循木桶原则)而是EtherCAT就是火车像火车一样的EtherCATEtherCAT是一个开放架构,以以太网为基础的现场总线系统,其名称的CAT为控制自动化技术(Control Automation Technology)字首的缩写。EtherCAT是确定性的工业以太网,最早是由德国的Beckhoff(倍福)公司研发。EtherCAT使用相同的物理和数据链路层。EtherCAT中,主站发送数据,整个网络可能只有一个数据帧依次将通过每个节点(像火车一样)。主站是唯一允许发送帧的节点,子站只能转发帧。数据帧就像火车一样,从主站开出,途经各个子站,把对于子站的数据放下或者带上,最后回到主站。这种方法有助于确保实时操作并避免延迟。EtherCAT数据帧像地铁一样EtherCAT网络不需要交换机。每个EtherCAT设备通常有两个以太网端口,第一个端口是接收端口,另一个是发送端口,发送给另一个设备。实时性是EtherCAT的主要优势,使得EtherCAT可以成为高性能的分散式I/O系统:包含一千个分散式数位输入/输出的程序资料交换只需30us,相当于在100Mbit/s的以太网传输125个字节的资料。读写一百个伺服轴的系统可以以10 kHz的速率更新,一般的更新速率约为1–30 kHz,但也可以使用较低的更新速率,以避免太频繁的直接内存存取影响主站个人电脑的运作。虽然子站设备添加数据过程到数据帧过程中仍有一点延迟,但EtherCAT的单一数据流大大提高了带宽利用率。这个优点也可能是一个缺点。因为许多子站设备可能无法适应这种高速,使得EtherCAT网络可能需要放慢速度以适应这些设备。EtherCAT还使用分布式时钟系统。当EtherCAT的数据帧通过每个节点时,节点向其数据添加“已接收消息”时间戳。每个节点在收到消息时添加时间戳,然后在返回主站的路上,当数据帧移回节点时,每个节点再次附加一个时间戳。然后,主节点对每个节点都有准确的计算,因为时间戳数据是在每次数据帧传输时计算的。借助EtherCAT固有环形拓扑,由于分布式时钟机制确保了每次准确的数据传输,这是EtherCAT的优势之一。另一个优点是网络拓扑的形式。许多不同的网络拓扑可以在EtherCAT网络中使用。因为它使用以全双工(双向轨道),当检测到端头时,数据帧将自动从子站返主站。这使得EtherCAT的网络拓扑结构很灵活。考虑到EtherCAT所固有环技术,在环形拓扑中连接的网络将形成冗余结构。因为它本身就是一个环形。EtherCAT与标准以太网相比具有很大的优势:响应时间快,每台设备的数据要求最低,和低实施成本。通过上面的介绍是不是感觉到EtherCAT设计的很巧妙,因为它真的就像火车一样。更多精彩,请关注公众号:PLClion发布于 2019-08-31 12:12实业科技通信赞同 15421 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录PLC攻城狮拓宽眼界,掌握
EtherCAT | 倍福 中国
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EtherCAT — 以太网现场总线
选对合适的通信技术非常重要:它决定了控制性能是否能直达现场层,以及可以使用哪些设备。EtherCAT 是由倍福开发的工业以太网技术,它能够助力实现通信速度更快、更简单、更经济的设备和系统。EtherCAT 以太网现场总线将以太网的优势和传统现场总线系统的简洁性融合于一体,避免了 IT 技术不必要的复杂性。2003 年成立的 EtherCAT 技术协会(ETG)确保 EtherCAT 技术对所有潜在用户开放。ETG 是目前全球最大的现场总线用户组织,拥有来自 67 个国家的 6000 多家会员单位(截至到 2020 年 12 月)。
EtherCAT 是一种具有良好开放性和超高稳定性的技术,已经被纳入国际 IEC 标准:目前,EtherCAT 协议仍然保持稳定不变;但是该技术仍在不断扩展并保持兼容性。这意味着当前设备可以轻松地集成到现有系统中,无需考虑版本是否不同。扩展功能包括用于同一网络中设备和人员安全的 Safety over EtherCAT 安全协议,以及用于将通信与供电(2 x 24 V)集成在同一根四芯电缆上的 EtherCAT P。还有 EtherCAT G/G10,它们具有更高的传输速率,同时通过分支控制器理念集成现有的 EtherCAT 设备,因此与百兆 EtherCAT 技术可以无缝连接。
ETG手册。EtherCAT
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EtherCAT 端子模块
EtherCAT 端子模块产品可以适用于自动化领域的几乎所有信号类型。
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EtherCAT 端子盒
EtherCAT 的高性能直达现场层:倍福可提供由 EtherCAT 端子盒组成的防护等级高达 IP 67 的 I/O 系统。
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EtherCAT 插拔式模块
EtherCAT 插拔式模块简化了标准设备的接线工作,同时缩短了系统的安装时间。
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EtherCAT 和现场总线电缆
EtherCAT 和现场总线电缆确保可靠的数据传输,适用于工业应用环境和其它恶劣的环境条件。
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工程师的选择:EtherCAT 的六大核心优势
卓越的性能
灵活的拓扑
简单且耐用
集成功能安全
低成本易实现
支持最多样化的厂商和设备
卓越的性能
灵活的拓扑
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集成功能安全
低成本易实现
支持最多样化的厂商和设备
EtherCAT 是迄今为止速度最快的工业以太网技术之一,同时它提供纳秒级精度的同步。所有由总线系统控制或监测的系统应用都将从此大大获益。EtherCAT 系统中设备的快速反应时间减少了处理步骤中的状态转换等待时间,从而显著提高了应用的效率。最后,相对于设定了相同循环时间的其他总线系统,EtherCAT 系统结构通常能减少 25%-30% 的 CPU 负载。而最好的情况下,EtherCAT 性能可以提高精度,提升数据吞吐量,并降低成本。
在 EtherCAT 应用中,机器结构决定网络拓扑结构,而不是网络拓扑结构决定机器结构。在传统的工业以太网系统中,可安装的交换机和集线器的级联数量是有限的,这限制了整个网络拓扑结构。而 EtherCAT 无需交换机或集线器,因此没有这方面的限制。简而言之,EtherCAT 在网络拓扑方面没有任何限制。几乎无限数量的节点可以组成线型、树型、星型拓扑及任何拓扑的组合。由于具备自动链接检测功能,节点和网段可以在运行中断开及重新连接 — 甚至连接到其他地方。线型拓扑可以拓展为环形拓扑,从而实现线缆冗余。主站设备仅需要第二个以太网口即可实现这种冗余功能,而从站设备已经具备了支持冗余功能的条件。因此可在机器运行期间断开设备。
配置、诊断、维护都与系统的成本息息相关。以太网现场总线使得所有这些任务变得异常简单:EtherCAT 可以自动配置地址,而无需手动配置。低总线负载和点对点的物理层增强了抗电磁干扰的能力。网络可以准确地定位潜在的干扰,从而大大缩短了故障排除时间。在启动时,网络会对目标拓扑与现实拓扑进行对比以检测差异。EtherCAT 出色的性能通过减低对网络调试的需求,从而缩减系统配置的工作量。高带宽可以将其他 TCP/IP 与控制数据同时传输。然而,EtherCAT 并不是基于 TCP/IP 的,因此无需使用 MAC 地址或 IP 地址,更不需要 IT 专家配置交换机或路由器。
将功能性安全作为网络结构的一个不可或缺的部分?这对于 FSoE(Fail Safe over EtherCAT)来说不是问题。FSoE 是经使用验证的,自 2005 年就有了通过 TÜV 认证的 FSoE 设备。协议满足 SIL 3 系统要求,且适用于集中控制和分散控制系统。由于采用了黑色通道的方式及特别精简的安全容器(Safety Container),FSoE 也可以应用于其他总线系统。该集成方案及精简的协议可降低系统成本。此外,一个对安全等级要求不高的控制器也可以接收并处理安全数据。
EtherCAT 以相当于甚至低于传统现场总线系统的价格水平提供工业以太网的特性。对于主站设备,硬件仅需要一个以太网端口 — 而无需昂贵的接口卡或协处理器。不同形式的 EtherCAT 从站控制器可以从很多供应商那里获得:作为 ASIC 芯片、基于 FPGA,或作为标准微处理器的可选总线接口。由于这些便宜的控制器可以承担所有对时间要求苛刻的任务,EtherCAT自身并不向从站设备 CPU 提出任何性能要求,从而降低了设备成本。因为 EtherCAT 不需要交换机或其他有源基础组件,从而节省了此类组件及其安装、配置和维护的成本。
EtherCAT 是迄今为止在市场上拥有厂商和设备种类最多的工业以太网技术之一。而且,由于倍福发明了 EtherCAT,其他厂商通常使用倍福的 TwinCAT(EtherCAT 控制器的黄金标准)来测试他们的 EtherCAT 产品。倍福开发了 1000 多种 EtherCAT 设备,是全球 EtherCAT 产品系列最多的厂商,当然,如果需要的话,您还可以使用其他 3000 家正式注册的厂商提供的 EtherCAT 产品进行补充。而目您也可以使用 EtherCAT 从站控制器芯片轻松开发出目前市场上还没有的产品。
技术详解
基于以太网
EtherCAT 是工业以太网,采用标准的以太网数据帧和符合以太网标准 IEEE 802.3 的物理层。EtherCAT 还可以满足工业自动化领域的各项具体需求:
需要确定的响应时间的硬实时性系统由多个节点构成,且每个节点只有少量的周期性过程数据相对于 IT 和办公应用中的硬件成本而言,工业自动化的硬件成本更加重要
标准以太网网络几乎无法满足以上需求的现场级应用。如果每个节点使用一个独立的以太网报文传输几个字节的周期性过程数据,那么有效数据利用率会明显下降:因为以太网报文的最短长度为 84 字节(包括帧间距),其中的 46 个字节可以用于过程数据。
例如,一个驱动器发送 4 字节的实际位置和状态信息过程数据,同时接收 4 字节的目标位置和控制字信息数据,则发送/接收报文的有效数据利用率下降到 4.8%(4/84)。另外,驱动器通常在接收到目标值后,触发传输实际值需要一定的响应时间。最终,100 Mbit/s 的带宽会所剩无几。而在 IT 领域通常使用的路由(IP)和连接(TCP)协议栈需要为每个节点使用附加的协议头,会产生进一步的延时。管理 MAC 和 IP 地址、SNMP、IGMP Snooping、路由器和交换机并不适合所有应用。
EtherCAT 运行原理
一个 EtherCAT 数据帧足以完成所有节点控制数据的发送和接收,这种高性能的运行模式克服了传统以太网无法解决的各种问题。EtherCAT 主站发送一个报文,报文顺序经过所有节点。EtherCAT 从站设备高速动态地(on the fly)读取寻址到该节点的数据,并在数据帧继续传输的同时插入数据。这样,数据帧的传输延时只取决于硬件传输延时。当某一网段或分支上的最后一个节点检测到开放端口(无下一个从站)时,利用以太网技术的全双工特性,将报文返回给主站。EtherCAT 报文的最大有效数据利用率高达 90% 以上,而由于采用全双工特性,有效数据利用率理论上高于 100 Mbit/s。EtherCAT 主站是网段内唯一能够主动发送 EtherCAT 数据帧的节点,其他节点仅传送数据帧。这一设想是为了避免不可预知的延时,从而保证 EtherCAT 的实时性能。EtherCAT 主站采用标准的以太网介质访问控制器(MAC),无需额外的通信处理器。因此,任何集成了以太网接口的硬件平台都可以实现 EtherCAT 主站,而与所使用的实时操作系统或应用软件无关。EtherCAT 从站设备使用 EtherCAT 从站控制器(ESC)在硬件中高速动态地(on the fly)处理 EtherCAT 数据帧,不仅使网络性能可预测,而且其性能独立于具体的从站设备实施方式。
EtherCAT 协议
EtherCAT 将其报文嵌入到标准的以太网数据帧中(形成 EtherCAT 数据帧)。由于 EtherCAT协议被优化为适用于短周期性的过程数据,因此无需庞大的协议堆栈,例如 TCP/IP 或 UDP/IP。节点之间的以太网 IT 通信可以选择通过邮箱通道实现,而不会影响实时数据传输。EtherCAT 数据帧包含一个或多个 EtherCAT 子报文,子报文头标明了主站设备的访问方式:
读,写,或读-写通过直接寻址访问指定的从站设备,或通过隐式寻址访问多个从站设备
隐式寻址方式主要用于周期性交换的过程数据。每个报文定位到 EtherCAT 网段中过程映像的具体位置,可以为过程映像提供 4 GB 的地址空间。网络启动阶段,在全局地址空间中,为每个从站分配一个或多个地址。如果多个从站设备被分配到了相同的地址域,那么可通过单个报文对其进行寻址。
由于报文中包含了所有的数据访问相关信息,因此主站可决定何时对哪些数据进行访问。例如,主站设备可以使用短循环周期刷新驱动器中的数据,长循环周期采样 I/O 端口,固定的过程数据结构不是必要的。
除了逻辑寻址外,EtherCAT 主站还可以通过设备在网络中的位置寻址从站设备。该方法是在网络启动期间检测网络的拓扑结构,并将其与预期的拓扑结构进行比较。在检查完网络配置后,EtherCAT 主站为每个节点分配一个配置好的节点地址,并通过该固定的地址与节点进行通信。这使得主站可以有针对性地访问某个从站设备,即使网络拓扑结构在运行期间发生改变,例如对于热插拔组。除循环数据之外,其他数据报文可用于实现异步通信或事件驱动的通信。
灵活的拓扑结构
EtherCAT 几乎支持所有的拓扑结构:线型、树型、星型、菊花链型。EtherCAT 使得带有成百上千个节点的纯总线型或线型拓扑结构成为可能,而不受限于级联交换机或集线器。最有效的系统连线方法是对线型、分支或树叉结构进行拓扑组合:用于创建分支的端口被直接集成到 I/O 模块中,无需专用的交换机或其他有源设备。另外,还可以使用以太网中常用的星型拓扑结构。
模块化、复杂的机器往往需要在运行过程中连接或断开一个网段或独立的节点(热连接)。EtherCAT 从站控制器已经具备了这种热插拔特性的基础。当移除一个相邻站点时,该站点对应的端口会自动关闭,网络的剩余部分继续正常运行。整个检测时间 < 15 μs,从而保证了平稳切换。
有多种灵活的电缆类型可供选择:成本低廉的工业以太网电缆可采用 100BASE-TX 模式(传输信号)连接两个间距长达 100 米的节点。对于节点间距大于 100 米的应用,还可使用光纤(如100BASE-FX)。可以说,以太网的任何线缆类型都适用于 EtherCAT。
EtherCAT 有充足的带宽资源,因此可以通过 EtherCAT 网关集成作为底层总线的传统现场总线系统。这种用法特别有助于从传统网络移植到 EtherCAT 系统的应用,使系统逐步升级到 EtherCAT,并可以继续使用尚不支持 EtherCAT 接口的自动化组件。
EtherCAT 网络可连接多达 65535 个设备,网络容量几乎没有限制。由于实际上节点数量没有限制,可以将模块化设备设计为每个 I/O 片都是一个独立的 EtherCAT 从站。因此无需本地扩展总线,高性能的 EtherCAT 能直达每个模块。因为在总线耦合器上无需网关,所以没有任何延时。
用于高精度同步的分布式时钟
精确同步对于同时动作的分布式过程而言尤为重要。例如,对于执行协同运动的多个伺服轴的应用便是如此。下面将进一步详细解释,在控制单根轴时,准确的时基同样也很重要。
对于完全同步的通信,通信错误会立即影响其同步品质,而与其相比,分布式同步时钟对于通信系统的抖动具有很好的容错性。因此,EtherCAT 采用分布式时钟(DC)的方式同步节点。各个节点的时钟校准完全基于硬件。第一个具有分布时钟功能的从站设备的时间被周期性地发布给系统中的其他设备。采用这样的机制,其它从站时钟可以根据参考时钟精确地进行调整。整个系统的抖动远小于 1 µs,通常在两位数的纳秒范围内。
由于参考时钟发送时间到其他从站设备时产生轻微的传输延时,因此必须能够测量该延时并补偿给每个从站设备,以确保通信的同步性和同时性。可在网络启动期间测量该延时,如有需要,甚至在通信过程中还可以连续不断地进行测量,从而保证各个从时钟彼此之间时差不超过 1 µs。
如果所有节点都具有相同的时间信息,那么它们可以同时触发输出信号,也可以给输入信号附上一个精确的时间戳。对于运动控制而言,除了同步性和同时性外,精确的周期同样重要。在运动控制应用中,速度值通过检测到的位置值计算,因此位置的精确等距测量非常关键(例如,以精确的周期)。此外,分布式时钟的使用也可以减轻主站设备的负担;因为位置测量等动作由本地时钟触发,而不是在接收到数据帧的时候触发,主站设备对数据帧的发送没有那么严格的要求。 这样可以用软件在标准以太网硬件上实现主站堆栈。主站即使是几微秒范围内的抖动也不会降低分布式时钟的精度!由于时钟的精度与何时进行设置无关,因此数据帧的绝对传输时间变得无关紧要。EtherCAT 主站只需确保在从站设备的直流信号触发输出之前及早发送 EtherCAT 报文。
Webinar: Distributed Clocks
诊断和错误定位
传统现场总线的应用经验表明,诊断能力对于机器的可用性和调试时间起着决定性的作用。在故障排除过程中,错误检测和错误定位非常重要。EtherCAT 可以在启动过程中扫描网络拓扑结构,并将其与预期的拓扑结构进行对比。另外,EtherCAT 还在其系统具有许多额外的诊断能力。
每个节点中的 EtherCAT 从站控制器利用校验码对传输的数据帧进行错误检测,只有在数据帧被正确接收之后,从站应用才会得到相关信息。而一旦发现位错误,错误计数器就会自动加 1,后面的节点则会被通知数据帧中包含错误。主站也会检测到数据帧包含错误,并摒弃其中的信息。主站通过分析节点的错误计数器,能够检测到系统中发生错误的最初位置。这相对于传统的现场总线系统而言有很大优势,在传统现场总线中,错误一旦发生就会沿着公用线缆一路传播,而不可能对错误进行定位。EtherCAT 能够检测并定位偶发的干扰,避免对机器运行造成影响。链路丢失计数器功能可以快速定位 EtherCAT 网段中出现松动的连接器。
得益于其独特的运行原理,EtherCAT 具有出色的带宽利用率。采用此种传输方式,EtherCAT 比传统以太网那样每个节点用一个独立帧的传输方式的效率高出数倍。如果使用同一循环周期,在一个 EtherCAT 帧内由于位错误引发干扰的可能性很低。而且,在典型的 EtherCAT 方式中,由于循环周期更短,恢复错误所需要的时间也将明显缩短。因此,在应用中对于主站出现这样的问题也会更为简单。
由于 EtherCAT 使用的是标准以太网数据帧,因此可以借助免费的以太网软件工具记录以太网网络流量。例如,常用的 Wireshark 软件自带用于 EtherCAT 的协议解释器,因此,工作计数器、指令等协议专用的信息,都以纯文本形式显示。然后,主站能够循环确认是否所有节点都在与一致的数据协作。如果工作计数器的值与它应该有的不同,主站不会将这个数据报文的数据传输给控制应用程序。然后,主站设备能够借助来自节点的状态和错误信息以及链接状态,自动检测出造成意外行为的原因。
Webinar: EtherCAT diagnostics
高可用性
对于具备高可用性的机器或设备,当出现线缆损坏或节点故障时,不应影响对某个网段的访问或导致整个网络出现故障。EtherCAT 通过简单的措施实现线缆的冗余性。通过将网络中最后一个节点与主站设备中的以太网端口连接,可以将线型拓扑结构扩展为环型拓扑结构。在需要冗余的情况下,例如当线缆损坏或节点出现故障时,可被主站堆栈中的附加软件检测到。仅此而已,而各节点无需为此而改变,甚至不会“意识到”它们正在冗余线路中运行。
位于从站设备中的链路检测功能会自动地检测并解决冗余问题,且恢复时间不超过 15 µs,因此最多破坏一个通信周期。这意味着即使是周期时间很短的运动控制应用,在线缆损坏时,也可以平稳地继续工作。
使用 EtherCAT 还可以通过热备份实现主站设备的冗余。对于比较脆弱的网络部件,例如通过拖链连接的部件,可以使用分支线缆连接,确保在线缆损坏时,机器的其他部分仍能继续运行。
EtherCAT 发展历程
XFC
XFC 基于高效的控制和通信架构,可以实现 I/O 响应时间 ≤ 100 μs。
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EtherCAT P
全新的单电缆解决方案 — 铺平了无控制柜的自动化之路。
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EtherCAT G
EtherCAT G 基于成功的 EtherCAT 技术运行原理,同时将数据速率提升到 1 Gbit/s 或 10 Gbit/s。
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EtherCAT 技术协会 — ETG
EtherCAT 技术协会(ETG)确保 EtherCAT 技术对所有潜在用户开放。EtherCAT 设备制造商、技术提供商和用户共同推动该技术的发展。他们拥有一个共同目标:保持 EtherCAT 的稳定性和互操作性。ETG 每年都会在欧洲、亚洲和美国举办多次 Plug Fest 活动。Plug Fest 活动聚集 EtherCAT 设备研发者进行测试,以保证设备的互操作性。每个制造商在产品发布前应使用官方 EtherCAT 一致性测试工具对其 EtherCAT 设备进行一致性测试。在成功通过了授权测试实验室的测试后,ETG 将为制造商颁发一致性证书。
ETG 是全球最大的现场总线组织。ETG 官网主页上可以找到所有会员名单。然而,对于 ETG 来说,最重要的并不是会员数量,而是会员的活跃度。EtherCAT 设备的数量和种类都是无可比拟的,同时。在欧洲、亚洲和美国,EtherCAT 采用率都超过了其他工业以太网技术。
里程碑
2003 在汉诺威工业博览会上推出 EtherCAT 技术2003 SPS/IPC/DRIVES 展会期间,EtherCAT 技术协会(ETG)宣布正式成立2005 Safety over EtherCAT 技术被引入市场2007 EtherCAT 成为 IEC 标准2016 EtherCAT P:超高速通信和动力系统整合在一根电缆中2019 EtherCAT G:将性能提升到千兆级别
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【EtherCAT理论篇】一、EtherCAT现场总线概述_ethercat网线和普通网线区别-CSDN博客
>【EtherCAT理论篇】一、EtherCAT现场总线概述_ethercat网线和普通网线区别-CSDN博客
【EtherCAT理论篇】一、EtherCAT现场总线概述
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EtherCAT
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1、EtherCAT介绍
EtherCAT现场总线协议是由德国倍福公司在2003年提出的,该通讯协议拓扑结构十分灵活,数据传输速度快,同步特性好,可以形成各种网络拓扑结构。EtherCAT协议自从推出以来,凭借其优异的性能得到了工控领域的广泛关注,并且取得了长足的发展。在2003年,EtherCAT协议推出之后,同年便成立了EtherCAT官方的技术支持协会EtherCAT Technology Group,简称ETG,截止到2014年为止,全球ETG会员已经超过3000家,仅在中国就已经超过400家。在2014年10月, EtherCAT现场总线成为GB/T 31230即中国认可的国家标准,这标志着EtherCAT技术在我国以致全世界范围内,都已经有了极大的影响力。可以看出,从EtherCAT技术从诞生之日起,在过去的短短十多年时间里快速发展壮大,已经占据了很大的市场份额,这充分证明了EtherCAT现场总线卓越的性能和出色的质量。
2、EtherCAT特性
(1)完全符合以太网标准。EtherCAT是对传统的以太网协议进行修改,因此可以与其他以太网协议并存于统一总线。EtherCAT网络中也可以使用普通的以太网设备,例如以太网线、以太网卡、交换机、路由器等设备。此外,任何具有标准以太网控制器的设备都可以作为EtherCAT 主站,包括PC计算机、带有以太网控制器的嵌入式设备。
(2)卓越的性能。EtherCAT是基于以太网技术,数据传输速度可以达到100Mbit/s,是最快的工业以太网技术。EtherCAT最大利用以太网带宽进行数据传输,有效数据利用率高,可达90%以上。另外EtherCAT数据帧处理的实时性很高,数据刷新周期小于100us,满足对实时性要求高的场合。此外,EtherCAT使用高精度的分布式时钟,能保证各个从站节点设备的同步精度小于1us。
(3)简单、低成本。EtherCAT结构简单,而无需交换机或集线器,复杂功能的节点设备或简单的I/O节点都可以用作EtherCAT从站。此外EtherCAT在网络拓扑方面没有限制,支持多种网络拓扑结构,如线型、星型、树型拓扑结构,以及各种拓扑结构的组合,从而使得设备连接非常灵活。
3、与其他实时以太网的对比
根据对比分析可以得出,EtherCAT 实时工业以太网各方面性能都很突出:具有极小的循环时间、高同步性、易用性和低成本。这使其在机器人控制、数控机床等领域具有很大的应用价值。
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【EtherCAT理论篇】一、EtherCAT现场总线概述
1、EtherCAT介绍 EtherCAT现场总线协议是由德国倍福公司在2003年提出的,该通讯协议拓扑结构十分灵活,数据传输速度快,同步特性好,可以形成各种网络拓扑结构。EtherCAT协议自从推出以来,凭借其优异的性能得到了工控领域的广泛关注,并且取得了长足的发展。在2003年,EtherCAT协议推出之后,同年便成立了EtherCAT官方的技术支持协会EtherCAT Techn...
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专栏目录
工业以太网现场总线EtherCAT(国标完整版).rar
01-03
工业以太网现场总线EtherCAT 第1部分:概述(GB T 31230.1-2014)
工业以太网现场总线EtherCAT 第2部分:物理层服务和协议规范( GB T 31230.2-2014)
工业以太网现场总线EtherCAT 第3部分:数据链路层服务定义(GB T 31230.3-2014)
工业以太网现场总线EtherCAT 第4部分:数据链路层协议规范(GB T 31230.4-2014)
工业以太网现场总线EtherCAT 第5部分:应用层服务定义(GB T 31230.5-2014)
工业以太网现场总线EtherCAT 第6部分:应用层协议规范(GB T 31230.6-2014)
【EtherCAT理论篇】二、EtherCAT工作原理
zhandouhu的博客
10-26
2万+
1、EtherCAT系统组成
EtherCAT是一种实时以太网技术,由一个主站设备和多个从站设备组成。主站设备使用标准的以太网控制器,具有良好的兼容性,任何具有网络接口卡的计算机和具有以太网控制的嵌入式设备都可以作为EtherCAT的主站。对于PC计算机而言,主站控制器多采用倍福开发的TwinCAT软件。EtherCAT从站使用专门的从站控制器(ESC),如专用集成芯片ET1100和E...
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以太网与工业以太网的区别
11-06
942
以太网产生延迟的主要原因是冲突,其原因是它利用了CSMA/CD技术。在传统的共享网络中,由于以太网中所以的站点,采用相同的物理介质相连,这就意味着2台设备同时发出信号时,就会出现信号见的互相冲突。为了解决这个问题,以太网规定,在一个站点访问介质前,必须先监听网络上有没有其他站点在同时使用该介质。如果有则必须等待,此时就发生了冲突。为了减少冲突发生的几率,以太网常采用1-持续CSMA,...
EtherCAT转PROFINET网关-TEC-380
最新发布
sibo_yzm的博客
01-18
406
8、PROFINET支持最多32个槽位,支持的最大输入字节数为1440,最大输出字节数为1440(用户可使用的长度受限于具体的PLC和通信模块的PDU大小;4、专业配置软件ECATStart:软件支持EtherCAT从站设备描述文件(ESI)解析,支持离线配置;2、EtherCAT主站支持最大32个从站连接,支持的最大输入字节1440,最大输出字节数1440;4、EtherCAT主站支持SM、DC同步模式,2ms~20ms可设分布时钟(DC)周期;3、隔离电源:使用隔离型电源,抗干扰能力强;
总线-Ethernet与EtherCAT的比较
anvtncm8694的博客
12-17
1万+
Ethernet的框架是自由对等的通讯网络,是不存在Host & Slave的,但EtherCAT在Ethernet上建立了Host & Slave模式。
EtherCAT实时性的本质是EtherCAT提高了Ethernet包的利用率和优化了冗余的通讯过程步骤。为了做到这一点EtherCAT去掉了Ethernet已有的对等性,建立了Host & S...
EtherCAT fieldbus 现场总线协议规范
03-10
本文深入阐述了基于以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术。EtherCAT为现场总线技术领域树立了新的性能标准,具备灵活的网络拓扑结构,系统配置简单,和现场总线系统一样操作直观简便。另外,由于EtherCAT实施的成本低廉,因此使系统得以在过去无法应用现场总线网络的场合中选用该现场总线。
EtherCAT使用手册
08-03
EtherCAT使用手册,版本号为:V1.05;
章节一:EtherCAT简介;
章节二:安装与连接;
章节三:EtherCAT-EC信息;
章节四:基于分布时钟的网络 同步;
章节五:CiA402设备规约;
章节六:EtherCAT通讯例程;
如有侵权,请联系本人,及时删除
私信邮箱:kankaifang@qq.com
主流工业以太网介绍和比较(EtherCAT、EtherNet/IP、ProfiNet、Modbus-TCP、Powerlink)
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qq_34696487的博客
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1)EtherCAT是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统,EterCAT名称中的CAT为Control Automation Technology(控制自动化技术)首字母的缩写。最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff AutomationGmbH)研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准,同时,它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还...
EtherCAT网线选型标准
PI_sunyang的博客
05-27
4692
EtherCAT网线选型标准
按功能分两部分选型
EtherCAT网线选型标准
1.cable for type b
2.普通的EtherCAT应满足阻抗为100Ω±15欧姆,线的颜色为IEE802.3 EN61918标准
3. 线序及其含义
EtherCAT P网线标准
四绞线
24v 3A
其它遵循EtehrCAT Cable标准
绞距为13mm以下
最大弯曲半径小于线径的十倍
阻抗匹配的重要性
阻抗匹配的重要性
抑制信号反射
当一束光从空气射向水中时会发生反射,这是因为光和水的光导特性不同。同样
EtherCAT--介绍
天道酬勤
08-19
4566
EtherCAT--介绍1 简介2 优缺点2.1 优点3 应用3.0 举例3.1 工业机器人3.2 四足机器人4注参考
1 简介
EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一个开放架构,以以太网为基础的现场总线系统,其名称的CAT为控制自动化技术(Control Automation Technology)字首的缩写。EtherCAT是确定性的工业以太网,最早是由德国的Beckhoff(倍福)公司研发。
EtherCAT网络不需要交换机。每个EtherCAT设备通常有两个以太网端口,第一个端口是接收端口,
EtherCAT转TCP/IP网关ethercat最大通讯距离
hkyc1988的博客
07-08
1865
天啊!你们听说了吗?数据互联互通问题终于迎来了突破性进展!作为生产管理系统的关键部分,数据互联互通一直是个大问题。然而,ETHERCAT和TCP/IP是两个不同的协议,它们之间的通讯一直是个大 问题。但是,现在有一款神奇的产品出现了,它叫做远创智控YC-ECT-TCPIP,它可以让EtherCAT网络和 TCP/IP 网络互联互通!
工业以太网现场总线EtherCAT驱动程序设计及应用.zip
11-10
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汇川 Ethercat 总线通讯模板,汇川H5U
工业以太网现场总线EtherCAT驱动程序设计及应用.pdf
10-22
工业以太网现场总线EtherCAT驱动程序设计及应用.pdf
【EtherCAT实践篇】四、TwinCAT 3实验1-基本操作
zhandouhu的博客
01-27
2万+
这里EtherCAT主站采用PC 的TwinCAT 3,【EtherCAT实践篇】一、TwinCAT3安装已经介绍了TwinCAT 3的安装方法。在利用TwinCAT 3进行实验前, 先学习下TwinCAT 3的基本操作。
1、TwinCAT3新建工程
新建项目:
填好新建工程路径和名称:
建立的默认工程如下:
2、TwinCAT3初始配置
在第一次使用TwinC...
【EtherCAT实践篇】一、TwinCAT3安装
zhandouhu的博客
10-26
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1、TwinCAT软件
由EtherCAT协议的特征可以得知,如果一个设备具有标准的以太网接口,就有可能实现EtherCAT主站的功能。倍福公司提供的TwinCAT软件系统,是一个基于PC的自动化系统,安装TwinCAT的任何一台PC,都可以成为一个实时控制系统。不过TwinCAT对网卡有一定的要求,一般intel网卡可适配。
TwinCAT要求的网卡参考链接:TwinCAT要求...
【EtherCAT分析】一、EtherCAT从站硬件分析
zhandouhu的博客
11-03
1万+
1、EtherCAT从站控制芯片
EtherCAT从站控制芯片ESC是实现EtherCAT数据链路层协议的核心,它处理EtherCAT数据帧,并提供数据接口。从站控制器通常都有一个内部的DPRAM,并提供存取这些应用内存的接口范围:
1)串行SPI(串行外围接口):主要用于数量较小的过程数据设备,如模拟量I/O模块、传感器、编码器和简单驱动等。该接口通常使用8位微控制器,如MCU芯片ST...
【EtherCAT分析】三、EtherCAT从站设备描述文件设计
zhandouhu的博客
11-03
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从站设备描述文件ESI(EtherCAT Slave Information)是EtherCAT从站设备的配置文件,文件为XML格式。XML文件编写好后,通过主站程序下载到从站设备的EEPROM中,通过I2C总线与ET1100芯片内部的寄存器进行数据交换,实现配置信息的读取。从站设备描述文件的主要功能是描述EtherCAT从站的配置信息,主要包含以下两个部分内容:EtherCAT从站制...
工业以太网现场总线ethercat驱动程序设计及应用
03-16
工业以太网现场总线EtherCAT驱动程序设计及应用是一种在工业自动化领域中广泛应用的技术。它可以实现高速、实时、可靠的数据传输,提高生产效率和质量。EtherCAT驱动程序的设计需要考虑硬件和软件的配合,以及实时性和可靠性的要求。在应用方面,EtherCAT可以应用于各种工业自动化设备的控制和监测,如机器人、数控机床、自动化生产线等。同时,EtherCAT还可以与其他现场总线进行集成,实现更加复杂的控制系统。
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【EtherCAT分析】三、EtherCAT从站设备描述文件设计
m0_75131711:
努力学习ing
【EtherCAT实践篇】二、EtherCAT从站硬件设计实例
江湖樵夫:
博主你好,可以参考 下原理图吗
STM32-CAN通讯与编程
caichongqin:
大佬,有和bms通讯的源代码吗
【EtherCAT实践篇】五、TwinCAT 3实验2-IO通讯实验
东九!:
有没有人试过,更改从站pdo配置,让主站扫码从站配置进行显示更新,使得主站不需要本地pdo
【EtherCAT理论篇】二、EtherCAT工作原理
m0_60852998:
请问设备寻址中的顺序寻址方式,如果把从站顺序插反,会有什么报错吗?
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一文详解EtherCAT【发展、总线拓扑、数据交互方式、特性】 - 知乎
一文详解EtherCAT【发展、总线拓扑、数据交互方式、特性】 - 知乎切换模式写文章登录/注册一文详解EtherCAT【发展、总线拓扑、数据交互方式、特性】亿佰特物联网应用专注物联网通信应用。EtherCAT作为一个“年轻”的通讯协议,以其高性能、布线简易与开放性使得其在工业通讯领域占领了一席之地,下面就简单介绍一下EtherCAT。1、什么是EtherCATEtherCAT(用于控制自动化技术的以太网)是Beckhoff在2003年开发的实时以太网网络。开放标准现在由EtherCAT技术组(ETG)管理,其中TRINAMIC Motion Control是其成员之一。Beckhoff的原始代码保持不变,允许设备使用主/从原理相互通信 - 允许快速和动态的通信结构。由于数据使用与以太网相同的格式,因此可以直接连接到以太网。不需要特定的路由器或交换机。2、EtherCAT发展以太网技术作为垄断办公领域的通信技术,以其通用性好、低成本、高效率、高可靠性和稳定性在日常信息生活与各种商业邻域很地地的发展,既然有这么多优点,但在自动化领域的运用却有一个致命的缺点,那就是实时性无法保证。自动化控制中,设备之间通信往往数据量不大,只是一些开关量或者一些寄存器值的读写,但往往对于数据的延时要求很高,比如读取一个转动着的伺服的当前位置,如果延时过高,就导致读取的数据往往当当位置偏差较大。由于以太网采用CSMA/CD的介质访问控制机制,导致其构建实时控制网络上比较困难。而EtherCAT基于标准的以太网物理层,为了获得更高的实时性,在数据链路层上进行改造。使其控制100个轴的实时特性可以小于100us,同步精度可以小于10ns。3、EtherCAT总线拓扑EtherCAT可以支持线形、树形、环形和星形等所有设备连接拓扑结构,物理介质可以选100Base-TX标准以太网电缆或光缆。使用100Base-TX电缆时站间间距可以达到100m。整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形结构。4、EtherCAT数据交互方式—On The FlyEtherCAT传输机制被称为“On The Fly”,假如将EtherCAT报文想象成一列火车,每个带有从站地址的车厢对应需要与主站交互数据的从站的子报文,读/写从站数据,那么就有一个对应数据地址的座位。火车从主站出发,依次在沿路所有站点(从站)停靠,如果没有自己设备地址的车厢(子报文),则将火车发往下一站点,如果有自己的车厢,等该车厢上下旅客(数据)完成后,将火车发往下一站点,到达终点站后,再返回始发站,返回过程中不再交互数据。EtherCAT从站设备至少有两个以太网接口,数据从一个网口转发到另外一个网口。5、EtherCAT特性5.1、数据高速交互:EtherCAT协议处理完全在硬件中进行, 协议ASIC可灵活组态,使得工作效率大大提高。1000个分布式I/O数据的刷新周期仅为30μs,其中包括端子循环时间。与100个伺服轴的通讯只需100μs。在此期间,可以向所有轴提供设置值和控制数据,并报告它们的实际位置和状态。5.2、分布式时钟(实时特性):精确同步在广泛要求同时动作的分布过程中显得尤为重要,如几个伺服轴在执行同时联动任务时5.3、热连接:许多应用都需要在运行过程中改变I/O组态。例如,具备变更特性的处理中心、装备传感器的工具系统、智能化的传输设备、灵活的工件执行器以及可单独关闭印刷单元的印刷机等。EtherCAT系统考虑到了这些需求:“热连接”功能可以将网络的各个部分连在一起或断开,或“动态”进行重新组态,从而针对变化的组态提供了灵活的响应能力。5.4、可选的电缆冗余性可满足日益增长的对提高系统可用性的需求,这样无需关闭网络就可以更换设备。EtherCAT还支持带热待机功能的冗余主站。由于EtherCAT从站控制器在遇到中断时立即将帧自动返回,设备故障不会导致整个网络关闭。例如,可将电缆保护拖链特别配置为短棒的形式以防备断线。5.5、开放性:EtherCAT技术不仅与以太网完全兼容,而且还有特别的设计开放性特点:该协议可与其他提供各种服务的以太网协议并存,并且所有的协议都并存于同一物理介质中-通常只会对整个网络性能有很小程度的影响。标准的以太网设备可通过交换机端子连接至一个EtherCAT系统,该端子并不会影响循环时间。配备传统现场总线接口的设备可通过EtherCAT现场总线主站端子的连接集成到网络中。UDP协议变体允许被整合于任何插槽接口中。EtherCAT是一个完全开放式协议,它已被认定为一个正式IEC规范(IEC/PAS62407)。发布于 2021-10-19 10:06人机交互互联网交互设计Ethernet赞同 5添加评论分享喜欢收藏申请-1.7 %âãÏÓ
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