现场总线应用技术-EtherCAT协议概述

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：EtherCAT是由德国BECKHOFF自动化公司于2003年提出的实时工业以太网技术。从小型的16位处理器到使用3 GHz处理器的PC系统，任何计算机都可以成为EtherCAT控制系统。2）完全符合以太网标准，EtherCAT可以与其他以太网设备及协议并存于同一总线，以太网交换机等标准结构组件也可以用于EtherCAT。目前，EtherCAT已经进入多种相关国际标准：1）IEC 61158中Type12。3）IEC 61800中，EtherCAT支持CANopen DS402和SERCOS。多个EtherCAT命令数据可以被嵌入到一个以太网报文中，每个数据对应独立的设备或内存区。

EtherCAT是由德国BECKHOFF自动化公司于2003年提出的实时工业以太网技术。它具有高速和高数据有效率的特点，支持多种设备连接拓扑结构。其从站节点使用专用的控制芯片，主站使用标准的以太网控制器。

EtherCAT的主要特点如下：

1）广泛的适用性，任何带商用以太网控制器的控制单元都可以作为EtherCAT主站。从小型的16位处理器到使用3 GHz处理器的PC系统，任何计算机都可以成为EtherCAT控制系统。

2）完全符合以太网标准，EtherCAT可以与其他以太网设备及协议并存于同一总线，以太网交换机等标准结构组件也可以用于EtherCAT。

3）无须从属子网，复杂的节点或只有2位的I/O节点都可以用作EtherCAT从站。

4）高效率，最大化利用以太网宽带进行用户数据传输。

5）刷新周期短，可以达到小于100μs的数据刷新周期，可以用于伺服技术中低层的闭环控制。

6）同步性能好，各从站节点设备可以达到小于1μs的时钟同步精度。

目前，EtherCAT已经进入多种相关国际标准：

1）IEC 61158中Type12。(www.chuimin.cn)

2）IEC 61784中CPF12。

3）IEC 61800中，EtherCAT支持CANopen DS402和SERCOS。

4）ISO 15745中，EtherCAT支持DS301。

EtherCAT支持多种设备连接拓扑结构：线形、树形或星形结构，可以选用的物理介质有100Base-TX标准以太网电缆或光缆。使用100Base-TX电缆时站间距离可以达到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如图10-1所示。

这个过程利用了以太网设备独立处理双向传输（Tx和Rx）的特点，并运行在全双工模式下，发出的报文又通过Rx线返回到控制单元。

报文经过从站节点时，从站识别出相关的命令并做出相应的处理。信息的处理在硬件中完成，延迟时间为100～500ns（取决于物理层器件），通信性能独立于从站设备控制微处理器的响应时间。每个从站设备有最大容量为64KB的可编址内存，可完成连续的或同步的读写操作。多个EtherCAT命令数据可以被嵌入到一个以太网报文中，每个数据对应独立的设备或内存区。

从站设备可以构成多种形式的分支结构，独立的设备分支可以放置于控制柜中或机器模块中，再用主线连接这些分支结构。

图10-1 快速以太网全双工通信技术构成主从式的环形结构

现场总线应用技术-EtherCAT协议概述

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