Оглавление:
①EtherCAT реализует Ethernet (EoE)
②EtherCAT реализует CANopen (CoE)
EtherCAT (Ethernet для технологии автоматизации управления) — это высокопроизводительный протокол связи промышленного Ethernet, специально разработанный для промышленных систем управления в реальном времени. Он был запущен немецкой компанией Beckhoff Automation в 2003 году и представляет собой открытый международный стандарт, поддерживаемый и продвигаемый EtherCAT Technology Group (ETG).
Как работает EtherCAT
Принцип работы EtherCAT основан на стандартной технологии Ethernet, но он использует уникальный метод связи, который преодолевает системные ограничения других решений Ethernet и делает передачу данных более эффективной. В сети EtherCAT данные передаются через кольцевую или линейную сетевую структуру. Каждое подчиненное устройство считывает необходимые ему данные, а затем немедленно передает пакет данных следующему подчиненному устройству. Этот процесс называется «обработкой на лету».
Технические подробности
Формат кадра: EtherCAT использует структуру кадра Ethernet, но для передачи данных использует специальный метод инкапсуляции внутри кадра.
Архитектура «главный-подчиненный». Сеть EtherCAT управляется главным устройством, которое отвечает за инициирование связи и обработку всего обмена данными.
Обмен данными: Обмен данными осуществляется через одно или несколько логических колец.Каждая подчиненная станция считывает или записывает данные из кадра по своему адресу.
Распределенные часы: EtherCAT поддерживает распределенные часы — механизм синхронизации, используемый для синхронизации времени между всеми устройствами в сети.
Возможности диагностики. Возможности диагностики EtherCAT значительно превосходят возможности традиционного Ethernet. Необходимая диагностическая информация может быть предоставлена коммуникационным чипом EtherCAT (ESC) непосредственно в аппаратных или программных функциях, при этом ведомое устройство не требует специальных функций расширения.
Диагностические функции EtherCAT
Ключевые особенности EtherCAT
①Высокоскоростная связь
EtherCAT способен обеспечивать очень высокую скорость передачи данных, обычно используя скорость Ethernet 100 Мбит/с или 1 Гбит/с.
②Эффективная обработка данных
Пакеты данных обрабатываются сразу после прохождения через каждый узел, не дожидаясь получения всего кадра данных. Поскольку отправленные и полученные кадры Ethernet сжимают большой объем данных устройства, эффективная скорость передачи данных может достигать более 90%. Благодаря своему уникальному механизму связи EtherCAT может достигать чрезвычайно низких задержек связи, обычно на уровне микросекунд.
③Производительность сети
EtherCAT повышает производительность сети.Благодаря интеграции подчиненного оборудования и прямому доступу к памяти ведущего сетевого контроллера вся обработка протокола реализуется аппаратно, полностью независимо от операционной системы реального времени, производительности ЦП или программного обеспечения стека протоколов. Метод реализации. Время обновления для 1000 входов/выходов составляет всего 30 мкс (включая время цикла ввода/вывода). Один кадр Ethernet может обменивать до 1486 байт данных процесса, что эквивалентно почти 12 000 цифровых входов и выходов, а передача этих данных занимает всего 300 мкс.
④Точность синхронизации и производительность в реальном времени
EtherCAT поддерживает очень точную синхронизацию устройств, что важно для приложений, требующих точного управления, например управления движением. EtherCAT может удовлетворить требования промышленной автоматизации в режиме реального времени и выполнить обмен данными за определенное время.
⑤Гибкая топология
EtherCAT поддерживает различные сетевые топологии, включая линейную, древовидную, звездообразную или любую их комбинацию, гибкую топологию. EtherCAT имеет упрощенную структуру сети, не требующую использования коммутаторов или концентраторов, а узлы можно подключать напрямую последовательно. Сеть EtherCAT может поддерживать до 65 535 узлов, при этом пропускная способность сети практически не ограничена.
Гибкая топология
⑥ Низкая стоимость и простота обслуживания.
Поскольку EtherCAT может работать на стандартном оборудовании Ethernet, общая стоимость системы может быть снижена. Эффективность и время ввода в эксплуатацию системы полевой шины в решающей степени зависят от диагностических возможностей. Диагностика и обслуживание сетей EtherCAT относительно просты, что позволяет быстро устранять неполадки и помогает сократить время простоев.
передача технологии
①EtherCAT реализует Ethernet (EoE)
Технология EtherCAT обладает всеми характеристиками стандартного оборудования Ethernet. Она не только полностью совместима с Ethernet, но также может поддерживать другие службы и протоколы на основе Ethernet в одной и той же сети физического уровня и имеет хорошую открытость. Все технологии Ethernet могут применяться в среде EtherCAT. Сеть EtherCAT полностью прозрачна для устройств Ethernet и не имеет ограничений по типам устройств.Устройства могут быть подключены внутри сегмента EtherCAT через порты коммутатора.
Полностью прозрачен для всех протоколов Ethernet.
②EtherCAT реализует CANopen (CoE)
Профили устройств и приложений CANopen© используются в широком диапазоне категорий устройств и приложений, таких как компоненты ввода-вывода, приводы, энкодеры, гидравлические контроллеры, а также профили приложений для пластмассовой или текстильной промышленности. EtherCAT может обеспечить тот же механизм связи, что и механизм CANopen, включая словарь объектов, PDO (объект данных процесса), SDO (объект служебных данных) и даже управление сетью. Таким образом, EtherCAT можно легко внедрить с небольшими изменениями в устройствах, где CANopen уже установлен, и большую часть встроенного ПО CANopen© можно использовать повторно. Объекты можно выборочно расширять, чтобы воспользоваться огромной пропускной способностью, обеспечиваемой EtherCAT.
Сценарии применения
EtherCAT широко используется в областях промышленной автоматизации, где требуется высокоскоростная связь в режиме реального времени, таких как: управление роботами, системы динамического управления, упаковочное оборудование, станки с ЧПУ, испытательное и измерительное оборудование и сборочные линии автомобилей.
Являясь высокопроизводительным протоколом промышленного Ethernet, EtherCAT обеспечивает надежные и эффективные решения в системах автоматизации управления благодаря высокой скорости, низкой задержке и гибкой топологии сети. Базовый протокол EtherCAT оставался неизменным на протяжении последних 20 лет и был расширен с полной обратной совместимостью для применения принципов технологии EtherCAT к другим уровням приложений. Ожидается, что с развитием Индустрии 4.0 и интеллектуального производства сфера применения EtherCAT будет и дальше расширяться.
Источник: Технология EtherCAT.