EtherCAT - 以太網(wǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)
加入技術(shù)交流群
3.9.1 EtherCAT實(shí)現CANopen (CoE)
CANopen設備和應用行規廣泛用于多種設備類(lèi)別和應用，如I/O組件、驅動(dòng)、編碼器、比例閥、液壓控制器，以及用于塑料或紡織行業(yè)的應用行規等。EtherCAT可以提供與CANopen機制[7]相同的通訊機制，包括對象字典、PDO（過(guò)程數據對象）、SDO（服務(wù)數據對象），甚至于網(wǎng)絡(luò )管理。因此，在已經(jīng)安裝了CANopen的設備中，僅需稍加變動(dòng)即可輕松實(shí)現EtherCAT，絕大部分的CANopen固件都得以重復利用。并且，可以選擇性地擴展對象，以便利用EtherCAT所提供的巨大帶寬。
3.9.2 EtherCAT實(shí)施伺服驅動(dòng)設備行規IEC 61491 (SoE)
SERCOS interfaceTM* 是全球公認的、用于高性能實(shí)時(shí)運行系統的通訊接口，尤其適用于運動(dòng)控制的應用場(chǎng)合。用于伺服驅動(dòng)和通訊技術(shù)的SERCOS框架屬于IEC 61491標準[8] 的范疇。該伺服驅動(dòng)框架可以輕松地映射到 EtherCAT中，嵌入于驅動(dòng)中的服務(wù)通道、全部參數存取以及功能都基于EtherCAT郵箱（參見(jiàn)圖10）。在此，關(guān)注焦點(diǎn)還是EtherCAT與現有協(xié)議的兼容性（IDN的存取值、屬性、名稱(chēng)、單位等），以及與數據長(cháng)度限制相關(guān)的擴展性。過(guò)程數據，即形式為AT和MDT的SERCOS數據，都使用EtherCAT從站控制器機制進(jìn)行傳送，其映射與SERCOS映射相似。并且，EtherCAT從站的設備狀態(tài)也可以非常容易地映射為SERCOS協(xié)議狀態(tài)。
圖10: 同時(shí)并存的多個(gè)設備行規和協(xié)議
EtherCAT技術(shù)不僅完全兼容以太網(wǎng)，而且在“設計”之初就具備良好的開(kāi)放性特征——該協(xié)議可以在相同的物理層網(wǎng)絡(luò )中包容其它基于以太網(wǎng)的服務(wù)和協(xié)議，通?？蓪⑵湫阅軗p失降到最小。對以太網(wǎng)的設備類(lèi)型沒(méi)有限制，設備可通過(guò)交換機端口在EtherCAT段內進(jìn)行連接。以太網(wǎng)幀通過(guò)EtherCAT協(xié)議開(kāi)通隧道，這也正是VPN、 PPPoE (DSL) 等因特網(wǎng)應用所普遍采取的方法。EtherCAT網(wǎng)絡(luò )對以太網(wǎng)設備而言是完全透明的，其實(shí)時(shí)特性也不會(huì )發(fā)生畸變（參見(jiàn)圖11）。
圖11: 對所有以太網(wǎng)協(xié)議完全透明
3.11 EtherCAT實(shí)現文件讀取(FoE)
這種簡(jiǎn)單的協(xié)議與TFTP類(lèi)似，允許存取設備中的任何數據結構。因此，無(wú)論設備是否支持TCP/IP，都有可能將標準化固件上載到設備上。
4. 基礎設施成本
由于EtherCAT無(wú)需集線(xiàn)器和交換機，因此，在環(huán)境條件允許的情況下，可以節省電源、安裝費用等設備方面的投資，只需使用標準的以太網(wǎng)電纜和價(jià)格低廉的標準連接器即可。如果環(huán)境條件有特殊要求，則可以依照IEC標準，使用增強密封保護等級的連接器。
5. EtherCAT 實(shí)施
EtherCAT技術(shù)是面向經(jīng)濟的設備而開(kāi)發(fā)的，如I/O 端子、傳感器和嵌入式控制器等。EtherCAT使用遵循IEEE802.3標準的以太網(wǎng)幀。這些幀由主站設備發(fā)送，從站設備只是在以太網(wǎng)幀經(jīng)過(guò)其所在位置時(shí)才提取和/或插入數據。因此，EtherCAT 使用標準的以太網(wǎng)MAC，這正是其在主站設備方面智能化的表現。同樣，EtherCAT在從站控制器中使用專(zhuān)用芯片，這也是其在從站設備方面智能化的表現——無(wú)論本地處理能力是否強大或軟件品質(zhì)好壞與否，專(zhuān)用芯片均可在硬件中處理過(guò)程數據協(xié)議，并提供最佳實(shí)時(shí)性能。
5.1 >主站
EtherCAT可以在單個(gè)以太網(wǎng)幀中最多實(shí)現1486字節的分布式過(guò)程數據通訊。其它解決方案一般是，主站設備需要在每個(gè)網(wǎng)絡(luò )周期中為各個(gè)節點(diǎn)處理、發(fā)送和接收幀。而EtherCAT系統與此不同之處在于，在通常情況下，每周期僅需要一個(gè)或兩個(gè)幀即可完成所有節點(diǎn)的全部通訊，因此，EtherCAT主站不需要專(zhuān)用的通訊處理器。主站功能幾乎不會(huì )給主機CPU帶來(lái)任何負擔，輕松處理這些任務(wù)的同時(shí)，還可以處理應用程序，因此EtherCAT 無(wú)需使用昂貴的專(zhuān)用有源插接卡，只需使用無(wú)源的NIC卡或主板集成的以太網(wǎng)MAC設備即可。EtherCAT主站很容易實(shí)現，尤其適用于中小規模的控制系統和有明確規定的應用場(chǎng)合。
例如，如果某個(gè)單個(gè)過(guò)程映像的PLC沒(méi)有超過(guò)1486 字節，那么在其周期時(shí)間內循環(huán)發(fā)送這個(gè)以太網(wǎng)幀就足夠了。因為報文頭運行時(shí)不會(huì )發(fā)生變化，所以只需將常數報文頭插入到過(guò)程映像中，并將結果傳送到以太網(wǎng)控制器即可。
EtherCAT映射不是在主站產(chǎn)生，而是在從站產(chǎn)生（外圍設備將數據插入所經(jīng)以太網(wǎng)幀的相應位置），因此，此時(shí)過(guò)程映像已經(jīng)完成排序。該特性進(jìn)一步減輕了主機CPU的負擔?？梢钥吹?，EtherCAT主站完全在主機CPU中采用軟件方式實(shí)現，相比之下，傳統的慢速現場(chǎng)總線(xiàn)系統通過(guò)有源插接卡方可實(shí)現主站的方式則要占用更多的資源，甚至服務(wù)于DPRAM的有源卡本身也將占用可觀(guān)的主機資源。
系統配置工具（通過(guò)生產(chǎn)商獲?。┛商峁┌ㄏ鄳臉藴?XML 格式啟動(dòng)順序在內的網(wǎng)絡(luò )和設備參數。
圖12: 主站實(shí)施的單個(gè)過(guò)程映像
可通過(guò)生產(chǎn)商獲取主站代碼、實(shí)現服務(wù)和技術(shù)支持，可用于多種硬件平臺與操作系統?？傻顷慐therCAT網(wǎng)站[1]，了解該方面信息。EtherCAT網(wǎng)站還提供開(kāi)放的源代碼實(shí)現方式和相應的RTOS開(kāi)放源代碼。
5.1.2 主站樣本代碼
另一種EtherCAT主站的實(shí)現方式是使用樣本代碼，花費不高。軟件以源代碼形式提供，包括所有的EtherCAT主站功能，甚至還包括EoE（EtherCAT實(shí)現以太網(wǎng)）功能。開(kāi)發(fā)人員只要把這些應用于Windows環(huán)境的代碼與目標硬件及所使用的RTOS加以匹配就可以了。該軟件代碼已經(jīng)成功應用于多個(gè)系統。
評論