【整理】工业自动化现场总线:EtherCAT

EtherCAT是什么

EtherCAT==Ethernet for Control Automation Technology==用于控制自动化技术的以太网

EtherCAT是一个开放架构,以以太网为基础的现场总线系统。常被称为实时以太网,开放的实时以太网。

EtherCAT是确定性的工业以太网,最早是由德国的Beckhoff公司所研发。

EtherCAT主要用于实现自动化的超高速通讯

fieldbus ethercat logo with many devices

 

EtherCAT简评

Beckhoff 基于以太网现场总线系统的 EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)技术具有性能优异、 拓扑结构灵活和系统配置简单等特点。

EtherCAT 突破了传统现场总线系统的限制,为现场总线技术领域树立了新的性能标准:30 µs 内可以更新1000 个 I/O,利用以太网和因特网技术实现垂直优化集成,网络容量几乎无限。

使用 EtherCAT 后,可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构,无需昂贵的基础组件。EtherCAT 还可以使用传统的交换机连接方式,以集成其它的以太网设备。 

其它的实时以太网方案需要专用的主站硬件或扫描卡,而EtherCAT 只需要价格低廉的标准以太网卡便可实现。 

 

EtherCAT 拥有杰出的通讯性能,接线非常简单,并对其它协议开放。传统的现场总线系统已达到了极限,而EtherCAT则突破建立了新的技术标准——30 µs内可以更新1000个I/O数据,可选择双绞线或光纤,并利用以太网和因特网技术实现垂直优化集成。使用 EtherCAT,可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构,无需昂贵的基础组件。EtherCAT还可以使用传统的交换机连接方式,以集 成其它的以太网设备。其它的实时以太网方案需要与控制器进行特殊连接,而EtherCAT只需要价格低廉的标准以太网卡(NIC) 便可实现。

EtherCAT拥有多种机制,支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之间的通讯。

ethercat network structure multiple style

它实现了安全功能,采用技术可行且经济实用的 方法,使以太网技术可以向下延伸至I/O级。EtherCAT功能优越,可以完全兼容以太网,可将因特网技术嵌入到简单设备中,并最大化地利用了以太网所 提供的巨大带宽,是一种实时性能优越且成本低廉的网络技术。

 

EtherCAT出现背景+协议原理+设备行规

详见:

【整理】EtherCAT出现背景+协议原理+设备行规

 

EtherCAT特点

特点简述:

技术亮点

– 以太网直达端子模块 — 具有完全连续性

– 以太网过程接口可从1 位扩展到64 kB

– 首款真正的、用于现场层的以太网解决方案

– 精确计时,适合时间同步

性能

– 12 μs 内处理256 个数字量I/O

– 30 μs 内处理1000 个数字量I/O

– 50 μs 内处理200 个模拟量I/O(16 位),采样率为20 kHz

– 每100 μs 处理100 个伺服轴

– 350 μs 内处理12,000 个数字量I/O

拓扑结构

– 总线型、树型或星型拓扑结构

– 一个系统内最多可容纳65,535 台设备

– 系统规模:近乎无限(> 500 km)

– 有无交换机均可运行

– 经济高效的电缆敷设:工业以太网电缆(CAT 5)

– 双绞线电缆物理层:

– Ethernet 100 BASE-TX,两个设备之间最大距离为100 m

– 或者:两个从站之间光缆的最大距离为20 km

– 支持总线网段的热插拔

地址空间

– 整个网络范围内的过程映像:4 Gbyte

– 设备过程映像:1 位至64 kbyte

– 地址分配:可自由配置

– 设备地址选择:通过软件自动进行

成本优势

– 无需再进行网络调整:降低工程成本

– 带软件主站的硬实时功能:无需插卡

– 无需主动基础架构组件(交换机等)

– EtherCAT 所使用的以太网电缆和连接器低于传统的现场总 线所使用的电缆和连接器 

– EtherCAT 直达I/O 端子模块:无需复杂的总线耦合器

– 高度集成了EtherCAT 从站控制器,因此接口成本较低

协议

– 直接内置于以太网帧内的优化协议

– 完全由硬件实现

– 用于路由和接口:UDP 数据报文

– 在传递时处理

– 用于精确同步的分布式时钟

– 时间戳数据类型,用于纳秒范围内的分辨率

– 用于高分辨率测量的过采样数据类型

诊断

– 断点检测

– 连续的“线路质量”测量能够精确定位传输故障

– Topology View

接口

– 用于标准以太网设备的交换机端子模块

– 用于现场总线设备的现场总线端子模块

– 分布式串行接口

– 通讯网关

– 连接至其它EtherCAT 系统的网关

开放性

– 与以太网完全兼容

– 可以通过交换机和路由器运行

– 可以与其它协议混合运行

– 互联网技术(Web 服务器、FTP 等)

– 可与现有的总线端子模块系列兼容

– 协议完全公开

– EtherCAT 符合IEC、ISO 和SEMI 标准

EtherCAT 技术协会

– 拥有众多会员公司的国际化联盟组织

– 成员包括用户和制造厂商

– 为技术开发提供支持

– 保障互操作性

– 设备行规的集成和制定

 

更多内容详见:

【整理】EtherCAT特点详解

 

EtherCAT相关产品

详见:

【整理】EtherCAT相关产品和连接方案

 

EtherCAT 技术协会

EtherCAT 技术协会(EtherCAT Technology Group,缩写为ETG)是为来自于各种 工业领域的主要用户公司和领先的自动 化设备制造商提供的平台,旨在共同支 持,推广及发展EtherCAT 技术。ETG 的 目标是保证EtherCAT 技术满足并超越最 广泛的有可能实现的任何行业的应用 要求。该组织确保将EtherCAT 技术便 捷且经济有效地集成到大量自动化设 备中,同时确保集成后设备的互操作 性。EtherCAT 技术组织(ETG)是正式的 IEC 合作组织中现场总线标准化的合作 组织,成员资格对所有公司开放。 
更多详细信息,请登录 
www.ethercat.org.cn

ethercat technology group

 

EtherCAT Technology Group (ETG)

 

EtherCAT的实施

详见:

【整理】EtherCAT的实施

 

EtherCAT相关资料

http://www.ethercat.org/pdf/cn/EtherCAT_Introduction.pdf

http://www.ethercat.org/pdf/english/Ethernet_for_Semi_0607.pdf

EtherCAT Technology Group | 主页

EtherCAT – 以太网现场总线

IEC 61158-3/4/5/6-12 (Ed.1.0), Industrial communication networks – Fieldbus specifications – Part 3-12: Data-link layer service definition – Part 4-12: Data-link layer protocol specification – Part 5-12: Application layer service definition – Part 6-12: Application layer protocol specification – Type 12 elements (EtherCAT)

IEEE 802.3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications
IEEE 802.3ae-2002: CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications: Media Access Control (MAC) Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for 10 Gb/s Operation
ANSI/TIA/EIA-644-A, Electrical Characteristics of Low Voltage Differential Signaling (LVDS) Interface Circuits
IEEE 1588-2002: IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems
EN 50325-4: Industrial communications subsystem based on ISO 11898 (CAN) for controller-device interfaces. Part 4: CANopen
IEC 61800-7-301/304 (Ed.1.0), Adjustable speed electrical power drive systems – Part 7-301: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 1 to network technologies – Part 7-304: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 4 to network technologies
SEMI E54.20: Standard for Sensor/Actuator Network Communications for EtherCAT.
IEC 61784-2 (Ed.1.0), Industrial communication networks – Profiles – Part 2: Additional fieldbus profiles for real-time networks based on ISO/IEC 8802-3

EtherCAT – 维基百科,自由的百科全书

自动化在线 EtherCAT简介

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EtherCAT Technology Group

EtherCAT Technology Group China



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