EtherCAT 基礎知識
基於以太網的現場總線 EtherCAT 專為自動化技術而設計，因此可以滿足硬實時和軟實時要求。EtherCAT（以太網控制自動化技術）是由 EtherCAT 技術集團 (ETG) 開發的。與類似協議一樣，EtherCAT 的開發旨在實現小於 100 µs 的短週期時間、低硬體成本和低抖動以實現精確同步。因此，EtherCAT 技術基於國際標準 IEC 61158 和 IEC 61784，並在 ISO 15745-4 中進行了標準化。用於運動控制領域時間關鍵型應用的以太網系統 EtherCAT 的速度是一個關鍵特性。
過去，EtherCAT 為基於以太網的數據包的評估和傳輸制定了新的標準。尤其值得注意的是，EtherCAT 技術不執行過程數據的逐步接收、解釋和進一步複製。
相比之下，用於 EtherCAT 從站設備的數據與通過設備的報文傳輸並行提取。以相同的方式將輸入數據引入到電報中。相應電報的延遲僅為幾納秒。尤其重要的是，有效載荷數據率可以優化到 90%，因為以太網幀的發送和接收方向用於到達不同參與者的數據。通過這種方式，EtherCAT 技術可以利用 100BASE-TX 的全雙工特性達到接近 200 Mbps 的數據速率。數據以過程數據對象 (PDO) 的形式在主站和從站之間進行交換。每個 PDO 都有一個單獨的地址，指向一個或多個從站。這樣，有效載荷數據和地址的組合形成了一個 EtherCAT 報文。電報在處理過程中僅延遲幾納秒。EtherCAT 為不同行業啟用了協議定義：
- 時鐘同步
- 簡易安裝診斷
- 非循環需求率轉移
- 循環 I/O 數據傳輸
EtherCAT 拓撲
以太網的全雙工特性構成了 EtherCAT 傳輸程序的基礎。星形、環形、樹形、線形以及由此產生的組合都可以作為 EtherCAT 的拓撲結構。區分 EtherCAT 的工業通信的優點由此產生：
- 帶熱備的主站冗餘
- 使用活動網絡進行設備切換
- 線路冗餘
- 段的熱連接
由於不同網路特性和拓撲變化的組合，一方面不需要額外的交換機，另一方面由於變化導致許多可能性，例如相鄰或從屬控制概念。雖然 E-bus 專門用作模塊化設備的物理層，但快速以太網物理允許最大。各個參與者之間的線路長度為 100 m。然而，可以為單獨的線路長度提供單獨的信號變量。EtherCAT 幾乎無限的網絡擴展源於最多 65535 個參與者可以連接到一個網段。這樣，光波導也可用於橋接長達 20 公里的距離。
使用 EtherCAT 進行精確診斷
EtherCAT 協議可確保非常快速準確地識別問題和故障識別，這是該技術的突出診斷特性之一。例如，CRC 校驗和負責識別傳輸中的位錯誤。值為 4 的漢明距離是 32 位 CRC 多項式的特徵。此外，可以對單個傳輸線進行特定的質量監控，這可以追溯到 EtherCAT 的傳輸物理、拓撲和協議。因此，借助自動 eva 可以快速準確地識別關鍵網絡部分現有的設備配置文件可以與不同的軟體界面相結合。通過這種方式，只需將韌體作為硬體進行調整，即可輕鬆實現從現場總線到 EtherCAT 的遷移。
通過 EtherCAT 可以實現以下軟體接口：
CAN應用層
- 具有不同應用程序和設備類別的各種設備和應用程序配置文件
- 應用配置文件、比例閥和液壓控制器 (CiA 408)
- 編碼器 (CiA 406)
- 驅動器配置文件 (CiA 402)，IEC 61800-7-201/301 中的標準
伺服驅動器配置文件
- Sercos 使實時通信成為一個接口
- 適用於性能密集型運動控制應用
- IEC 61800-7 中伺服驅動器的標準化
- 與 EtherCAT (IEC 61800-7-304) 相同的配置文件標準化
以太網
- 以太網設備可以藉助交換機端口在 EtherCAT 內連接
- 通過 EtherCAT 協議（VPN、TCP/IP、PPPoE 的標準）對以太網幀進行隧道傳輸
- 不影響 EtherCAT 實時通訊
文件存取
- 類似於 TFTP 協議
- 可進行統一韌體更新（無需 TCP/IP 支援）
- 可以訪問相應設備中的任何數據結構
安全性
- 獨立於現場總線的安全協議
- 可作為 EtherCAT 安全使用
- 符合安全完整性等級 3 和 IEC 61508 的功能性、TÜV 認證安全性
- 自 2010 年起在 IEC 61784-3-12 中全球標準化
- 不會減慢循環時間或傳輸速率
安全分析中不考慮黑色通道（傳輸介質）。
《產品連結》
EtherCAT 協議開發包
