【解決方案】EtherCAT如何保障高效率、高實(shí)時(shí)性、高靈活性的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊

EtherCAT作為一種實(shí)時(shí)以太網(wǎng)解決方案，因其高性能在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中備受青睞。EtherCAT是如何保障高效率、高實(shí)時(shí)性、高靈活性的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊的呢，本文將對(duì)其重點(diǎn)剖析講解。

EtherCAT的原理

EtherCAT?(Ethernet?Control?Automation?Technology，以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù))是一款高性能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。它是基于以太網(wǎng)的基礎(chǔ)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制而開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)。EtherCAT本質(zhì)上是一種高靈活性的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，使用主從通訊的模式。

一個(gè)完整的EtherCAT系統(tǒng)由一個(gè)主站和多個(gè)從站設(shè)備組成。當(dāng)EtherCAT主站發(fā)送報(bào)文給從站，從站設(shè)備在報(bào)文經(jīng)過(guò)其節(jié)點(diǎn)時(shí)讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)文，同時(shí)輸出數(shù)據(jù)也是在報(bào)文經(jīng)過(guò)時(shí)插入到報(bào)文中，從而在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性高、成本低、實(shí)時(shí)性高的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。

EtherCAT的特點(diǎn)

1. 兼容性強(qiáng)

EtherCAT主站設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)控制器，具有網(wǎng)口接口卡的計(jì)算機(jī)和具有以太網(wǎng)控制的嵌入式設(shè)備均可作為EtherCAT主站。2.?可靠性好EtherCAT數(shù)據(jù)傳輸都是在硬件中處理的，數(shù)據(jù)傳輸效率更高，傳輸速率更快，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t時(shí)間方面提供了穩(wěn)定的保障，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的可靠性和實(shí)時(shí)性。同時(shí)，EtherCAT協(xié)議還支持單個(gè)從站節(jié)點(diǎn)的連接或者斷開(kāi)操作，即在EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中移除其中一個(gè)從站節(jié)點(diǎn)，剩余的網(wǎng)絡(luò)組成部分還可以正常工作。另外EtherCAT還支持主站冗余、電纜冗余等，適用于可靠性要求較高的使用場(chǎng)合。
3.?效率更高傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)中，每個(gè)設(shè)備都能接收到網(wǎng)絡(luò)中的所有數(shù)據(jù)包，而有用的設(shè)備信息還需要應(yīng)用層逐一去提取，嚴(yán)重影響了應(yīng)用層的執(zhí)行效率。EtherCAT在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，從站設(shè)備將它們的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)插入同一數(shù)據(jù)流中，無(wú)需在接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包后再去解析和處理的過(guò)程，在一個(gè)以太網(wǎng)幀內(nèi)即可完成通訊。

4.?靈活性強(qiáng)

EtherCAT支持線型、樹(shù)型、環(huán)型、星型、總線型等多種連接結(jié)構(gòu)拓?fù)?，連接線纜可選用100Base-TX標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活多變，可極大降低硬件的開(kāi)發(fā)和組裝成本。EtherCAT網(wǎng)絡(luò)可連接設(shè)備數(shù)多達(dá)65535臺(tái)。

ZMC300E EtherCAT主站控制器介紹

ZMC300E?是廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司開(kāi)發(fā)的最新一代智能總線型 EtherCAT 主站控制器，是面向工廠智能化時(shí)代的機(jī)器控制器。其采用工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)的嵌入式 ARM 方案，集實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、智能算法于一身，配套工業(yè)圖形化編程軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，以 EtherCAT 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議為向?qū)?，可以快速、有效、便捷的?gòu)建數(shù)控智能化設(shè)備，以適應(yīng)工廠智能化、信息化產(chǎn)業(yè)的變革。

ZMC300E采用工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)的嵌入式 ARM 方案，使用TI的Cortex?-A8內(nèi)核的AM335X應(yīng)用處理器為核心，配合Xenomai高實(shí)時(shí)性Linux系統(tǒng)，精心設(shè)計(jì)了一路EtherCAT口作為主站使用，其通訊可實(shí)現(xiàn)ms周期任務(wù)抖動(dòng)±15μs以?xún)?nèi)，可滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)控制器的高實(shí)時(shí)性要求。

為了滿(mǎn)足不同的自動(dòng)化應(yīng)用需求，ZMC300E還提供了多種豐富的硬件接口，包含1路CAN、1路485、2路以太網(wǎng)、32個(gè)用戶(hù)I/O等等。