《EtherCAT 介绍-文档资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EtherCAT 介绍-文档资料（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,EtherCAT: 介绍,Beckhoff 工业PC,Beckhoff 驱动技术,Beckhoff Lightbus,Beckhoff TwinCAT,Beckhoff 总线端子,Beckhoff 现场总线端子盒,Beckhoff 嵌入式 PC,Beckhoff PC总线卡，交换机,Beckhoff EtherCAT,2,EtherCAT 用于控制和自动化技术的以太网,3,EtherCAT 是以太网现场总线!,EtherCAT 是直达I/O级的实时以太网。 再也无须下挂子系统 没有网关延时 输出输出, 传感器，驱动器，显示单元: 所有设备位于同一个总线上。,4,EtherCAT ：更快,传
2、输速率: 2 x 100 Mbaud (全双工) 刷新时间: 256 开关量 I/O ：11 s 1000 开关量 I/O 分布于 100 节点 ：30 s = 0.03 ms 200 模拟量 I/O (16 位) ：50 s, 20 kHz 采样频率 100 伺服轴 (每 8 字节 IN+OUT) ： 100 s = 0.1 ms 12000 开关量 I/O ： 350 s,5,EtherCAT ：更快!,I/O和驱动使用的以太网带宽,Ethernet header,data: 46 字节,CRC,I/O,请求及输出数据,4 字节,22 字节,IPG,12 字节,以太网帧: 84 字节(in
3、cl. preamble + IPG Inter Packet Gap),每个节点 4 输入字节+ 4输出字节: 4,75% 应用程序数据率 at 0 s 每节点响应时间 1,9% 应用程序数据率 at 10 s 每节点响应时间,6,EtherCAT ：更快!,带宽使用比较: 每节点4字节用户数据: polling/time slicing: ca. 2.5% 广播(master slaves) ca. 2030% 每节点2数据位的用户数据: EtherCAT: 8097%,7,实用原则: 以太网 “飞一般”,通过绝对寻址，实现最小的协议头,优势: 专门针对分布式I/O的优化报文结构 完全的硬
4、件通讯: 最好的性能 若网络中只有EtherCat设备，则无须交换机 显著的诊断功能 以太网兼容的维护性能,8,实用原则: 以太网 “飞一般”,可使用标准交换机 通过交换机: 一个Mac地址可访问多达65535 个节点,(可选!),9,实用原则: 以太网 “飞一般”,飞一般“的运算，节约时间 数据在报文传送期间可以修改或添加，而无需堆栈、缓存或分解/组合。 每个节点最小的 报文延时 最佳性能,vom Master,to Master,from Master,10,EtherCAT 性能,40 轴 (每轴6字节输入/ 输出数据) 50 I/O 站，总共560个 EtherCAT 总线端子 200
5、0 数字量 + 200 模拟量I/O, 总线长度 500 m EtherCAT性能 : 循环时间 230s at 33% 总线负载, 报文长度 77s 比较: 1 个CAN 帧 (8 字节过程数据)，在总线速率 500 kBit/s时: 250s,11,EtherCAT性能,* Source: Ethernet Powerlink Spec V 2.0, App.3,40 轴 (每轴6字节输入/ 输出数据) 50 I/O 站，总共560个 EtherCAT 总线端子 2000 数字量 + 200 模拟量I/O, 总线长度 500 m EtherCAT性能 : 循环时间 230s at 33%
6、总线负载, 报文长度 77s 比较: Profinet IRT 763 s, Powerlink V2 2347s*, Profinet RT 6355 s,12,EtherCAT性能,* Source: Ethernet Powerlink Spec V 2.0, App.3,40 轴 (每轴20字节输入/ 输出数据) 50 I/O 站，总共560个 EtherCAT 总线端子 2000 数字量 + 200 模拟量I/O, 总线长度 500 m EtherCAT性能 : 循环时间 276s at 44% 总线负载, 报文长度 122s 比较: Profinet IRT 763 s, Powe
7、rlink V2 2347s*, Profinet RT 6355 s,56%保留带宽, e.g. for TCP/IP,0%保留带宽,13,Cycle Time50 s = 0,05 ms,报文 Time: 7s,grid0,02 ms,Output switches End of Frame,EtherCAT 性能,14,慢“的控制系统同样受益,现有现场总线I/O的系统结构,输出,最快反应时间,Tmpd: 主站处理延时 TI/O: 本地I/O刷新时间(本地扩展总线+固件),最慢反应时间,15,慢“的控制系统同样受益,使用EtherCAT的系统结构,无需下挂总线,无需要专门的主站设备,bus
8、 cycle,bus cycle,bus cycle,bus cycle,bus cycle,bus cycle,bus cycle,16,慢“的控制系统同样受益,使用EtherCAT的系统结构,17,TDMA (通过直接内存访问的数据传送往返以太网控制器的时间） 可以忽略不计,慢“的控制系统同样受益,使用EtherCAT的系统结构,18,慢“的控制系统同样受益,使用 EtherCAT的反应时间,输入,(最差情况),输出,最差情况下 反应时间,最佳情况,反应时间明显降低 同样的控制器性能 再也没有下挂本地I/O循环和总线扩展延时 得益于极其简单的协议，系统无需专门的主站,19,慢“的控制系统同
9、样受益,EtherCAT 提高了系统性能 无需要改变CPU，反应速度加倍,20,现场总线: 需要在控制系统中映射,传统的现场总线系统生成一个物理的过程映像区 物理的过程映像区必须映射到逻辑过程映像区,控制系统, e.g. IPC,现场总线扫描器/ 主站,逻辑过程映像区,PLC data,data n,NC data,DPRAM,node 1,node 2,node 3,node 4,映射,21,控制系统, e.g. IPC,现场总线扫描器/ 主站,现场总线: 需要在控制系统中映射,一个控制系统的应用项目只能使用一个的过程映像 还需保存过程数据的映射关系。,逻辑过程映像区,process dat
10、a,DPRAM,node 1,node 2,node 3,node 4,node 1,node 2,node 3,node 4,映射,22,EtherCAT: 映射关系移至从站设备,逻辑过程映像: 多达4G字节,0,232,报文结构,Ethernet HDR,HDR 1,PLC data,HDR 2,NC data,HDR n,data n,CRC,PLC data,data n,NC data,控制系统解放出来, 主站变得非常简单 根据应用的需要传送数据：非常迅速，灵活，高效,23,直接内存访问节约时间,现场总线卡: 多达 30% 的 CPU 时间用于数据复制 EtherCAT: NIC 是
11、PCI总线主站, 数据由DMA提供, 直接放到 PC 内存: CPU 减负 更高的性能,PC RAM,PC RAM,使用现场总线卡的PC Control,PCI bus,Scanner card, DP RAM,使用EtherCAT的PC Control,NIC card, DMA transfer,control task,memcopy,control task,DMA,PCI bus,24,EtherCAT 传送延时的测量 (I),测量EtherCAT 节点数据帧发出和返回之间的时间差,vom Master,EtherCAT frame,25,EtherCAT 传送延时的测量(II),可
12、计算任意节点间的传送延时,26,EtherCAT 分布时钟,精确同步 ( 1 s!) ，通过分布时钟的精确调整来实现！,27,EtherCAT 分布时钟,使用SCOPE VIEW长期观察两个独立设备300个节点，节点间电缆长度120米，,jitter: +/-20ns,simultaneousness: 15 ns,28,EtherCAT 使用标准的帧: IEEE 802.3 可选择 UDP/IP (如果需要IP路由) 无缩短帧,EtherCAT 是工业以太网!,29,EtherCAT 设备,EtherCAT 是工业以太网!,对 TCP/IP完全透明 可使用所以英特网技术: HTTP, FTP
13、, 无需严格的实时能力,Ethernet PHY,EtherCAT MAC / DLL,process data,mailbox,Ethernet PHY,IP,TCP,UDP,Ethernet应用,acyclicdata,实时应用,标准的 TCP/IP stack,30,EtherCAT 是工业以太网!,任何以太网设备均可连接到交换机的端口 使用标准浏览器访问Web Server,虚拟以太网交换机功能,交换机端口,web server,31,EtherCAT 是工业以太网!,虚拟以太网交换机可路由任何以太网帧 可从以太网段的内部及外部路由,交换机端口,虚拟以太网交换机功能,32,垂直统一管理
14、(I),可使用任何以太网协议 只需要一个以太网口 ( 在IPC/控制器端) 但是: 经过交换机，性能会有所降低 (并出现通常的以太网冲突),.经交换机,33,垂直统一管理(II),可使用任何以太网协议 只需要一个以太网口 ( 在IPC/控制器端) EtherCAT 性能 不受影响,经过交换机端口端子,34,垂直统一管理 (III),可使用任何以太网协议 只需要第二个以太网口 ( 在IPC/控制器端， e.g. FC9002) EtherCAT 性能 不受影响,.经过第二个以太网口,35,外部时钟同步: IEEE 1588,交换机端口使用集成的IEEE 1588 boundary clock,M,S,S,S,S,S,S,S,S,IEEE 1588 grandmaster clock,boundaryclock,36,EtherCAT 布线更为灵活,标准的以太网结构: 星型 不理想 此装置用于演示目的 ;-),37,EtherCAT 布线更为灵活,线型拓普: 无论多少节点都可以一条线串接起来,最多65535个节点,38,EtherCAT 布线更为灵活,电信号: 100 baseTX and E
