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BECKHOFF_倍福EtherCAT

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产品概述
Beckhoff 公司的实时以太网技术 EtherCAT(用于控制与自动化技术的以太网)具有性能优异、拓扑结构灵活和组态简单等特点。由于采用了以太网和互连网技术,EtherCAT 可在 30μs 内处理 1000 个分布式IO,网络规模几乎无限,可实现最佳纵向集成。
Beckhoff 的 EtherCAT 产品经理 Michael Jost 在互动多媒体演示中阐释了基础技术和 EtherCAT 的优势所在。
优势
热连接
 
许多应用都需要在运行过程中改变IO组态。例如,具备变更特性的加工中心、装备传感器的刀具系统或智能化的传输系统,灵活的工件执行器或可单独关闭印刷单元的印刷机等。EtherCAT 系统的协议结构中就考虑到了这些需求:“热连接”功能可以将网络的各个部分连在一起或断开,或“飞速”进行重新组态,从而针对变化的组态提供了灵活的响应能力。
 
高可用性
可选的电缆冗余性可满足日益增长的对提高系统可用性的需求,这样无需关闭网络就可以更换设备。EtherCAT 还支持带热待机功能的冗余主站。由于 EtherCAT 从站控制器在遇到中断时立即将帧自动返回,设备故障不会导致整个网络关闭。例如,可将电缆保护拖链特别配置为短棒的形式以防备断线。
 
Safety over EtherCAT
为了实现 EtherCAT 安全相关数据通讯,我们完全开放 Safety over EtherCAT 协议。该安全协议符合 IEC 61508 标准,可达到安全集成级别(SIL)3,通过了德国技术检验机构(TÜV)的认证。EtherCAT 被用作为单通道通讯系统。传输介质是一个“黑色通道”,不包括在安全考虑范围内。因此,该安全协议也可通过其它通讯系统、干线或 WLAN 传输。传输周期可根据客户要求缩短,不会影响残留错误概率。在 Safety over EtherCAT 主站和从站之间进行的安全数据周期性交换被认为是一种连接,由看门狗监控。一个主站可以建立并监控不同从站的多个连接。
 
诊断
网络的诊断能力对于增强网络可用性和缩短调试时间(从而降低总成本)来说非常重要。只有当错误被快速而准确地检测出,并且清楚地指明其所在位置时,错误才能被及时的排除。因此,在 EtherCAT 的研发过程中,特别注重典型的诊断特征。
在试运行期间,将使用指定的配置检测IO端子模块实际配置的连续性。拓扑结构也要与配置相匹配。由于内置的拓扑结构识别直达各个端子模块,IO可以在系统启动时,或通过自动上装配置时进行确认。
数据传输过程中的位错误可以通过评估每个设备上的 CRC 校验码进行检测。除断点检测和定位外,通过 EtherCAT 系统协议,传输物理层和拓扑结构使得高品质监控每个独立的传输段成为可能。通过自动分析相关错误计数器,可以精确定位关键网段。可检测并定位 EMC 干扰、有缺陷的连接器或损坏的电缆等不断变化的错误来源,即使它们尚未对网络的自愈能力产生过度影响。
 
开放性
EtherCAT 技术不仅与以太网完全兼容,而且还有特别的设计开放性特点: 该协议可与其它基于以太网的服务和协议并存于同一物理介质中 - 通常只会对整个网络性能有很小程度的影响。任何以太网设备均可通过交换机端子模块连接至一个 EtherCAT 总线网段内部,不会影响周期时间。带现场总线接口的设备可通过 EtherCAT 现场总线主站端子模块集成到网络中。UDP 协议变体允许设备整合于任何插槽接口中。EtherCAT 是一个完全开放式协议, 它已被认定为一个正式 IEC 规范(IEC/PAS62407)。
 
EtherCAT 技术组织
EtherCAT 技术组织(ETG)是一个自动化用户和生产厂商的协会组织,旨在为 EtherCAT 技术的开发提供支持。该协会代表着广泛的行业和应用领域。这样就确保了 EtherCAT 技术功能和接口以最佳方式用于多种应用领域。该组织可以确保将 EtherCAT 轻松而经济有效地集成到大量自动化设备中,并可保证设备的互操作性。EtherCAT 技术组织(ETG)是正式的 IEC 合作组织中现场总线标准化的成员。成员资格面对所有公司开放。
 
特征
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 2 位扩展到 64 kB
第一款真正的现场级以太网解决方案
 
性能
12 μs 内 256 个数字量 IO
30 μs 内 1000 个数字量 IO
50 μs 内 200 个模拟量 IO(16 位),相当于 20 kHz 采样率
100 μs 内 100 个伺服轴
350 μs 内 12,000 个数字量 IO
流通量:10 kbyte/ms,分配给 1500 个设备
 
拓扑结构
总线形、树形或星形拓扑结构
可容纳多达 65,535 个设备
网络规模:几乎无限(> 500 km)
有无交换机均可运行
经济高效的电缆敷设:标准以太网连接电缆(CAT5)
双绞线电缆物理层:
以太网 100base-TX,两个设备之间最大距离为100 m
选项:光缆长度有 50 至 2000 m 可选
支持总线网段的热插拔
 
地址空间
网络范围的过程映像:4 Gbyte
设备过程映像:2 位至 64 kbyte
地址分配:可自由组态
设备地址选择:通过软件自动进行
 
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
传递时进行处理
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
 
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

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 是 IEC 技术规范
 
EtherCAT 技术组织
国际公司组织
包括用户和制造厂商
为技术开发提供支持
保障互操作性
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