EtherCAT-技术介绍

EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology1EtherCAT:介绍Beckhoff工业PCBeckhoff驱动技术BeckhoffLightbusBeckhoffTwinCATBeckhoff总线端子Beckhoff现场总线端子盒Beckhoff嵌入式控制器BeckhoffPC总线卡，交换机BeckhoffEtherCATEtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology2EtherCAT–用于控制和自动化技术的以太网EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology3EtherCAT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。EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology4EtherCAT：更快传输速率:2x100Mbaud(全双工)刷新时间:256开关量I/O：11µs1000开关量I/O分布于100节点：30µs=0.03ms200模拟量I/O(16位)：50µs,20kHz采样频率100伺服轴(每8字节IN+OUT)：100µs=0.1ms12000开关量I/O：350µsEtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology5EtherCAT：更快!I/O和驱动使用的以太网带宽Ethernetheaderdata:≥46字节CRCI/O请求及输出数据datapayload:e.g.2bit…6byte4字节22字节IPG12字节I/O输入数据及响应Ethernetheaderdata:≥46字节CRCIPG节点响应时间以太网帧:≥84字节(incl.preamble+IPGInterPacketGap)每个节点4输入字节+4输出字节:4,75%应用程序数据率at0µs每节点响应时间1,9%应用程序数据率at10µs每节点响应时间EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology6EtherCAT：更快!带宽使用比较:每节点4字节用户数据:polling/timeslicing:ca.2.5%广播(master→slaves)ca.20…30%每节点2数据位的用户数据:EtherCAT:80…97%0102030405060708090100Polling/TimesliceBroadcastEtherCATEtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology7实用原则:以太网“飞一般”通过绝对寻址，实现最小的协议头DVIIPC....优势:专门针对分布式I/O的优化报文结构完全的硬件通讯: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EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology8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!)SwitchDVIIPC....EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology9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vomMastertoMasterfromMasterEtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology10EtherCAT性能•40轴(每轴6字节输入/输出数据)•50I/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500m•EtherCAT性能:循环时间230µsat33%总线负载,报文长度77µs•比较:1个CAN帧(8字节过程数据)，在总线速率500kBit/s时:250µsEtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology13CycleTime50µs=0,05ms报文Time:7µsgrid0,02msOutputswitches@EndofFrameEtherCAT性能EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology14„慢“的控制系统同样受益现有现场总线I/O的系统结构buscyclebuscyclebuscyclebuscyclebuscyclebuscyclebuscycleTmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskI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)最慢反应时间输入(最好的情况)输入(最差的情况)EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology15„慢“的控制系统同样受益使用EtherCAT的系统结构TmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskI无需下挂总线无需要专门的主站设备buscyclebuscyclebuscyclebuscyclebuscyclebuscyclebuscycleEtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology16PLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskI„慢“的控制系统同样受益使用EtherCAT的系统结构EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology17PLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskITDMA(NIC)TEtherCATcycleTDMA(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EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology18„慢“的控制系统同样受益使用EtherCAT的反应时间PLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskOIPLCtaskI输入(最差情况)输出最差情况下反应时间输入(最佳情况)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EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology19„慢“的控制系统同样受益EtherCAT提高了系统性能无需要改变CPU，反应速度加倍EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology20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PLCdatadatanNCdataDPRAMnode1node2node3node4node1node2node3node4映射EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology21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processdataDPRAMnode1node2node3node4node1node2node3node4映射EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology22EtherCAT:映射关系移至从站设备逻辑过程映像:多达4G字节0232报文结构EthernetHDRHDR1PLCdataHDR2NCdataHDRndatanCRCPLCdatadatanNCdataSub报文1Sub报文2Sub报文nDVIIPC....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EtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology23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PCRAMPCRAM使用现场总线卡的PCControlPCIbusScannercard,DPRAMCPU使用EtherCAT的PCControlNICcard,DMAtransfercontroltaskmemcopycontroltaskDMACPUPCIbusEtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用更低易于实现成熟开放通用EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology24EtherCAT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vomMasterEtherCATframeEtherCAT:快速工业以太网接线更加灵活配置简便费用