EtherCAT (乙 おつ 太 たい 網 もう 控 ひかえ 制 せい 自動 じどう 化 か 技術 ぎじゅつ [ 1] )是 ぜ 一 いち 個 こ 開放 かいほう 架 か 構,以乙 おつ 太 たい 網 もう 為 ため 基礎 きそ 的 てき 現場 げんば 總 そう 線 せん 系統 けいとう ,其名稱 めいしょう 的 てき CAT為 ため 控 ひかえ 制 せい 自動 じどう 化 か 技術 ぎじゅつ (C ontrol A utomation T echnology)字 じ 首 くび 的 てき 縮寫 しゅくしゃ 。EtherCAT是 ぜ 確定 かくてい 性 せい 的 てき 工業 こうぎょう 以太網 もう ,最早 もはや 是 ぜ 由 よし 德 とく 國 こく 的 てき Beckhoff公司 こうし 研 とぎ 發 はつ [ 2] 。
自動 じどう 化 か 對 たい 通 どおり 訊一般會要求較短的資料更新時間(或 ある 稱 しょう 為 ため 週 しゅう 期 き 時間 じかん )、資料 しりょう 同 どう 步 ふ 時 どき 的 てき 通 どおり 訊抖动 量 りょう 低 てい ,而且硬 かた 體 からだ 的 てき 成本 なりもと 要 かなめ 低 てい ,EtherCAT開發 かいはつ 的 てき 目的 もくてき 就是讓 ゆずる 乙 おつ 太 たい 網 もう 可 か 以運用 うんよう 在 ざい 自動 じどう 化 か 應用 おうよう 中 ちゅう 。
一般工業通訊的網路各節點傳送的資料長度不長,多 た 半 はん 都 と 比 ひ 乙 おつ 太 ふと 網 もう 幀的最小 さいしょう 長 ちょう 度 ど 要 よう 小 しょう 。而每個 こ 節點 せってん 每次 まいじ 更新 こうしん 資料 しりょう 都 と 要 よう 送出 そうしゅつ 一 いち 個 こ 幀,造成 ぞうせい 頻 しき 寬 ひろし 的 てき 低 てい 利用 りよう 率 りつ ,網 もう 路 ろ 的 てき 整體 せいたい 性能 せいのう 也隨之 の 下降 かこう 。EtherCAT利用 りよう 一 いち 種 しゅ 稱 たたえ 為 ため 「飛 ひ 速 そく 傳 でん 輸」(processing on the fly)的 てき 技術 ぎじゅつ 改善 かいぜん 以上 いじょう 的 てき 問題 もんだい [ 3] 。
EtherCAT 運 うん 作動 さどう 畫 が
在 ざい EtherCAT網 もう 路 ろ 中 ちゅう ,當 とう 資料 しりょう 帧 通過 つうか EtherCAT節點 せってん 時 じ ,節點 せってん 會 かい 複製 ふくせい 資料 しりょう ,再 さい 傳送 でんそう 到 いた 下 しも 一 いち 個 こ 節點 せってん ,同時 どうじ 識別 しきべつ 對應 たいおう 此節點 てん 的 てき 資料 しりょう ,則 のり 會 かい 進行 しんこう 對應 たいおう 的 てき 處理 しょり ,若 わか 節點 せってん 需要 じゅよう 送出 そうしゅつ 資料 しりょう ,也會在 ざい 傳送 でんそう 到 いた 下 しも 一個節點的資料中插入要送出的資料[ 2]
。每 まい 個 こ 節點 せってん 接收 せっしゅう 及傳送 でんそう 資料 しりょう 的 てき 時間 じかん 少 しょう 於1微 ほろ 秒 びょう ,一般 いっぱん 而言只 ただ 用 よう 一 いち 個 こ 帧 的 てき 資料 しりょう 就可以供所有 しょゆう 的 てき 網 もう 路上 ろじょう 的 てき 節點 せってん 傳送 でんそう 及接收 せっしゅう 資料 しりょう 。
EtherCAT通 どおり 訊協定 きょうてい 是 ぜ 針 はり 對 たい 程 ほど 序 じょ 資料 しりょう 而進行 しんこう 優 ゆう 化 か ,利用 りよう 標準 ひょうじゅん 的 てき IEEE 802.3 以太網 もう 幀傳遞,Ethertype 為 ため 0x88a4。其資料 しりょう 順序 じゅんじょ 和 わ 網 もう 站上設備 せつび 的 てき 實體 じったい 順序 じゅんじょ 無關 むせき ,定 じょう 址 し 順序 じゅんじょ 也沒有限 ゆうげん 制 せい 。主 しゅ 站可以和從 したがえ 站進行 しんこう 廣 こう 播 及多 た 播等 とう 通 つう 訊。若 わか 需要 じゅよう IP路 みち 由 ゆかり ,EtherCAT通 どおり 訊協定 きょうてい 可 か 以放入 いれ UDP /IP 資料 しりょう 包 つつみ 中 ちゅう 。
EtherCAT的 てき 週 しゅう 期 き 時間 じかん 短 たん ,是 ぜ 因 いん 從 したがえ 站的微 ほろ 處理 しょり 器 き 不 ふ 需處理 しょり 乙 おつ 太 たい 網 もう 的 てき 封 ふう 包 つつみ 。所有 しょゆう 程 ほど 序 じょ 資料 しりょう 都 と 是 ぜ 由 よし 從 したがえ 站控制 せい 器 き 的 てき 硬 かた 體 たい 來 らい 處理 しょり 。此特性 せい 再 さい 配合 はいごう EtherCAT的 てき 機能 きのう 原理 げんり ,使 つかい 得 とく EtherCAT可 か 以成為 ため 高性能 こうせいのう 的 てき 分散 ぶんさん 式 しき I/O系統 けいとう :包含 ほうがん 一 いち 千 せん 個 こ 分散 ぶんさん 式 しき 數 すう 位 い 輸入 ゆにゅう /輸出 ゆしゅつ 的 てき 程 ほど 序 じょ 資料 しりょう 交換 こうかん 只 ただ 需30us[ 2] ,相當 そうとう 於在100Mbit/s的 てき 乙 おつ 太 たい 網 もう 傳 でん 輸125個 こ 位 い 元 もと 組 くみ 的 てき 資料 しりょう 。讀寫一 いち 百 ひゃく 個 こ 伺服 軸 じく 的 てき 系統 けいとう 可 か 以以10 kHz的 てき 速 そく 率 りつ 更新 こうしん ,一般 いっぱん 的 てき 更新 こうしん 速 そく 率 りつ 約 やく 為 ため 1–30 kHz,但 ただし 也可以使用 しよう 較低的 てき 更新 こうしん 速 そく 率 りつ ,以避免 めん 太 ふと 頻繁 ひんぱん 的 てき 直接 ちょくせつ 記憶 きおく 體 たい 存 そん 取 と 影響 えいきょう 主 ぬし 站個人 こじん 電腦 でんのう 的 てき 運 うん 作 さく 。
EtherCAT使用 しよう 全 ぜん 雙 そう 工 こう 的 てき 乙 おつ 太 たい 網 もう 實體 じったい 層 そう ,從 したがえ 站可能 かのう 有 ゆう 二個或二個以上的埠。若 わか 設備 せつび 沒 ぼつ 偵測到 いた 其下游 ゆう 有 ゆう 其他設備 せつび ,從 したがえ 站的控 ひかえ 制 せい 器 き 會 かい 自動 じどう 關 せき 閉對應 おう 的 てき 埠並回 かい 傳 でん 以太網 もう 幀。由 よし 於上述 じょうじゅつ 的 てき 特性 とくせい ,EtherCAT幾 いく 乎支援 しえん 所有 しょゆう 的 てき 網 もう 路 ろ 拓 ひらけ 撲 なぐ ,包括 ほうかつ 總 そう 線 せん 式 しき 、樹 き 狀 じょう 或 ある 是 ぜ 星 ほし 狀 じょう ,現場 げんば 總 そう 線 せん 常用 じょうよう 的 てき 總 そう 線 せん 式 しき 拓 ひらけ 撲 なぐ 也可以用在 ざい 以太網 もう 中 ちゅう 。
EtherCAT的 てき 拓 ひらけ 撲 なぐ 可 か 以用網 もう 路線 ろせん 、分 ぶん 枝 えだ 或 ある 是 ぜ 短 たん 線 せん (stub)作 さく 任意 にんい 的 てき 組合 くみあい 。有 ゆう 三個或三個以上以太網接口的設備就可以當作分接器,不 ふ 一定 いってい 一定 いってい 要用 ようよう 網 あみ 路 ろ 交換 こうかん 器 き 。
由 よし 於使用 しよう 100BASE-TX的 てき 以太網 もう 物理 ぶつり 層 そう ,二個設備之間的距離可以到100公 おおやけ 尺 じゃく ,一 いち 個 こ EtherCAT區 く 段 だん 的 てき 網 もう 路 ろ 最多 さいた 可 か 以有65535個 こ 設備 せつび 。若 わか EtherCAT網 もう 路 ろ 是 ぜ 使用 しよう 環狀 かんじょう 拓 ひらけ 撲 なぐ (主 しゅ 站設備 せつび 需要 じゅよう 有 ゆう 二 に 個 こ 通 どおり 訊埠),則 のり 此網路 ろ 還 かえ 有 ゆう 纜 ともづな 線 せん 冗餘的 てき 機能 きのう 。
為 ため 了 りょう 系統 けいとう 的 てき 同 どう 步 ふ ,EtherCAT協定 きょうてい 中有 ちゅうう 提供 ていきょう 分散 ぶんさん 式 しき 时钟機 き 制 せい ,即 そく 使 つかい 通 どおり 訊循環 じゅんかん 週 しゅう 期 き 有 ゆう 抖動,时钟的 てき 抖動遠 とお 小 しょう 於1µs,大約 たいやく 接近 せっきん IEEE 1588精密 せいみつ 時間 じかん 協議 きょうぎ 的 てき 標準 ひょうじゅん 。因 よし 此EtherCAT的 てき 主 しゅ 站設備 せつび 不 ふ 需針對 たい 时钟使用 しよう 特殊 とくしゅ 的 てき 硬 かた 體 からだ ,可 か 以用軟體實現 じつげん 在任 ざいにん 何 なん 標準 ひょうじゅん 的 てき 乙 おつ 太 たい 網 もう MAC,即 そく 使 つかい 沒 ぼつ 有 ゆう 特殊 とくしゅ 的 てき 通 どおり 訊協處理 しょり 器 き 也沒有 ゆう 關係 かんけい 。
標準 ひょうじゅん 建立 こんりゅう 分散 ぶんさん 式 しき 时钟的 てき 程 ほど 序 じょ 是 ぜ 由 ゆかり 主 しゅ 站送出 そうしゅつ 一特定位址的廣播訊息給所有從站來啟動。若 わか 使用 しよう 環狀 かんじょう 拓 ひらけ 撲 なぐ ,所有 しょゆう 從 したがえ 站會在 ざい 收 おさむ 到 いた 訊息時 じ 閂 かんぬき 鎖 くさり 內部時 じ 鐘 かね ,當 とう 訊息回 かい 來 らい 時 じ 會 かい 再 さい 閂 かんぬき 鎖 くさり 內部時 じ 鐘 かね 一 いち 次 じ 。主 しゅ 站會讀 かいどく 所有 しょゆう 從 したがえ 站閂鎖 くさり 的 てき 值,計算 けいさん 各個 かっこ 從 したがえ 站的延 のべ 遲 おそ 。為 ため 了 りょう 消 しょう 除 じょ 抖動的 てき 影響 えいきょう 及求得平 とくひら 均 ひとし 值,主 しゅ 站會儘可能 かのう 的 てき 多 た 次 つぎ 進行 しんこう 上述 じょうじゅつ 的 てき 程 ほど 序 じょ 。所有 しょゆう 的 てき 從 したがえ 站延遲 おそ 會 かい 依 よ 各 かく 從 したがえ 站在從 したがえ 站環狀 じょう 拓 ひらけ 撲 なぐ 的 てき 位置 いち 來 らい 計算 けいさん ,並 なみ 記錄 きろく 在 ざい 一個偏移寄存器中。最後 さいご 主 ぬし 站送出 そうしゅつ 一個讀寫系統时钟的廣播訊息,會 かい 使 し 第 だい 一個從站的時鐘為參考時鐘,其他從 したがえ 站的內部時 じ 鐘 かね 會 かい 調整 ちょうせい 到 いた 和 わ 第 だい 一 いち 個 こ 從 したがえ 站相同 どう 。
為 ため 了 りょう 在 ざい 初 はつ 始 はじめ 化 か 後 ご 保持 ほじ 時 じ 鐘 かね 的 てき 同 どう 步 ふ ,主 しゅ 站或從 したがえ 站需定期 ていき 的 てき 再 さい 送出 そうしゅつ 廣 こう 播訊號 ごう ,以計算 けいさん 各個 かっこ 從 したがえ 站內部 ぶ 時 じ 鐘 かね 的 てき 速度 そくど 差異 さい ,若 わか 有 ゆう 需要 じゅよう 時 じ ,從 したがえ 站需要 じゅよう 可 か 以調整 ちょうせい 自身 じしん 時 じ 鐘 かね 的 てき 速度 そくど ,或 ある 是 ぜ 有 ゆう 其他調整 ちょうせい 時 じ 鐘 かね 的 てき 機 き 制 せい 。
系統 けいとう 時 じ 鐘 かね 是 ぜ 一 いち 個 こ 64位 い 元 もと 的 てき 計時 けいじ 器 き ,計數 けいすう 內容是 ぜ 從 したがえ 2000年 ねん 1月 がつ 1日 にち 0點 てん 0分 ふん 開始 かいし 所 しょ 經過 けいか 的 てき 時間 じかん ,單位 たんい 是 ぜ 奈秒(ns)。
設備 せつび 行 ぎょう 規 ぶんまわし (device profile)描述應用 おうよう 需要 じゅよう 的 てき 參 まいり 數 すう 及設備 せつび 的 てき 機能 きのう 特性 とくせい ,包括 ほうかつ 可能 かのう 依 よ 設備 せつび 種類 しゅるい 而不同 ふどう 的 てき 狀態 じょうたい 機 き 。總 そう 線 せん 技術 ぎじゅつ 中 ちゅう 已 やめ 有 ゆう 許多 きょた 可 か 靠 もたれ 的 てき 設備 せつび 行 ぎょう 規 ぶんまわし ,例 れい 如I/O設備 せつび 、驅動 くどう 器 き 或 ある 閥 ばつ 等 とう 設備 せつび 。EtherCAT同時 どうじ 支援 しえん CANopen 設備 せつび 行 ぎょう 規 ぶんまわし 及Sercos 驅動 くどう 器 き 行 ぎょう 規 ぶんまわし 。從 したがえ CANopen或 ある Sercos移植 いしょく 到 いた EtherCAT時 じ ,在 ざい 應用 おうよう 觀點 かんてん 看 み 到 いた 的 てき 內容是 ぜ 一 いち 様 よう 的 てき ,也可方便 ほうべん 使用 しよう 者 しゃ 或 ある 設備 せつび 製造 せいぞう 商 しょう 的 てき 轉換 てんかん 。
EtherCAT有 ゆう 一 いち 個 こ 加 か 強的 ごうてき 協定 きょうてい 版本 はんぽん ,稱 しょう 為 ため Safety over EtherCAT,可 か 以在同 どう 一 いち 個 こ 網 もう 路上 ろじょう 進行 しんこう 機能 きのう 安全 あんぜん 相關 そうかん 的 てき 通 どおり 訊和一般的控制通訊。此安全通 ぜんつう 訊是以EtherCAT的 てき 應用 おうよう 層 そう 為 ため 基礎 きそ ,不 ふ 會 かい 影響 えいきょう 底 そこ 層 そう 的 てき 通 どおり 訊協定 きょうてい [ 4] 。Safety over EtherCAT有 ゆう 通過 つうか IEC 61508 的 てき 認證 にんしょう ,符合 ふごう 安全 あんぜん 完 かん 整 せい 性 せい 等級 とうきゅう (SIL)3的 てき 要求 ようきゅう 。自 じ 2005年 ねん 起 おこり 已 やめ 有 ゆう 使用 しよう Safety over EtherCAT的 てき 產品 さんぴん 上市 うわいち 。
EtherCAT主 しゅ 站可以用軟體,在 ざい 標準 ひょうじゅん 的 てき 乙 おつ 太 たい 網 もう MAC中 ちゅう 實現 じつげん 。許多 きょた 供應 きょうおう 商 しょう 有 ゆう 提供 ていきょう 在 ざい 不同 ふどう 作業 さぎょう 系統 けいとう 下 か 的 てき 程 ほど 式 しき 碼,也有 やゆう 許多 きょた 開源 かいげん 軟體或 ある 共 きょう 享 とおる 軟體。EtherCAT從 したがえ 站需要 じゅよう 特殊 とくしゅ 的 てき EtherCAT從 したがえ 站控制 せい 器 き ,才能 さいのう 實現 じつげん 飛 ひ 速 そく 傳 でん 輸(processing on the fly)的 てき 技術 ぎじゅつ 。EtherCAT從 したがえ 站控制 せい 器 き 可 か 以用FPGA 來 らい 實現 じつげん ,且已有 ゆう 現 げん 成 なり 的 てき 代 だい 碼,此控制 せい 器 き 也可以用ASIC 來 らい 實現 じつげん 。
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