原裝現(xiàn)貨BECKHOFF倍福IO模塊EL1002

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Safety over EtherCAT

為了實現(xiàn) EtherCAT 安全相關數(shù)據(jù)通訊，我們*開放 Safety over EtherCAT 協(xié)議。該安全協(xié)議符合 IEC 61508 標準，可達到安全集成級別（SIL）3，通過了*檢驗機構（TÜV）的認證。EtherCAT 被用作為單通道通訊系統(tǒng)。傳輸介質(zhì)是一個“黑色通道”，不包括在安全考慮范圍內(nèi)。因此，該安全協(xié)議也可通過其它通訊系統(tǒng)、干線或 WLAN 傳輸。傳輸周期可根據(jù)客戶要求縮短，不會影響殘留錯誤概率。在 Safety over EtherCAT 主站和從站之間進行的安全數(shù)據(jù)周期

換被認為是一種連接，由看門狗監(jiān)控。一個主站可以建立并監(jiān)控不同從站的多個連接。

診斷

網(wǎng)絡的診斷能力對于增強網(wǎng)絡可用性和縮短調(diào)試時間（從而降低總成本）來說非常重要。只有當錯誤被快上海勇控自動化， 文志勇，，:,速而準確地檢測出，并且清楚地指明其所在位置時，錯誤才能被及時的排除。因此，在 EtherCAT 的研發(fā)過程中，特別注重典型的診斷特征。

在試運行期間，將使用的配置檢測 I/O 端子模塊實際配置的連續(xù)性。拓撲結構也要與配置相匹配。由于內(nèi)置的拓撲結構識別直達各個端子模塊，I/O 可以在系統(tǒng)啟動時，或通過自動上裝配置時進行確認。

許多應用都需要在運行過程中改變 I/O 組態(tài)。例如，具備變更特性的加工中心、裝備傳感器的*系統(tǒng)或智能化的傳輸系統(tǒng)，靈活的工件執(zhí)行器或可單獨關閉印刷單元的印刷機等。EtherCAT 系統(tǒng)的協(xié)議結構中就考慮到了這些需求：“熱連接”功能可以將網(wǎng)絡的各個部分連在一起或斷開，或“飛速”進行重新組態(tài)，從而針對變化的組態(tài)提供了靈活的響應能力。

高可用性

可選的電纜冗余性可滿足日益增長的對提高系統(tǒng)可用性的需求，這樣無需關閉網(wǎng)絡就可以更換設備。EtherCAT 還支持帶熱待機功能的冗余主站。由于 EtherCAT 從站控制器在遇到中斷時立即將幀自動返回，設備故障不會導致整個網(wǎng)絡關閉。例如，可將電纜保護拖鏈特別配置為短棒的形式以防備斷線。

數(shù)據(jù)傳輸過程中的位錯誤可以通過評估每個設備上的 CRC 校驗碼進行檢測。除斷點檢測和定位外，通過 EtherCAT 系統(tǒng)協(xié)議，傳輸物理層和拓撲結構使得高品質(zhì)監(jiān)控每個獨立的傳輸段成為可能。通過自動分析相關錯誤計數(shù)器，可以精確定位關鍵網(wǎng)段?？蓹z測并定位 EMC 干擾、有缺陷的連接器或損壞的電纜等不斷變化的錯誤來源，即使它們尚未對網(wǎng)絡的自愈能力產(chǎn)生過度影響。

開放性

EtherCAT 技術不僅與以太網(wǎng)*兼容，而且還有特別的設計開放性特點： 該協(xié)議可與其它基于以太網(wǎng)的服務和協(xié)議并存于同一物理介質(zhì)中 － 通常只會對整個網(wǎng)絡性能有很小程度的影響。任何以太網(wǎng)設備均可通過交換機端子模塊連接至一個 EtherCAT 總線網(wǎng)段內(nèi)部，不會影響周期時間。帶現(xiàn)場總線接口的設備可通過 EtherCAT 現(xiàn)場總線主站端子模塊集成到網(wǎng)絡中。UDP 協(xié)議變體允許設備整合于任何插槽接口中。EtherCAT 是一個*開放式協(xié)議， 它已被認定為一個正式 IEC 規(guī)范（IEC/PAS62407）。 

EtherCAT 技術組織

EtherCAT 技術組織（ETG）是一個自動化用戶和生產(chǎn)廠商的協(xié)會組織，旨在為 EtherCAT 技術的開發(fā)提供支持。該協(xié)會代表著廣泛的行業(yè)和應用領域。這樣就確保了 EtherCAT 技術功能和接口以*方式用于多種應用領域。該組織可以確保將 EtherCAT 輕松而經(jīng)濟有效地集成到大量自動化設備中，并可保證設備的互操作性。EtherCAT 技術組織（ETG）是正式的 IEC 合作組織中現(xiàn)場總線標準化的成員。成員資格面對所有公司開放。

運行原理

目前有多種用于提供實時能力的以太網(wǎng)方案： 例如，通過較高級的協(xié)議層禁止 CSMA/CD 存取過程，并使用時間分片或輪詢技術來取代它。其它方案使用交換機，并采用精確的時間控制方式分配以太網(wǎng)報文。盡管這些解決方案能夠比較快和準確地將數(shù)據(jù)包傳送到所連接的以太網(wǎng)節(jié)點，但帶寬的利用率卻很低，特別是對于典型的自動化設備，因為即使是對于非常小的數(shù)據(jù)量，也必須要發(fā)送一個完整的以太網(wǎng)幀。而且，重新定向到輸出或驅動控制器以及讀取輸入數(shù)據(jù)所需的時間主要取決于執(zhí)行方式。通常也需要使用一條子總線，特別是在模塊化 I/O 系統(tǒng)中，這些系統(tǒng)與 Beckhoff K-bus 一樣，通過同步子總線系統(tǒng)加快傳輸速度，盡管如此，這樣的同步還是無法避免通訊總線傳輸?shù)难舆t。

通過采用 EtherCAT 技術，Beckhoff 突破了其它以太網(wǎng)解決方案的這些系統(tǒng)限制： 不必再像從前那樣在每個連接點接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后進行解碼并復制過程數(shù)據(jù)。當幀通過每一個設備（直達 I/O 端子模塊）時，EtherCAT 從站控制器讀取與該設備相關的數(shù)據(jù)。同樣，輸入數(shù)據(jù)可以飛速插入至數(shù)據(jù)流中。幀被傳遞（僅被延遲幾位）過去的時候，從站會識別出相關命令，并進行相應處理。此過程是在從站控制器中通過硬件實現(xiàn)的，因此與協(xié)議堆棧軟件的 Run-Time 系統(tǒng)或處理器性能無關。網(wǎng)段中的zui后一個 EtherCAT 從站將經(jīng)過充分處理的報文發(fā)回，這樣該報文就作為一種響應報文由*個從站返回到主站。

從以太網(wǎng)的角度看，Ether¬CAT 總線網(wǎng)段是一個可接收和發(fā)送以太網(wǎng)幀的大型以太網(wǎng)設備。但是，該“設備“不包含帶下游微處理器的單個以太網(wǎng)控制器，而只包含大量的 EtherCAT 從站。與其它任何以太網(wǎng)設備一樣，EtherCAT 不需要通過交換機就可以建立通訊，因而產(chǎn)生一個純粹的 EtherCAT 系統(tǒng)。

 以太網(wǎng)直達端子模塊

以太網(wǎng)系統(tǒng)直達系統(tǒng)中的每個設備，即直達每個 I/O 端子模塊；無需使用子總線。只需將耦合器的傳輸介質(zhì)由雙絞線（100BASE-TX）轉換為 E-bus 總線即可滿足電子端子排的要求。端子排內(nèi)的 E-bus 信號類型（LVDS）并不是的，它還可用于 10 千兆位以太網(wǎng)。在端子排末端，物理總線特性被轉換回 100BASE-TX 標準。

標準以太網(wǎng) MAC 或便宜的標準網(wǎng)卡（NIC）足以作為控制器中的硬件使用。DMA（直接存儲器存?。┯糜趯?shù)據(jù)傳輸?shù)?/span> PC。這意味著網(wǎng)絡訪問對 CPU 性能沒有影響。在 Beckhoff 多端口卡中運用了相同的原理，它在一個 PCI 插槽中捆綁zui多 4 個以太網(wǎng)通道。

 協(xié)議

EtherCAT 協(xié)議針對過程數(shù)據(jù)進行了優(yōu)化，它被直接傳送到以太網(wǎng)幀，或被壓縮到 UDP/IP 報文中。UDP 協(xié)議在其它子網(wǎng)中的 EtherCAT 網(wǎng)段由路由器進行尋址的情況下使用。以太網(wǎng)幀可能包含若干個 EtherCAT 報文，每個報文專門用于特定存儲區(qū)域，該存儲區(qū)域可編制大小達 4GB 的邏輯過程鏡像。由于數(shù)據(jù)鏈獨立于網(wǎng)絡中 EtherCAT 端子模塊的物理順序；可進行任意尋址。從站之間可進行廣播、多點傳送和通訊。

該協(xié)議還可處理通常為非循環(huán)的參數(shù)通訊。參數(shù)的結構和含義通過 CANopen 設備行規(guī)進行設定，這些設備行規(guī)用于各種設備類別和應用。EtherCAT 還支持符合 IEC61491 標準的從屬行規(guī)。該行規(guī)以 SERCOS 命名，獲得運動控制應用領域的普遍認可。

除了符合主站/從站原理的數(shù)據(jù)交換外，EtherCAT 還非常適用于控制器之間（主站/主站）的通訊。可自由尋址的過程數(shù)據(jù)網(wǎng)絡變量以及各種參數(shù)化、診斷、編程和遠程控制服務，可以滿足眾多要求。用于主站/從站和主站/主站通訊的數(shù)據(jù)接口是相同的。

 性能

EtherCAT 在網(wǎng)絡性能上達到了一個新的高度。1000 個分布式 I/O 數(shù)據(jù)的刷新時間僅為 30μs － 其中包括端子模塊周期時間。通過一個以太網(wǎng)幀，可以交換高達 1486 字節(jié)的過程數(shù)據(jù)，幾乎相當于 12000 個數(shù)字量 I/O。而這一數(shù)據(jù)量的傳輸僅用 300 μs。

與 100 個伺服軸的通訊只需 100 μs。在此期間，可以向所有軸提供設置值和控制數(shù)據(jù)，并報告它們的實際位置和狀態(tài)。分布式時鐘技術保證了這些軸之間的同步抖動小于 1 微秒。

利用 EtherCAT 技術的優(yōu)異性能，可以實現(xiàn)用傳統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的控制方法。這樣，通過總線也可以形成超高速控制回路。以前需要本地硬件支持的功能現(xiàn)在可在軟件中加以映射。巨大的帶寬資源使狀態(tài)數(shù)據(jù)與任何數(shù)據(jù)可并行傳輸。EtherCAT 技術使得通訊技術與現(xiàn)代高性能的工業(yè) PC 相匹配。總線系統(tǒng)不再是控制理念的“瓶頸”。分布式 I/O 的數(shù)據(jù)傳遞超過了只能由本地 I/O 接口才能實現(xiàn)的性能。

這種網(wǎng)絡性能優(yōu)勢在有相對中等計算能力的小型控制器中較為明顯。EtherCAT 循環(huán)速度如此之快，使得它可以在兩個控制周期之間完成。因此，控制器總有可用的輸入數(shù)據(jù)，輸出編址的延遲zui小。在無需增強本身計算能力的基礎上，控制器的響應行為得到顯著改善。

EtherCAT 技術的原理具備擴展性，不束縛于 100M 帶寬 – 擴展至 Gbit 的以太網(wǎng)也是可能的。

 EtherCAT 替代 PCI

隨著 PC 組件小型化的加速發(fā)展，工業(yè) PC 的體積主要取決于所需要的插槽數(shù)目。高速以太網(wǎng)帶寬以及 EtherCAT 通訊硬件（EtherCAT 從站控制器）數(shù)據(jù)帶寬的利用，開辟了新的應用可能性： 通常位于工業(yè) PC 中的接口被轉移到 EtherCAT 系統(tǒng)中的智能化接口端子模塊上。除分布式 I/O、軸和控制單元外，現(xiàn)場總線主站、高速串行接口、網(wǎng)關及其它通訊接口等復雜系統(tǒng)可以通過 PC 上的一個以太網(wǎng)端口進行尋址。甚至對無協(xié)議變體限制的其它以太網(wǎng)設備也可通過分布式交換機端子模塊進行連接。工業(yè) PC 主機體積越來越小，成本也越來越低，一個以太網(wǎng)接口足以應對所有的通訊任務。

技術亮點

·         以太網(wǎng)直達端子模塊 – 具有*連續(xù)性

·         以太網(wǎng)過程接口可從 2 位擴展到 64 kB

·         *款真正的現(xiàn)場級以太網(wǎng)解決方案

 性能

·         12 μs 內(nèi) 256 個數(shù)字量 I/O

·         30 μs 內(nèi) 1000 個數(shù)字量 I/O

·         50 μs 內(nèi) 200 個模擬量 I/O（16 位），相當于 20 kHz 采樣率

·         100 μs 內(nèi) 100 個伺服軸

·         350 μs 內(nèi) 12,000 個數(shù)字量 I/O

·         流通量：10 kbyte/ms，分配給 1500 個設備

 拓撲結構

·         總線形、樹形或星形拓撲結構

·         可容納多達 65,535 個設備

·         網(wǎng)絡規(guī)模：幾乎無限（> 500 km）

·         有無交換機均可運行

·         經(jīng)濟高效的電纜敷設：標準以太網(wǎng)連接電纜（CAT5）

·         雙絞線電纜物理層：

·         以太網(wǎng) 100base-TX，兩個設備之間zui大距離為100 m

·         選項：光纜長度有 50 至 2000 m 可選

·         支持總線網(wǎng)段的熱插拔

 地址空間

·         網(wǎng)絡范圍的過程映像：4 Gbyte

·         設備過程映像：2 位至 64 kbyte

·         地址分配：可自由組態(tài)

·         設備地址選擇：通過軟件自動進行

 協(xié)議

·         直接內(nèi)置于以太網(wǎng)幀內(nèi)的優(yōu)化協(xié)議

·         *由硬件實現(xiàn)

·         用于路由和接口：UDP 數(shù)據(jù)報文

·         傳遞時進行處理

·         用于精確同步的分布式時鐘

·         時間戳數(shù)據(jù)類型，用于納秒范圍內(nèi)的分辨率

·         用于高分辨率測量的過采樣數(shù)據(jù)類型

 診斷

·         斷點檢測

·         連續(xù)的“線路質(zhì)量”測量能夠精確定位傳輸故障

接口

·         用于標準以太網(wǎng)設備的交換機端子模塊

·         用于現(xiàn)場總線設備的現(xiàn)場總線端子模塊

·         分布式串行接口

·         通訊網(wǎng)關

 開放性

·         與以太網(wǎng)*兼容

·         可以通過交換機和路由器運行

·         可以與其它協(xié)議混合運行

·         互聯(lián)網(wǎng)技術（Web 服務器、FTP 等）

·         可與現(xiàn)有的總線端子模塊系列兼容

·         協(xié)議*公開

·         EtherCAT 是 IEC 技術規(guī)范

EtherCAT 技術組織

·         公司組織

·         包括用戶和制造廠商

·         為技術開發(fā)提供支持

·         保障互操作性

·         整合設備行規(guī)

• 拓撲結構
• 總線形、樹形或星型： EtherCAT 支持幾乎所有拓撲結構。因此，源于現(xiàn)場總線的總線形結構也可用于以太網(wǎng)。將總線和分支結構相結合特別有助于系統(tǒng)布線。所需的接口都位于耦合器上，無需使用附加交換機。當然，也可以使用傳統(tǒng)的基于交換機的星型以太網(wǎng)拓撲結構。
• 選用不同的傳輸電纜可以zui大限度地發(fā)揮布線的靈活性。靈活而價格低廉的標準以太網(wǎng)插接電纜可通過以太網(wǎng)模式（100baseTX）或通過 E-bus 來傳輸信號，兩臺設備之間的距離zui遠可達 100 m。以太網(wǎng)帶寬（如不同的光纜及銅纜）可以結合交換機或媒介轉換器使用。對于每種電纜間距，信號變量可以單獨選擇。EtherCAT 系統(tǒng)zui多可容納 65535 個設備，因此整個網(wǎng)絡規(guī)模幾乎是無限制的。
•  
• 分布式時鐘
• 精確同步在廣泛要求同時動作的分布過程中顯得尤為重要，如幾個伺服軸在執(zhí)行同時聯(lián)動任務時。
• 分布時鐘的精確校準是同步的zui有效解決方案。相反地，如果采用*同步，當通訊出現(xiàn)錯誤時，同步數(shù)據(jù)的品質(zhì)將受到很大影響，在通訊系統(tǒng)中，分步式校準時鐘在某種程度上具備錯誤延遲的容錯性。在 EtherCAT 中，數(shù)據(jù)交換*基于純粹的硬件設備。由于通訊利用了邏輯環(huán)網(wǎng)結構和全雙工快速以太網(wǎng)而又有實際環(huán)網(wǎng)結構，“主站時鐘”可以簡單而精確地確定對每個“從站時鐘”的運行補償，反之亦然。分布時鐘基于該值進行調(diào)整，這意味著它可以在網(wǎng)絡范圍內(nèi)提供信號抖動小于 1 微秒的、非常精確的時鐘基。
• 然而，高分辨率分布時鐘不僅可用于同步，而且也可以提供數(shù)據(jù)采集時本地時間的精確信息。由于引進新的擴展數(shù)據(jù)類型，被測量值可被分配以非常精確的時間戳。