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TMC中控制自动化技术的以太网

EtherCAT是I/O级别的实时以太网。该技术被普遍选用,已经变成自动化的开放标准。因其具备灵活的拓扑结构,所以具备很高的设计方案自由度,并且减少了电缆总数和常见故障隐患。

一.什么是EtherCAT?

EtherCAT(控制自动化技术的以太网)是Beckhoff于2003年开发的实时以太网。开放标准现由TRINAMIC Motion Control的成员EtherCAT技术小组(ETG)管理。Beckhoff的原始代码保持不变,准许设备应用主/从原理互相通信,进而完成迅速,动态的通信结构。由于数据应用与以太网相同的格式,因而能够将其直接连接到以太网。无需指定的路由器或交换机。

二.Beckhoff从站堆栈代码

通过应用原始的Beckhoff从站堆栈代码,EtherCAT从站控制器和模块能够轻松地与全部其他EtherCAT设备进行通信。由EtherCAT基金会证明和认证。

 

三.为什么EtherCAT如此受欢迎?

首先,EtherCAT极其快。它应用双绞线或光缆在30μs内处理1000个分布式I/O信号,在100μs内处理100个轴的100个I/O信号,进而为实时性能设置了新的极限。如此高的速度使EtherCAT已经变成自动化,工业物联网(IIoT)和其他需要实时优化的应用的理想取舍。

其次,这是一个普遍选用的开放标准。通过现场总线或无线连接的设备逐渐增多,而EtherCAT是完成此目的的首推技术之一。这代表着您能够应用Beckhoff的EtherCAT-IP通过相同的接口进行通讯,进而提供多种产品供您取舍。

第三,建立到最后。应用成熟的以太网电缆,EtherCAT终端能够在-25°C至+60°C的温度范围内运行,并且Trinamic的EtherCAT运动控制器甚至能够满足-40°C至125°C的汽车级温度规格。

投资符合EtherCAT标准的产品代表着要在未来进行投资-这就是为什么TRINAMICMotionControl开发具备EtherCAT协议栈的电机和运动控制IC方便应用的产品的原因。

 

四.EtherCAT的主/从基本原理

EtherCAT主站通常情况下在具备以太网MAC的标准规定或嵌入式计算机上作为软件解决方案实现。唯有主站能够使用EtherCAT帧主动创建一个包,其中每帧最多包括1518字节的数据,并将其向下游发送到从站。除了比如SOEM(简单开放EtherCAT主站)这类的开放式EtherCAT主站执行之外,超出100家企业提供了广泛的通用或专用主EtherCAT产品。

除了在标准规定以太网设备中,EtherCAT从站以十分严谨的时序标准实时处理帧-它们获取数据并将自身的信息内容添加到经过的同一帧中。这样做需用EtherCAT从控制器中的专用硬件。简单的从设备无需额外的微控制器,而更复杂的设备则需用处理器来处理协议和应用代码。EtherCAT?工艺框架的独有方式使其成为最快的工业以太网技术;还没有其他技术能够超过EtherCAT的带宽利用率或相对应的性能。

 

五.功能原理

EtherCAT主站编写电报并将其向下游发送到全部从站。当数据经过网络中的各个节点时,从属设备读取该帧并向其中添加数据,同一时间检查是否在下游还存有另一个从属设备。倘若网络段中的最后一个节点检测到开放端口,则它将立刻知道不再有要发送电报的设备。从站将根据预定义的拓扑将电报返还给EtherCAT主站。

基于数据是动态处理的,因此当从属设备获取数据或将数据添加到帧时,帧不会停止移动。唯有硬件传播延迟时间才会延迟数据,接收帧和发送帧之间的端口到端口延迟为1μs。通常情况下,主设备使用以太网技术的全双工在发送和接收电报之间唯有几纳秒的延迟。

倘若数据不是太大,则能够使用一个电报来传达整个网络需用处理的全部数据。换句话说,EtherCAT主站不必为网络中的各个从站创建新的软件包,从而节省了时间并消除了对集中式I/O的需求。此外,各个EtherCAT从站都经过硬件并非软件开展通信。这为实时关键任务留下了更多的计算能力,并确保了稳定的性能以及与网络中全部其他EtherCAT设备的完全兼容性。当网络仅由EtherCAT设备组成时,也无需交换机,这意味着还没有额外的时间延迟,也没有建立基础架构的额外成本。

 

.拓扑结构

EtherCAT基于以太网的物理层。数据报能够 应用全双工输送,这代表着连接是经过每一个端口均有缓冲区的交换机开展的。应用有着一个,两个或众多端口的EtherCAT从设备,各种拓扑都有可能的,比如简易的线形,星形或树形拓扑。一个单一的EtherCAT网络顶多可支持65,535个设备,而对拓扑结构没有局限。

因为物理层是以太网,所以无需特别的电缆,也无需交叉。这代表着您将无需在网格中心开展额外的连接,如您所观,如图所示。建立此电缆冗余可最大程度地减少故障隐患。

网络或分支网段中的每一个EtherCAT从站控制器都是会自动检测是否存有下游设备,并开启或关闭对应的端口。链中的最后一个设备经过关闭其端口将数据包返还给发送方,全部其它接收到从帧返还到主节点的帧的从节点将忽略该数据包,仅仅是让其经过。

同步化

每次分布式应用程序想要及时的同步动作(比如众多伺服轴完全同时启动或停止)时,EtherCAT的分布式时钟系统就会发挥作用。

分布式时钟机制同步全部从设备的时钟,导致偏差小于1μs。这些同步时钟导致网络的轴同步到微秒,即使通信周期抖动增加,抖动也非常低。

  • TRINAMIC的EtherCAT产品

1.TMC8467-BA

TMC8461是完整的EtherCAT®从控制器,针对实时进行了优化。它包含EtherCAT从站所需的所有模块,包括两个开关稳压器电源和适用于工业环境的35V高压I / O。

  1. TMCM-1310

TMCM-1310是全封闭单轴步进控制单元,适用于需要高可靠性和动态特性的所有应用。该设备由Trinamic StallGuard2™,CoolStep™和SpreadCycle™斩波器技术驱动。TMCM-1310能够从每个输出驱动高达4.3A的电流(带有适当的散热片)。设计用于9 … 51V的工作电压。该设备提供USB,EtherCAT和编码器接口。集成协议处理器通过EtherCAT通信提供高级CANopen。您只需要入门电源和Trinamic的免费且易于使用的TMCL-IDE。该图形用户界面允许快速设置并支持在直接模式下使用命令,监视以图形方式可视化的实时行为以及记录和存储数据。

  1. TMCM-6213

TMCM-6213是六轴步进电机控制器/驱动器模块,用于无传感器负载相关电流控制。该设备由Trinamic StallGuard2™,CoolStep™,SpreadCycle™,StealthChop™和DcStep™技术驱动,并具有SixPoint™斜坡发生器。TMCM-6213能够从每个输出驱动高达1.5A的峰值电流(带有适当的散热片)。设计用于11 … 35V的工作电压。该设备提供USB,EtherCAT和6个编码器接口。集成协议处理器通过EtherCAT通信提供高级CANopen。

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