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何为IO-Link?
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新型且简易,独立于现场总线的开放式标准通信接口
是串行双向点对点的连接,而不是另一种新的总线系统
无缝“接入”二进制信号接口。可以通过串行协议传输I/O数据
百分百兼容现有的连接方式,能使用现有的现场总线通讯平台
巴鲁夫IO-Link的优势
我们的IO-Link产品适用于不同场合的通讯,和所有工作原理百分比兼容,因此我们的IO-Link解决方案能改进整套工作系统。巴鲁夫是IO-Link协会的会员,长期参与协会活动。凭借IO-Link的技术优势,我们致力于探索IO-Link技术的无限可能性并将其推广至全球。
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能为您节省15%-20%的费用
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能可视化传感器/设备的工作情况
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减少停机、消除信号延迟
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简化故障排除、提升诊断性能
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提供状态监测,预防意料外的停机
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无需人工配置设备、传感器或模拟量接线
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安装简便
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最大化机器可用性
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最多可提供496个IO节点
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使您的升级改造更简单
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诊断
参数设置
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线缆安装:3芯非屏蔽标准线缆,IO-Link端口,24 V数字信号
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电缆轨道上的应用:可使用更短、更轻薄的线缆,线缆更耐用,线缆更轻薄、灵活度更强
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网络连接:网络节点更少,使用低成本的集线盒将传感器接入节点 , 降低总体费用
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无需额外接线,便能实现全方位诊断
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根据设备状态和自身需求进行维护保养
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通讯的监控以及诊断功能可以显示设备的可用性
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方便且自由度高:通过远程控制系统集中式存储并管理数据
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总线IO模块-批发价格-优质货源-百度爱采购
O模块-批发价格-优质货源-百度爱采购 正在一文看懂EtherCAT总线控制 - 知乎
一文看懂EtherCAT总线控制 - 知乎首发于华山经验切换模式写文章登录/注册一文看懂EtherCAT总线控制华山自控编程粉丝好礼!关注送入门教程大家好,我是华山自控编程的朱老师。今天给大家介绍一种前沿的运动控制技术——EtherCAT总线控制。作为近年来非常受欢迎的一种运动控制方式, 那么EtherCAT总线控制究竟有哪些优势呢?我主要列举以下三点:传输速度特别快。在以太网控制协议中,EtherCAT总线控制协议是传输速度最快的。设备集成与拓展非常方便。所有支持EtherCAT总线控制的驱动器,IO模块等设备都可以纳入到EtherCAT总线控制的系统中。接线简化,成本降低。EtherCAT总线控制给我们的接线带来极大的方便,使得我们的接线工作大为简化。只需要一根网线从EtherCAT总线控制卡连接到驱动器和IO模块等设备上,外围的IO输入输出等接线都直接接在驱动器上或者是接在总线模块IO模块上,这样就大大降低我们的接线成本。下面,我将介绍EtherCAT总线控制系统的配置、接线和编程方式。首先我们看一下EtherCAT的系统配置(如上图所示)。以固高的EtherCAT总线控制卡为例,它可以连接伺服驱动器、步进驱动器及其他支持EtherCAT总线控制的设备。这种拓展方式非常方便,只需要一根网线连接到EtherCAT总线控制卡即可。同时,Glink总线可以用来控制数字量和模拟量的输入输出,比如电磁阀、指示灯等。下图是我们的EtherCAT控制系统的一个实际接线,只需要将网线从EtherCAT控制卡的接口连接到EtherCAT驱动器即可。驱动器可以连接到下一个驱动器,同时驱动器连接到我们的伺服电机和编码器。我们的专用IO信号可以连接在总线驱动器上的IO端口,包括原点信号、限位信号等。总线驱动器可以就地连接我们的电机平台,总线IO模块也可以就近连接电磁阀,传感器等,从而大大简化了接线,有利于设备的不断拓展。EtherCAT控制卡的编程方式大体上与通用控制卡相似,初始化控制卡,原点获取,专用IO信号读取 等方面稍有区别,熟悉通用控制卡编程的话,入手总线控制卡编程也就不难了。EtherCAT总线控制作为一种高性能、高可靠性的运动控制方式,越来越受到工业自动化领域的重视。对于想要深入了解控制系统技术的工程师来说,掌握EtherCAT总线控制技术是非常有必要的。希望这篇文章能够帮助你了解EtherCAT总线控制的基础知识,如果你对此有更深入的问题,欢迎在下方评论区提问, 需要EtherCAT总线控制相关资料的同学,请留言并关注我。发布于 2023-03-20 14:35・IP 属地广东EtherCAT 总线驱动器PLC电气自动化赞同 4添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录华山经验专注解决电气工程师发展瓶颈,零基础学习上位
EtherCAT - 以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术教程 - 知乎
EtherCAT - 以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术教程 - 知乎首发于IT技术专栏切换模式写文章登录/注册EtherCAT - 以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术教程iiidd777IT技术分享及教程EtherCAT - 以太网现场总线本文深入阐述了基于以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术。EtherCAT为现场总线技术领域树立了新的性能标准,具备灵活的网络拓扑结构,系统配置简单,和现场总线系统一样操作直观简便。另外,由于EtherCAT实施的成本低廉,因此使系统得以在过去无法应用现场总线网络的场合中选用该现场总线。1. 引言1.1 以太网和实时能力2. EtherCAT 运行原理3. EtherCAT 技术特征3.1 协议3.2 拓扑3.3 分布时钟3.4 性能3.5 诊断3.6 高可靠性3.7 安全性3.8 EtherCAT 取代PCI3.9 设备行规3.9.1 EtherCAT实现CAN总线应用层协议 (CoE)3.9.2 EtherCAT实现伺服驱动设备行规IEC61491 (SoE)3.10 EtherCAT实现以太网(EoE)3.11 EtherCAT实现文件读取(FoE)3.12 ADS over EtherCAT (AoE)4. 基础设施成本5. EtherCAT 实施5.1 主站5.1.1 主站实施服务5.1.2 主站样本代码5.2 从站5.2.1 EtherCAT Slave Controller5.2.2 从站评估工具包6. 小结7. 参考文献1. 引言页首现场总线已成为自动化技术的集成组件,通过大量的实践试验和测试,如今已获得广泛应用。正是由于现场总线技术的普及,才使基于PC的控制系统得以广泛应用。然而,虽然控制器CPU的性能(尤其是IPC的性能)发展迅猛,但传统的现场总线系统正日趋成为控制系统性能发展的“瓶颈”。急需技术革新的另一个因素则是由于传统的解决方案并不十分理想。传统的方案是,按层划分的控制体系通常都由几个辅助系统所组成(周期系统):即实际控制任务、现场总线系统、I/O系统中的本地扩展总线或外围设备的简单本地固件周期。正常情况下,系统响应时间是控制器周期时间的3-5倍。 在现场总线系统之上的层面(即网络控制器)中,以太网往往在某种程度上代表着技术发展的水平。该方面目前较新的技术是驱动或I/O级的应用,即过去普遍采用现场总线系统的这些领域。这些应用类型要求系统具备良好的实时能力、适应小数据量通讯,并且价格经济。EtherCAT可以满足这些需求,并且还可以在I/O级实现因特网技术 (参见图1)。图1: 传统现场总线系统响应时间在现场总线系统 之上的层面(即网络控制器)中,以太网往往在某种程度上代表着技术发展的水平。该方面目前较新的技术是驱动或I/O级的应用,即过去普遍采用现场总线系统的这些领域。这些应用类型要求系统具备良好的实时能力、适应小数据量通讯,并且价格经济。EtherCAT可以满足这些需求,并且还可以在I/O级实现因特网技术。1.1 以太网和实时能力目前,有许多方案力求实现以太网的实时能力。例如,CSMA/CD介质存取过程方案,即禁止高层协议访问过程,而由时间片或轮循方式所取代的一种解决方案;另一种解决方案则是通过专用交换机精确控制时间的方式来分配以太网包。这些方案虽然可以在某种程度上快速准确地将数据包传送给所连接的以太网节点,但是,输出或驱动控制器重定向所需要的时间以及读取输入数据所需要的时间都要受制于具体的实现方式。如果将单个以太网 帧用于每个设备,那么,理论上讲,其可用数据率非常低。例如,最短的以太网帧为84字节(包括内部的包间隔IPG)。如果一个驱动器周期性地发送4字节的实际值和状态信息,并相应地同时接收4字节的命令值和控制字信息,那么,即便是总线负荷为100%(即:无限小的驱动响应时间)时,其可用数据率也只能达到4/84= 4.8%。如果按照10 µs的平均响应时间估计,则速率将下降到1.9%。对所有发送以太网 帧到每个设备(或期望帧来自每个设备)的实时以太网方式而言,都存在这些限制,但以太网帧内部所使用的协议则是例外。2. EtherCAT 运行原理页首EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制:通过该项技术,无需接收以太网数据包,将其解码,之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时读取相应的编址数据,同样,输入数据也是在报文经过时插入至报文中(参见图2)。整个过程中,报文只有几纳秒的时间延迟。图 2: 过程数据插入至报文中由于发送和接收的以太网帧压缩了大量的设备数据,所以有效数据率可达90%以上。100 Mb/s TX的全双工特性完全得以利用,因此,有效数据率可 大于100 Mb/s(即大于2 x 100 Mb/s的90%)(参见图3)。图 3: 带宽利用率的比较符合IEEE 802.3标准的以太网协议无需附加任何总线即可访问各个设备。耦合设备中的物理层可以将双绞线或光纤转换为LVDS(一种可供选择的以太网物理层标准[4,5]),以满足电子端子块等模块化设备的需求。这样,就可以非常经济地对模块化设备进行扩展了。之后,便可以如普通以太网一样,随时进行从底板物理层LVDS到100 Mb/s TX物理层的转换。3. EtherCAT 技术特征页首3.1 协议EtherCAT是用于过程数据的优化协议,凭借特殊的以太网类型,它可以在以太网帧内直接传送。EtherCAT帧可包括几个EtherCAT报文,每个报文都服务于一块逻辑过程映像区的特定内存区域,该区域最大可达4GB字节。数据顺序不依赖于网络中以太网端子的物理顺序,可任意编址。从站之间的广播、多播和通讯均得以实现。当需要实现最佳性能,且要求EtherCAT组件和控制器在同一子网操作时,则直接以太网帧传输就将派上用场。然而,EtherCAT不仅限于单个子网的应用。EtherCAT UDP将EtherCAT协议封装为UDP/IP数据报文(参见图4),这就意味着,任何以太网协议堆栈的控制均可编址到EtherCAT系统之中,甚至通讯还可以通过路由器跨接到其它子网中。显然,在这种变体结构中,系统性能取决于控制的实时特性和以太网协议的实现方式。因为UDP数据报文仅在第一个站才完成解包,所以EtherCAT网络自身的响应时间基本不受影响。图 4: EtherCAT:符合IEEE 802.3 [3]的标准帧另外,根据主/从数据交换原理,EtherCAT也非常适合控制器之间(主/从)的通讯。自由编址的网络变量可用于过程数据以及参数、诊断、编程和各种远程控制服务,满足广泛的应用需求。主站/从站与主站/主站之间的数据通讯接口也相同。从站到从站的通讯则有两种机制以供选择。一种机制是,上游设备和下游设备可以在同一周期内实现通讯,速度非常快。由于这种方法与拓扑结构相关,因此适用于由设备架构设计所决定的从站到从站的通讯,如打印或包装应用等。而对于自由配置的从站到从站的通讯,则可以采用第二种机制—数据通过主站进行中继。这种机制需要两个周期才能完成,但由于EtherCAT的性能非常卓越,因此该过程耗时仍然快于采用其他方法所耗费的时间。按照文献[3]所述,EtherCAT仅使用标准的以太网帧,无任何压缩。因此,EtherCAT 以太网帧可以通过任何以太网MAC发送,并可以使用标准工具(如:监视器)。3.2 拓扑EtherCAT几乎支持任何拓扑类型,包括线型、树型、星型等(参见图5)。通过现场总线而得名的总线结构或线型结构也可用于以太网,并且不受限于级联交换机或集线器的数量。图 5: 灵活的拓扑结构:线型、树型或星型拓扑最有效的系统连线方法是对线型、分支或树叉结构进行拓扑组合。因为所需接口在I/O 模块等很多设备中都已存在,所以无需附加交换机。当然,仍然可以使用传统的、基于以太网的星型拓扑结构。还可以选择不同的电缆以提升连线的灵活性:灵活、经济的标准超五类以太网电缆可采用100BASE-TX模式传送信号;塑封光纤(PFO)则可用于特殊应用场合;还可通过交换机或介质转换器实现不同以太网连线(如:不同的光纤和铜电缆)的完整组合。快速以太网的物理层(100BASE-TX )允许两个设备之间的最大电缆长度为100米。由于连接的设备数量可高达65535,因此,网络的容量几乎没有限制。3.3. 分布时钟精确同步对于同时动作的分布式过程而言尤为重要。例如,几个伺服轴同时执行协调运动时,便是如此。最有效的同步方法是精确排列分布时钟(请参阅IEEE 1588标准[6])。与完全同步通讯中通讯出现故障会立刻影响同步品质的情况相比,分布排列的时钟对于通讯系统中可能存在的相关故障延迟具有极好的容错性。采用EtherCAT,数据交换就完全基于纯硬件机制。由于通讯采用了逻辑环结构 (借助于全双工快速以太网的物理层),主站时钟可以简单、精确地确定各个从站时钟传播的延迟偏移,反之亦然。分布时钟均基于该值进行调整,这意味着可以在网络范围内使用非常精确的、小于1 微秒的、确定性的同步误差时间基(参见图6)。而跨接工厂等外部同步则可以基于IEEE 1588 标准。图 6: 同步性与一致性:相距电缆长度为有120米的两个分布系统,带有300个节点的示波器比较此外,高分辨率的分布时钟不仅可以用于同步,还可以提供数据采集的本地时间精确信息。当采样时间非常短暂时,即使是出现一个很小的位置测量瞬时同步偏差,也会导致速度计算出现较大的阶跃变化,例如,运动控制器通过顺序检测的位置计算速度便是如此。而在EtherCAT中,引入时间戳数据类型作为一个逻辑扩展,以太网所提供的巨大带宽使得高分辨率的系统时间得以与测量值进行链接。这样,速度的精确计算就不再受到通讯系统的同步误差值影响,其精度要高于基于自由同步误差的通讯测量技术。3.4 性能EtherCAT使网络性能达到了一个新境界。借助于从站硬件集成和网络控制器主站的直接内存存取,整个协议的处理过程都在硬件中得以实现,因此,完全独立于协议堆栈的实时运行系统、CPU 性能或软件实现方式。1000个I/O的更新时间只需30 µs,其中还包括I/O周期时间(参见表1)。单个以太网帧最多可进行1486字节的过程数据交换,几乎相当于12000个数字输入和输出,而传送这些数据耗时仅为300 µs。表 1: EtherCAT性能概貌100个伺服轴的通讯也非常快速:可在每100µs中更新带有命令值和控制数据的所有轴的实际位置及状态,分布时钟技术使轴的同步偏差小于1微秒。而即使是在保证这种性能的情况下,带宽仍足以实现异步通讯,如TCP/IP、下载参数或上载诊断数据。超高性能的EtherCAT技术可以实现传统的现场总线系统无法迄及的控制理念。EtherCAT使通讯技术和现代工业PC所具有的超强计算能力相适应,总线系统不再是控制理念的瓶颈,分布式I/O可能比大多数本地I/O接口运行速度更快。EtherCAT技术原理具有可塑性,并不束缚于100 M bps的通讯速率,甚至有可能扩展为1000 M bps的以太网。 3.5 诊断现场总线系统的实际应用经验表明,有效性和试运行时间关键取决于诊断能力。只有快速而准确地检测出故障,并明确标明其所在位置,才能快速排除故障。因此,在EtherCAT的研发过程中,特别注重强化诊断特征。试运行期间,驱动或I/O 端子等节点的实际配置需要与指定的配置进行匹配性检查,拓扑结构也需要与配置相匹配。由于整合的拓扑识别过程已延伸至各个端子,因此,这种检查不仅可以在系统启动期间进行,也可以在网络自动读取时进行(配置上载)。可以通过评估CRC校验,有效检测出数据传送期间的位故障——32 位CRC多项式的最小汉明距为4。除断线检测和定位之外,EtherCAT系统的协议、物理层和拓扑结构还可以对各个传输段分别进行品质监视,与错误计数器关联的自动评估还可以对关键的网络段进行精确定位。此外,对于电磁干扰、连接器破损或电缆损坏等一些渐变或突变的错误源而言,即便它们尚未过度应变到网络自恢复能力的范围,也可对其进行检测与定位。3.6 高可靠性选择冗余电缆可以满足快速增长的系统可靠性需求,以保证设备更换时不会导致网络瘫痪。您可以很经济地增加冗余特性,仅需在主站设备端增加使用一个标准的以太网端口(无需专用网卡或接口),并将单一的电缆从总线型拓扑结构转变为环型拓扑结构即可(见图7)。当设备或电缆发生故障时,也仅需一个周期即可完成切换。因此,即使是针对运动控制要求的应用,电缆出现故障时也不会有任何问题。EtherCAT也支持热备份的主站冗余。由于在环路中断时EtherCAT从站控制器芯片将立刻自动返回数据帧,一个设备的失败不会导致整个网络的瘫痪。例如,拖链设备可以配置为分支拓扑以防线缆断开。图 7: 使用标准从站设备的低成本线缆冗余3.7 安全性为了实现EtherCAT安全数据通信,EtherCAT安全通信协议已经在ETG组织内部公开。EtherCAT被用作传输安全和非安全数据的单一通道。传输介质被认为是“黑色通道”而不被包括在安全协议中(见图8)。EtherCAT过程数据中的安全数据报文包括安全过程数据和所要求的数据备份。这个“容器”在设备的应用层被安全地解析。通信仍然是单一通道的。这符合IEC61784-3附件中的模型A。图 8: 使用黑色通道的EtherCAT安全通信软件构件EtherCAT安全协议已经由德国技术监督局(TÜV)评估为满足IEC61508定义的SIL3等级的安全设备之间传输过程数据的通信协议。设备上实施EtherCAT安全协议必须满足安全目标的需求。相应的产品相关要求也必须考虑进来。图 9: EtherCAT安全系统图9中的应用示例受益于这种技术。安全元件在自动化系统中所需要的任意地方都可以使用。系统中可以使用不同规模的本地输入和输出元件。可以根据需求使用安全或非安全总线端子扩展额外的输入和输出。安全逻辑也嵌入到网络当中。这样不用安全扩展的标准PLC可以继续处理控制任务。安全输入和输出功能需要的本地安全逻辑由智能化的安全总线端子实现。这节约了昂贵的安全PLC所带来的成本,并可以根据当前任务随意裁剪逻辑功能。只有安全EtherCAT主站和所分配的安全从站通过非安全的标准PLC路由。· 本协议在安全数据长度,通信介质或波特率方面么有限制。· EtherCAT被用作“黑色通道”,即,通信系统在安全处理中没有任何作用。· 协议被鉴定符合IEC61508定义的SIL3等级· 提供EtherCAT安全功能的产品已经于2005年就上市了。3.8 EtherCAT 取代PCI随着PC组件急剧向小型化方向发展,工业PC的体积日趋取决于插槽的数目。而快速以太网的带宽和EtherCAT通讯硬件的过程数据长度则为该领域的发展提供了新的可能性——IPC 中的传统接口现在可以转变为集成的EtherCAT接口端子(参见图10)。除了可以对分布式I/O进行编址,还可以对驱动和控制单元以及现场总线主站、快速串行接口、网关和其它通讯接口等复合系统进行编址。图 10: 分布式现场总线接口即使是其他无协议限制的以太网设备变体,也可以通过分布式交换机端口设备进行连接。由于一个以太网接口足以满足整个外围设备的通讯 (参见图11),因此,这不仅极大地精简了IPC主机的体积和外观,而且也降低了IPC主机的成本。图 11: EtherCAT使控制器的体积显著减小3.9 设备行规设备行规描述了设备的应用参数和功能特性,如设备类别相关的机器状态等。现场总线技术已经为I/O设备、驱动、阀等许多设备类别提供了可利用的设备行规。用户非常熟悉这些行规以及相关的参数和工具,因此,EtherCAT无需为这些设备类别重新开发设备行规,而是为现有的设备行规提供了简单的接口。该特性使得用户和设备制造商可以轻松完成从现有的现场总线到EtherCAT技术的转换过程。3.9.1 EtherCAT实现CANopen (CoE)CANopen©设备和应用行规广泛用于多种设备类别和应用,如I/O组件、驱动、编码器、比例阀、液压控制器,以及用于塑料或纺织行业的应用行规等。EtherCAT可以提供与CANopen机制[7]相同的通讯机制,包括对象字典、PDO(过程数据对象)、SDO(服务数据对象),甚至于网络管理。因此,在已经安装了CANopen的设备中,仅需稍加变动即可轻松实现EtherCAT,绝大部分的CANopen©固件都得以重复利用。并且,可以选择性地扩展对象,以便利用EtherCAT所提供的巨大带宽。3.9.2 EtherCAT实施伺服驱动 设备行规IEC 61491 (SoE)SERCOS interface™ 是全球公认的、用于高性能实时运行系统的通讯接口,尤其适用于运动控制的应用场合。用于伺服驱动和通讯技术的SERCOS™框架属于IEC 61491标准[8] 的范畴。该伺服驱动框架可以轻松地映射到 EtherCAT中,嵌入于驱动中的服务通道、全部参数存取以及功能都基于EtherCAT邮箱(参见图12)。在此,关注焦点还是EtherCAT与现有协议的兼容性(IDN的存取值、属性、名称、单位等),以及与数据长度限制相关的扩展性。过程数据,即形式为AT和MDT的SERCOS™数据,都使用EtherCAT从站控制器机制进行传送,其映射与SERCOS映射相似。并且,EtherCAT从站的设备状态也可以非常容易地映射为SERCOS™协议状态。EtherCAT从站状态机可以很容易地映射到SERCOS™协议的通信阶段。EtherCAT为这种在CNC行业中广泛使用的设备行规提供了先进的实时以太网技术。这种设备行规的优点与EtherCAT分布时钟提供的优点相结合,保证了网络范围内精确时钟同步。可以任意传输位置命令,速度命令或扭矩命令。取决于实现方式,甚至可能继续使用相同的设备配置工具。图 12: 同时并存的多个设备行规和协议3.10 EtherCAT实现以太网(EoE)EtherCAT技术不仅完全兼容以太网,而且在“设计”之初就具备良好的开放性特征——该协议可以在相同的物理层网络中包容其它基于以太网的服务和协议,通常可将其性能损失降到最小。对以太网的设备类型没有限制,设备可通过交换机端口在EtherCAT段内进行连接。以太网帧通过EtherCAT协议开通隧道,这也正是VPN、 PPPoE (DSL) 等因特网应用所普遍采取的方法。EtherCAT网络对以太网设备而言是完全透明的,其实时特性也不会发生畸变(参见图13)。图 13: 对所有以太网协议完全透明EtherCAT设备可以包容其它的以太网协议,因此具备标准以太网设备的一切特性。主站的作用与第2层交换机所起的作用一样,可按照编址信息将以太网帧重新定向到相应的设备。因此,集成万维网服务器、电子邮件和FTP 传送等所有的因特网技术都可以在EtherCAT的环境中得以应用。3.11 EtherCAT实现文件读取(FoE)这种简单的协议与TFTP类似,允许存取设备中的任何数据结构。因此,无论设备是否支持TCP/IP,都有可能将标准化固件上载到设备上。3.12 ADS over EtherCAT (AoE)ADS over EtherCAT (AoE)是由EtherCAT规范定义的客户端-服务器邮箱协议。尽管CoE协议提供了详尽的描述,但AoE则更适合路由与并行服务的应用:通过网关设备访问子网络,如EtherCAT至CANopen® 或 EtherCAT至IO-Link™ 网关设备。AoE使EtherCAT主站应用(如PLC程序)可以访问所属CANopen® 或 IO-Link™从站的各个参数。AoE路由机制开销远低于因特网协议(IP)所定义的开销,并且发送方和接收方寻址参数始终包含在AoE报文中。因此,EtherCAT主站和从站端的实施更为精简。AoE也通过EtherCAT自动化协议(EAP)进行非周期通信的标准化,从而为上位机MES系统或主计算机、EtherCAT主站及其从属的现有设备之间提供无缝通信。同时,AoE也提供了从远程诊断工具获取EtherCAT网络诊断信息的标准化方法。4. 基础设施成本页首由于EtherCAT无需集线器和交换机,因此,在环境条件允许的情况下,可以节省电源、安装费用等设备方面的投资,只需使用标准的以太网电缆和价格低廉的标准连接器即可。如果环境条件有特殊要求,则可以依照IEC标准,使用增强密封保护等级的连接器。5. EtherCAT 实施页首EtherCAT技术是面向经济的设备而开发的,如I/O 端子、传感器和嵌入式控制器等。EtherCAT使用遵循IEEE802.3标准的以太网帧。这些帧由主站设备发送,从站设备只是在以太网帧经过其所在位置时才提取和/或插入数据。因此,EtherCAT 使用标准的以太网MAC,这正是其在主站设备方面智能化的表现。同样,EtherCAT在从站控制器中使用专用芯片,这也是其在从站设备方面智能化的表现——无论本地处理能力是否强大或软件品质好坏与否,专用芯片均可在硬件中处理过程数据协议,并提供最佳实时性能。5.1 主站EtherCAT可以在单个以太网帧中最多实现1486字节的分布式过程数据通讯。其它解决方案一般是,主站设备需要在每个网络周期中为各个节点处理、发送和接收帧。而EtherCAT系统与此不同之处在于,在通常情况下,每周期仅需要一个或两个帧即可完成所有节点的全部通讯,因此,EtherCAT主站不需要专用的通讯处理器。主站功能几乎不会给主机CPU带来任何负担,轻松处理这些任务的同时,还可以处理应用程序,因此EtherCAT 无需使用昂贵的专用有源插接卡,只需使用无源的NIC卡或主板集成的以太网MAC设备即可。EtherCAT主站很容易实现,尤其适用于中小规模的控制系统和有明确规定的应用场合。例如,如果某个单个过程映像的PLC没有超过1486 字节,那么在其周期时间内循环发送这个以太网帧就足够了。因为报文头运行时不会发生变化,所以只需将常数报文头插入到过程映像中,并将结果传送到以太网控制器即可。EtherCAT映射不是在主站产生,而是在从站产生(外围设备将数据插入所经以太网帧的相应位置),因此,此时过程映像已经完成排序。该特性进一步减轻了主机CPU的负担。可以看到,EtherCAT主站完全在主机CPU中采用软件方式实现,相比之下,传统的慢速现场总线系统通过有源插接卡方可实现主站的方式则要占用更多的资源,甚至服务于DPRAM的有源卡本身也将占用可观的主机资源。系统配置工具(通过生产商获取)可提供包括相应的标准 XML 格式启动顺序在内的网络和设备参数。图 14: 主站实施的单个过程映像5.1.1 主站实施服务已经在各种实时操作系统上实现了EtherCAT主站,包括但并不限于:eCos, INtime, MICROWARE OS-9, MQX, On Time RTOS-32, Proconos OS, Real-Time Java, RT Kernel, RT-Linux, RTX, RTXC, RTAI Linux, PikeOS, Linux with RT-Preempt, QNX, VxWin + CeWin, VxWorks, Windows CE, Windows XP/XPE with CoDeSys SP RTE, Windows NT/NTE/2000/XP/XPE/Vista with TwinCAT RTE, Windows 7 and XENOMAI Linux.可以获得开源主站协议栈,作为示例代码或商业软件。也有各种公司提供各种硬件平台上的实施服务。可以在EtherCAT网站上的产品区找到快速增长的供应商信息[1]。5.1.2 主站样本代码另一种EtherCAT主站的实现方式是使用样本代码,花费不高。软件以源代码形式提供,包括所有的EtherCAT主站功能,甚至还包括EoE(EtherCAT实现以太网)功能(见图15)。开发人员只要把这些应用于Windows环境的代码与目标硬件及所使用的RTOS加以匹配就可以了。该软件代码已经成功应用于多个系统。图 15: 主站样本代码结构5.2 从站EtherCAT从站设备使用一个价格低廉的从站控制器芯片ESC。从站不需要微处理器就可以实现EtherCAT通信。可以通过I/O接口实现的简单设备可以只由ESC和其下的PHY,变压器和RJ45接头。给从站的过程数据接口是32位的I/O接口。这种从站没有可配置的参数,所以不需要软件或邮箱协议。EtherCAT状态机由ESC处理。ESC的启动信息从EEPROM中读取,它也支持从站的身份识别。更复杂的可配置从站有使用一个CPU。这个CPU和ESC之间使用8位或16位并行接口或串行SPI接口。要求的CPU性能取决于从站的应用,EtherCAT协议软件在其上运行。EtherCAT协议栈管理EtherCAT状态机和应用层协议,可以实现CoE协议和支持固件下载的FoE协议。EoE协议也可以实施。5.2.1 EtherCAT Slave Controller目前,有多家制造商均提供EtherCAT从站控制器。通过价格低廉的FPGA,也可实现从站控制器的功能,可以购买授权以获取相应的二进制代码。从站控制器通常都有一个内部的DPRAM,并提供存取这些应用内存的接口范围:· 串行SPI(串行外围接口)主要用于数量较小的过程数据设备,如模拟量I/O模块、传感器、编码器和简单驱动等。该接口通常使用8位微控制器,如微型芯片PIC、DSP、Intel 80C51等(见图16)。· 8/16位微控制器并行接口与带有DPRAM接口的传统现场总线控制器接口相对应,尤其适用于数据量较大的复杂设备。通常情况下,微控制器使用的接口包括Infineon 80C16x、Intel 80x86、Hitachi SH1、ST10、ARM和TI TMS320等系列(见图16)。· 32位并行I/O接口不仅可以连接多达32位数字输入/输出,而且也适用于简单的传感器或执行器的32位数据操作。这类设备无需主机CPU(见图17)。图 16: 从站硬件:带主机CPU的FPGA图 17: 从站硬件:带直接I/O的FPGA关于EtherCAT从站控制器的最新信息,请登录EtherCAT网站[1]。5.2.2 从站评估工具包倍福公司提供的从站评估工具包使接口操作变得简便易行。由于采用了EtherCAT,无需功能强大的通讯处理器,因此,可将从站评估工具包中的8位微处理器作为主机CPU使用。该工具包还包括源代码形式的从站主机软件(相当于协议堆栈)和参考主站软件包(TwinCAT)。6. 小结页首EtherCAT 拥有杰出的通讯性能,接线非常简单,并对其它协议开放。传统的现场总线系统已达到了极限,而EtherCAT则突破建立了新的技术标准——30 µs内可以更新1000个I/O数据,可选择双绞线或光纤,并利用以太网和因特网技术实现垂直优化集成。使用 EtherCAT,可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构,无需昂贵的基础组件。EtherCAT还可以使用传统的交换机连接方式,以集成其它的以太网设备。其它的实时以太网方案需要与控制器进行特殊连接,而EtherCAT只需要价格低廉的标准以太网卡(NIC) 便可实现。EtherCAT拥有多种机制,支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之间的通讯(参见图18)。它实现了安全功能,采用技术可行且经济实用的方法,使以太网技术可以向下延伸至I/O级。EtherCAT功能优越,可以完全兼容以太网,可将因特网技术嵌入到简单设备中,并最大化地利用了以太网所提供的巨大带宽,是一种实时性能优越且成本低廉的网络技术。图 19: 网络结构形式多样7. 参考文献页首[1]EtherCAT Technology Group (ETG) http://www.ethercat.org[2]IEC 61158-3/4/5/6-12 (Ed.1.0), Industrial communication networks – Fieldbus specifications – Part 3-12: Data-link layer service definition – Part 4-12: Data-link layer protocol specification – Part 5-12: Application layer service definition – Part 6-12: Application layer protocol specification – Type 12 elements (EtherCAT)[3]IEEE 802.3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications[4]IEEE 802.3ae-2002: CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications: Media Access Control (MAC) Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for 10 Gb/s Operation[5]ANSI/TIA/EIA-644-A, Electrical Characteristics of Low Voltage Differential Signaling (LVDS) Interface Circuits[6]IEEE 1588-2002: IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems[7]EN 50325-4: Industrial communications subsystem based on ISO 11898 (CAN) for controller-device interfaces. Part 4: CANopen[8]IEC 61800-7-301/304 (Ed.1.0), Adjustable speed electrical power drive systems – Part 7-301: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 1 to network technologies – Part 7-304: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 4 to network technologies[9]SEMI E54.20: Standard for Sensor/Actuator Network Communications for EtherCAT.为何使用EtherCAT?EtherCAT独特的运行机制使其成为“工程师的明智之选”。此外,以下特点对某些应用具有特别的优势。1. 卓越的性能总的来说 EtherCAT 是最快的工业以太网技术,同时它提供纳秒级精确的同步。目标系统由总线系统控制或监测的所有应用都将从此大大获益。快速反应时间减少了处理步骤中的状态转换等待时间,从而显著提高了应用的效率。最后,相对于设定了相同循环时间的其他总线系统,EtherCAT 系统结构通常能减少 25%-30%的 CPU 负载。而最好的情况下,EtherCAT 性能可以改善精度,获得更高的吞吐量,并降低成本。2. 灵活的拓扑在 EtherCAT 应用中,机器结构决定网络拓扑结构,而非反之。在传统的工业以太网系统中,可安装的交换机和集线器的数量是有限的,从而限制了整个的网络拓扑结构。而 EtherCAT 无需交换机或集线器,因此没有这样的局限性。简而言之,EtherCAT 在网络拓扑方面没有任何限制。几乎无限数量的节点可以组成线型、树型、星型拓扑及任何拓扑的组合。由于自动链接检测功能,节点和网段可在运行中断开及重新连接——甚至连接到其他地方。线型拓扑可以拓展为环形拓扑,从而实现线缆冗余。主站设备仅需要第二个以太网口即可实现这种冗余功能,而从站设备已经具备了支持冗余功能的条件。因此可在机器运转过程中进行设备交换。3. 简单且耐用配置、检测、维护都与系统的成本息息相关。以太网现场总线使得所有这些任务变得异常简单:EtherCAT 可以自动配置地址,无需手动配置。低总线负载和点对点的物理层改善了抗电磁干扰的能力。网络可靠地定位检测潜在的干扰,从而大大减少了排除错误的时间。在启动时,网络将目标拓扑与现实拓扑对比从而检测差异。EtherCAT 出色的性能使得系统配置时降低对网络调试的需求。由于高带宽,可以将其他的 TCP/IP 与控制数据同时传输。然而,EtherCAT 并不是基于 TCP/IP 的,因此无需使用 MAC 地址或 IP 地址,更不需要 IT 专家配置交换机或路由器。4. 集成安全功能性安全作为一个网络结构的集成部分?对于 FSoE(Functional Safety over EtherCAT)来说不是问题。FSoE 是得到实际验证的,自 2005 年就有了通过 TÜV 认证的FSOE 设备。协议满足 SIL 3 系统要求,且适用于集中控制和分散控制系统。由于黑色通道的方式及特别精简的安全容器(Safety Container),FSoE 也可以应用于其他总线系统。该集成方案及精简的协议可降低系统成本。此外,一个非安全要求的控制器可以接受并处理安全数据。5. 低成本易实现EtherCAT 以相当甚至低于传统现场总线系统的价格水平提供工业以太网的特性。对于主站设备硬件仅需要一个以太网端口——而无需昂贵的接口卡或协处理器。不同形式的 EtherCAT 从站控制器可以从很多供应商获得:ASIC 芯片、FPGA,或标准微处理器的可选总线接口。由于这些便宜的控制器可以承担所有时间关键任务,EtherCAT 自身并不向从站设备 CPU 提出任何性能要求,从而降低了设备成本。因为 EtherCAT 不需要交换机或其他有源基础组件,从而节省了该类组件及其安装、配置和维护的成本。基于这些原因,EtherCAT广泛适用于:· 机器人· 机床· 包装机械· 印刷机· 塑料制造机器· 冲压机· 半导体制造机器· 试验台· 测试系统· 抓取机器· 电厂· 变电站· 材料处理应用· 行李运送系统· 舞台控制系统· 自动化装配系统· 纸浆和造纸机· 隧道控制系统· 焊接机· 起重机和升降机· 农场机械· 海岸应用· 锯木厂· 窗户生产设备· 楼宇控制系统· 钢铁厂· 风机· 家具生产设备· 铣床· 自动引导车· 娱乐自动化· 制药设备· 木材加工机器EtherCAT 常见问题1. EtherCAT技术· 1.1 EtherCAT性能远高于我的应用需求。为什么我还要使用该技术?· 1.2. 为何使用EtherCAT可以降低成本?· 1.3 EtherCAT是否仅局限于主站与从站的通讯应用?· 1.4 如何保证EtherCAT设备的兼容性?2. EtherCAT 技术协会· 2.1 我必须成为ETG会员才可以使用EtherCAT吗?· 2.2 我必须成为ETG会员才可以实施EtherCAT吗?· 2.3 如何成为EtherCAT技术协会的会员?· 2.4. 会员可以享有何种利益?· 2.5 为何ETG会员资格是免费的?· 2.6 将来会否收取会费?· 2.7 ETG会员如何影响该技术的发展?· 2.8 EtherCAT技术协会的法律地位?3. EtherCAT: 开放的技术· 3.1 EtherCAT是一个开放性的技术。这意味着什么?· 3.2 是否有专利权?· 3.3 如何授权?· 3.4 开放源代码是怎样的情况?· 3.5 是否有多种渠道获取EtherCAT从站控制器?4. 实施方面· 4.1 我们想实施一个EtherCAT从站设备,应该如何开始?· 4.2 我们想实施一个EtherCAT主站设备,应该怎么做呢?· 4.3 EtherCAT从站控制芯片的授权如何?· 4.4 FPGA的授权费用如何?· 4.5 是否必须 将我们的EtherCAT设备递交给一致性测试中心接受检测吗?5. EtherCAT Vendor ID· 5.1 什么是EtherCAT Vendor ID?· 5.2 我们的子公司/合作伙伴有EtherCAT Vendor ID。我们可以在我们的设备上使用它吗?· 5.3 我们正在使用技术提供商提供的接口板在我们的设备上增加EtherCAT接口。那么。我们可以在我们的设备上使用该技术提供商的Vendor ID吗?· 5.4 何谓二级Vendor ID?· 5.5 我们有一个CANopen® 的Vendor ID。我们可以在EtherCAT设备上使用它吗?· 5.6 我们如何申请Vendor ID?6. Safety over EtherCAT· 6.1 是否需要添加一个EtherCAT接口来连接我的FSoE设备?· 6.2 是否需要为我的FSoE设备实施一个独立的控制器结构?· 6.3 我是否可以在其他非EtherCAT通讯系统中使用Safety over EtherCAT?· 6.4 是否有经过认证的Safety over EtherCAT堆栈可供使用?· 6.5 是否有Safety over EtherCAT的一致性测试?· 6.6 我的Safety over EtherCAT设备是否需要经过相关机构(如TUV, BGIA)的认可?· 6.7 我是否需要在设备上市前在FSoE测试中心进行官方测试?· 6.8 为何我在设备上实施Safety over EtherCAT协议需要授权?· 6.9 我如何可以获得并使用Safety over EtherCAT的Logo?· 6.10 我是一个EtherCAT主站的提供商。我如何支持Safety over EtherCAT设备?· 6.11 我是机械设备制造商。我需要授权才可以使用Safety over EtherCAT的设备吗?· 1. EtherCAT技术· 1.1 EtherCAT性能远高于我的应用需求。为什么我还要使用该技术?卓越的现场总线性能决不会有坏处。即使对于慢速控制,使用EtherCAT也可以改善响应时间并简化配置工作,因为缺省配置就可以满足要求。此外,更短的响应时间可以改善您应用的性能,因为这缩减了传输等待时间(如,在下一个处理被初始化前对输入信号的等待时间)。如果您对性能要求并不苛刻,也可以因为EtherCAT的其它优势而选用它,比如,成本更低,更加灵活的拓扑结构,或者仅仅是使用方便。总而言之,您采用EtherCAT,就无需采用昂贵慢速的系统了。· 1.2. 为何使用EtherCAT可以降低成本?有这样几种原因:低成本的从站控制器降低了从站设备的成本。无需任何特殊的主站卡,主板集成的以太网控制器即可满足要求。无需交换机或集线器,因此降低了基础设施的成本。使用标准以太网线缆。实施简单,因此降低了实施成本。支持自动配置,无需任何手动设置地址,无需任何网络调整,因此降低了配置成本。· 1.3 EtherCAT是否仅局限于主站与从站的通讯应用?不是的。与其他实时工业以太网系统一样,一个设备(主站)必须要担任网络管理、组织介质读取控制的任务。对于EtherCAT,有两种方式可以实现从站与从站的通讯:在同一个循环周期内基于拓扑结构,其中上游设备可以与下游设备交换数据,而独立于拓扑结构的情况需要在两个总线周期实现数据交换。EtherCAT比其他的协议更具有速度优势,即使需要两个周期实现从站与从站的通讯,相对来讲也是高速高效的。· 1.4 如何保证EtherCAT设备的兼容性? 对于一个通讯技术来说,保证其实施的一致性及兼容性是该技术成功的重要因素。因此EtherCAT技术协会非常重视这些特性。技术实施协议方面的一致性是兼容性的前提,这意味着来自于不同厂商的设备可以在同一个应用网络中协同工作。为保证一致性,必须使用一致性测试工具(CTT)。此外,我们还有遍布全球的一致性测试中心(ETC)。对于通过EtherCAT一致性测试的设备,ETC将颁发官方一致性证书。更多关于一致性测试及设备认证的信息可以在一致性测试页面找到。· 2. EtherCAT 技术协会· 2.1 我必须成为ETG会员才可以使用EtherCAT吗?不需要。但是,您或许希望通过加入ETG来向您的客户或供应商展示您对该技术的支持。对于一个ETG会员,您将被邀请参加ETG会议,获取详细的技术规范及相关信息,并影响该技术的发展。· 2.2 我必须成为ETG会员才可以实施EtherCAT吗?虽然我们建议您加入ETG(见2.3/2.4),但如果您在您的机器或生产线上集成EtherCAT设备,那么我们认为您是最终用户,并不必须加入ETG。EtherCAT设备制造商必须要加入ETG,并获得一个EtherCAT Vendor ID。详情请在下载专区(请使用您的会员登录账号)下载EtherCAT Vendor ID政策(EtherCAT Vendor ID Policy)。会员资格免费获取(见2.5/2.6)。· 2.3 如何成为EtherCAT技术协会的会员?可以通过给ETG总部发邮件info@ethercat.org申请ETG的会员资格。您将得到所有必须的信息,如需求,会员申请表格等。在成为会员之前,请仔细阅读ETG By-Laws· 2.4. 会员可以享有何种利益?ETG会员优先享受技术支持,可获取仅提供给会员的EtherCAT规范、指南、免费从站代码和其他支持工具及相关信息。会员将被邀请参加ETG会议,如技术委员会(TC)或技术工作组(TWG),对规范进行审核和讨论。ETG会员有资格参加指定的EtherCAT培训和研发课程。此外,ETG会员还可以在EtherCAT官网上推广其产品,并作为合作伙伴参与我们的全球系列研讨会和全球重要展览会上的ETG联合展台。ETG会员权益· 2.5 为何ETG会员资格是免费的?会员年费或者其他的高额成本相对于获取一个开放的技术应该不是一个问题。因此,不仅没有ETG的会员费用,而且ETG会员获取协议堆栈,样本代码,评估套件,实施支持和其他的服务都是免费或者仅需很低的费用。· 2.6 将来会否收取会费?目前没有收取ETG会费的计划。如果将来需要收取会费(如,以支持ETG的外加服务),将由会员委员大会讨论通过决定。· 2.7 ETG会员如何影响该技术的发展?在ETG技术委员会会议上将对EtherCAT技术进行详细探讨,鼓励各ETG会员加入技术工作组和项目团队,并提出宝贵的建议和意见。 会员区有所有工作组的列表(需登录)ETG工作组欢迎各用户、OEM、系统集成商和设备制造商提供有价值的需求反馈,ETG的工作历史表明这种反馈非常有效。 技术使用者和开发者之间直接和个人的联系可以加强关于"Know-how"知识和技术信息的深层次交流。 查找ETG会员详细信息请点击这里:EtherCAT组织架构· 2.8 EtherCAT技术协会的法律地位?ETG是(类似于德国大多数工会或政党)受德国法律允许的非注册协会或社团组织。根据相关法规,由于ETG不销售任何产品,因此ETG是一个非盈利性组织。会员对协会资产共同承担有限责任——ETG无资产,因此事实负债为零。· 3. EtherCAT: 开放的技术· 3.1 EtherCAT是一个开放性的技术。这意味着什么?这意味着每一个人都可以使用,实施,并获利于该技术。还意味着EtherCAT实施应该是兼容的,任何人不应为防止他人使用而改变这种技术。EtherCAT是国际标准(IEC61158, IEC 61784, IEC 61800, ISO 15745),同时也是SEMI标准(E54.20)。· 3.2 是否有专利权?是的,EtherCAT技术有专利权,如同其他任何值得拥有专利权的现场总线技术一样。 可以提供独特功能的技术需要专利权和授权以保护其不受复制和伪造的伤害。· 3.3 如何授权?对于EtherCAT主站实施的授权是免费的,但协议要求兼容性,以确保授权免费并提供法律效力。 对于从站设备,EtherCAT采用了CAN的授权模式(CAN是一个受专利保护的标准开放技术的出色样本): 低额的授权费用已经“嵌入到”EtherCAT 从站控制器(ESC)芯片中,因此,设备制造商,最终用户,系统集成商,工具生产商等无需再付授权费用。· 3.4 开放源代码是怎样的情况?EtherCAT技术本身并不开源。 EtherCAT符合IEC,ISO和SEMI标准,因此每个人都可以平等地使用EtherCAT技术。 此外,无需缴纳主站使用授权费用。 ETG所有会员和EtherCAT用户组共同维护并促进EtherCAT技术的进一步发展。如果您有关于技术实施或者EtherCAT技术结合共享和开放源码系统方面的相关问题,请联系ETG总部或EtherCAT技术的专利方Beckhoff。· 3.5 是否有多种渠道获取EtherCAT从站控制器?有。EtherCAT从站控制器(ESC)实施可以从亚信电子、Beckhoff、Hilscher、HMS、英飞凌、Innovasic、Microchip、Profichip、德州仪器、Trinamics、瑞萨电子、Intel以及 Xilinx获取。更多实施也即将发布。EtherCAT从站控制器概述可在资料下载区进行查询:下载区· 4. 实施方面· 4.1 我们想实施一个EtherCAT从站设备,应该如何开始?可以参考EtherCAT Slave Implementation Guide(EtherCAT从站实施指南)作为从站实施的开始,请点击这里下载。该文件涵盖从站实施的起始步骤,包括开发硬件、软件、研讨会和培训、一致性,以及一步步的提示信息。 EtherCAT从站协议栈可以从多个供应商获取。 Beckhoff将从站协议栈代码(SSC)-源代码免费开放给所有ETG会员。 EtherCAT从站实施套件也可以从相关供应商获取。请在官方EtherCAT产品指南中查询更多从站评估套件:EtherCAT产品页面· 4.2 我们想实施一个EtherCAT主站设备,应该怎么做呢?对于主站来讲,你并不需要专用的硬件设备。任何以太网MAC都可以满足要求。EtherCAT对资源消耗非常小,因此也无需特殊的通讯处理器。主站代码可以从多种渠道获得,如一些通过样本代码包提供的免费开放代码,甚至一些包含了RTOS的主站产品。实施服务同样有不同的供应商可以提供。请点击此处了解EtherCAT产品情况。· 4.3 EtherCAT从站控制芯片的授权如何?当您从EtherCAT从站控制器供应商那里购买了ESC芯片,所有的EtherCAT功能已经包含在芯片中。对EtherCAT从站设备供应商来说,取得了ESC供应商资格则包含该授权,无需额外的EtherCAT授权费用。· 4.4 FPGA的授权费用如何?当您从您首选的半导体分销商那里购买了FPGA,EtherCAT代码尚未加载。EtherCAT IP核授权适用于Intel和Xilinx的FPGA。您只需支付一个授权即可制造尽可能多的EtherCAT从站设备。此外,也有基于数量的授权。· 4.5 是否必须 将我们的EtherCAT设备递交给一致性测试中心接受检测吗?不是。在官方EtherCAT测试中心进行一致性测试是可选的——但是,您的客户可能会需要一致性测试证书,而一致性测试证书只能通过官方测试后才能发放。您必须确保您的研发设施中应用了官方一致性测试工具(CTT)。每年,ETG都会维护和进一步发展CTT,CTT以订阅的方式提供。关于一致性的更多详情,请点击此处获得。· 5. EtherCAT Vendor ID· 5.1 什么是EtherCAT Vendor ID?EtherCAT Vendor ID是由EtherCAT技术协会为每一个供应商分配的唯一的标识号码。它与产品编码(product code )一同将包含在EtherCAT设备的 标识对象中。EtherCAT Vendor ID 列表· 5.2 我们的子公司/合作伙伴有EtherCAT Vendor ID。我们可以在我们的设备上使用它吗?如果要求将Vendor ID授予合作伙伴公司,请联系ETG总部。但是,我们建议每个EtherCAT设备用户使用自己单独的Vendor ID。· 5.3 我们正在使用技术提供商提供的接口板在我们的设备上增加EtherCAT接口。那么。我们可以在我们的设备上使用该技术提供商的Vendor ID吗?不可以。该技术提供商的通信设备上附带有Vendor ID。您应使用自己独有的Vendor ID来替代它,以便于您的设备可以在网络中被识别。· 5.4 何谓二级Vendor ID?二级Vendor ID是从原Vendor ID派生出来的,专门用来标识通讯接口设备类产品的Vendor ID,但这类产品无法参加后续的一致性测试。· 5.5 我们有一个CANopen® 的Vendor ID。我们可以在EtherCAT设备上使用它吗?对于您的EtherCAT产品,你需要一个EtherCAT Vendor ID。然而,在您申请EtherCAT Vendor ID时,您可以提出申请与您CANopen® 的Vendor ID相同的号码,如果您申请的号码仍然可用,ETG则会分配给您。· 5.6 我们如何申请Vendor ID?非常简单,您仅需到EtherCAT网站的会员页面下载:EtherCAT Vendor ID 申请表格· 6. Safety over EtherCAT· 6.1 是否需要添加一个EtherCAT接口来连接我的FSoE设备?不需要。RSoE协议采用一个黑色通道实现;无需为此设置安全相关的标准通讯接口。控制器,ASIC以及链接,耦合器相关的通讯接口都可以保留使用。· 6.2 是否需要为我的FSoE设备实施一个独立的控制器结构?使用两个微控制器是实现SIL 3安全设备的常用方式。但这并不是Safety over EtherCAT规范的要求。实现这个协议必须满足以下要求:- 完全符合IEC 61508和IEC 61784-3;- 完全符合FSoE协议规范;- 完全符合安全完整性等级(SIL)要求和相应产品的指定需求。· 6.3 我是否可以在其他非EtherCAT通讯系统中使用Safety over EtherCAT?可以。该协议可以在任何通讯中使用,可以是EtherCAT通讯,现场总线系统,以太网或类似的通讯,光纤,同轴线缆,甚至无线传输。对于通讯总线耦合器或其他设备没有限制或特别要求。· 6.4 是否有经过认证的Safety over EtherCAT堆栈可供使用?有,在ETG内部有服务提供商能够提供预先认证的FSoE协议栈和安全研发服务。Safety over EtherCAT协议非常简洁,协议状态机有明确的界定。经验表明,使用或不使用预认证的堆栈都可以在短时间内轻松实施。· 6.5 是否有Safety over EtherCAT的一致性测试?是的。FSoE测试案例规范适用于FSoE设备,并通过TUV批准。对于FSoE从站,测试案例与EtherCAT测试工具配合使用,可以执行一个自动的测试。通常情况下,由于灵活的主站配置,对于主站堆栈的自动检测更复杂。因此,可用的测试案例规范可以用于对主站的认可。Safety over EtherCAT规则ETG.9100包括了对一个设备验收的完整测试流程。· 6.6 我的Safety over EtherCAT设备是否需要经过相关机构(如TUV, BGIA)的认可?是的。Safety over EtherCAT设备的研发需要评估。设备的实现包括通过EMC报告,Safety over EtherCAT一致性测试,并通过所有符合IEC 61508的安全周期流程。该评估将由机构实现。· 6.7 我是否需要在设备上市前在FSoE测试中心进行官方测试?是的。FSoE测试政策是需要通过官方FSoE测试中心测试的。进行FSoE一致性测试的前提是拥有有效的EtherCAT协议实施认证。FSoE测试中心的所有测试都可以在内部进行准备。· 6.8 为何我在设备上实施Safety over EtherCAT协议需要授权?Safety over EtherCAT是一种为很多设备制造商所采用的技术。对于这样一种技术来说,兼容性是保证在应用领域能进行互操作的重要功能。取得授权的设备制造商都有权实施这一技术,但其设备必须具有符合规范的兼容性。授权是免费的。使用FSoE最终设备的机器制造商及控制系统提供商则无需该项授权。· 6.9 我如何可以获得并使用Safety over EtherCAT的Logo?Safety over EtherCAT的logo可以从ETG总部获取。使用Safety over EtherCAT Logo的产品必须遵循由ETG发布的ETG9001 EtherCAT标识规则。· 6.10 我是一个EtherCAT主站的提供商。我如何支持Safety over EtherCAT设备?如果您只是想在EtherCAT环节支持现有的Safety over EtherCAT设备,则无需在主站上进行任何安全相关的实施。可采用带一个EtherCAT从站接口的FSoE主站,同时也可以被用作安全逻辑设备。只有从-从通信必须由EtherCAT主站支持,将安全数据报从FSoE主站路由至FSoE从站,反之亦然。· 6.11 我是机械设备制造商。我需要授权才可以使用Safety over EtherCAT的设备吗?不。您可以在机械设备中直接使用最终的Safety over EtherCAT产品,而无需授权。您务必留意产品中是否有SIL或PL认证,产品必须执行相关标准(IEC 62061, ISO 13849)或产品标准,以及与其他相关标准的兼容性,如必须符合国际的或国家的法律要求(如Directive of machinery, OSHA, UL等)。Vendor ID每个EtherCAT兼容设备必须使用由ETG分配的全球唯一的Vendor ID。EtherCAT Vendor ID的使用必须符合EtherCAT规范,并由ETG Vendor ID政策和相应的Vendor ID协议约束管理。为明确这一政策,一般规则如下:· 每个EtherCAT设备供应商必须是ETG会员,必须从EtherCAT技术协会取得有效的Vendor ID。· Vendor ID是免费的。· 在EtherCAT设备上市前,供应商必须实现Vendor ID。· 在机器中集成或使用EtherCAT设备的机器制造商,无需申请和使用Vendor ID。发布于 2021-05-28 14:08开放式 IEC 61131 控制系统设计(书籍)以太网(Ethernet)以太网协议赞同 181 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录IT技术专栏IT技术分享
STM32F303+LAN9252的EtherCAT实现IO、AD、DA_stm32 ethercat-CSDN博客
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STM32F303+LAN9252的EtherCAT实现IO、AD、DA
最新推荐文章于 2024-03-12 17:49:16 发布
Taqingjie
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从去年年末接触EtherCAT总线以来,由于其他一些工作原因,前期设计的基于STM32F303+LAN9252开发板一直未能跑通,仅实现了LAN9252这部分电路与Twincat的通讯,MCU与LAN9252未能成功通信交互数据。近段时间又返回重新开始了这部分内容,终于是将下位机调试成功。之前在选择MCU时考虑很多,最后在网上找到了这样一份答案,选取EtherCAT主控单片机时应选择FLASH在25KB、RAM在32KB以上的MCU,考虑成本及一些功能要求在这里我用的是FLASH为128KB,RAM为40KB的STM32F303CBT6这片单片机。整体思路是采用STM32CubeMX生成基础工程,连接适配好EtherCAT协议包的相关API,编写相关的XML文件,在学习时看了丁丁大佬开发EtherCAT的相关文章,受益匪浅,大佬直通车https://www.hexcode.cn/article/5e3ee9a835616641b2daef97
关于我的设计
由于本次前已完成硬件上的调试,故本次只对下位机软件进行一个记录和说明。
一、STM32CubeMX配置外设等基础工程
首先,STM32与LAN9252的通信主要涉及到以下内容:
1、SPI: 与LAN9252通讯,读写LAN9252的接口,受单片机功能限制,在这里我只能选择4线标准SPI通信
2、3个外部中断:IRQ总中断、SYNC0、SYNC1两个时钟同步中断,EtherCAT主从通信中如果选择使用分布式时钟功能,这两个中断要配上。(el9800hw.c、el9800hw.h)
3、1ms定时器:用于超时差错,调用ECAT_CheckTimer()函数,配置好后让协议栈自己调用。
配置好这些基本的外设,剩下的就是和协议栈相结合一个萝卜一个坑进行移植,移植过程中千万细心不要出现低级错误。
二、配置MCU外设的一些主要截图
1、引脚
2、时钟
3、SPI
4、外部中断
三、KEIL主要外设代码
为方便快速开发,本次设计直接移植了开发板的EtherCAT包,STM32从站部分已经实现IO、DA、AD等功能,只需对相关变量和SDO进行操作,即可实现特定的功能和应用。
从站修改步骤大体是:
1.自定义对象字典,参考《从站添加对象字典操作流程-R1.2》;
2.在STM32从站程序中,添加外设驱动,初始化过程写在HW_Init()函数中。
四、测试
单片机程序、EEPROM和twincat软件目录下的XML文件,三者必须对应,否则会出错。
1、按键测试
2、LED测试
3、AD测试
4、DA测试
同AD测试一样,我们通过单片机产生PWM波输入到外围电路,通过外围运放电路的转换形成一个0~2.5V的电压信号输出,改变PWM波的占空比进而达到不同电压信号的输出,如下图展示了AI信号的连续变化。
本次记录就到这里啦!
博观而约取,厚积而薄发!
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STM32F303+LAN9252的EtherCAT实现IO、AD、DA
STM32F303+LAN9252的EtherCAT下位机设计从去年年末接触EtherCAT总线以来,由于其他一些工作原因,前期设计的基于STM32F303+LAN9252开发板一直未能跑通,仅实现了LAN9252这部分电路与Twincat的通讯,MCU与LAN9252未能成功通信交互数据。近段时间又返回重新开始了这部分内容。终于是将下位机调试成功。之前在选择MCU时考虑很多,最后在网上找到了这样一份答案,选取EtherCAT主控单片机时应选择FLASH在25KB、RAM在32KB以上的MCU,考虑成本
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ethercat LAN9252 开发板原理图
09-21
ethercat 开发板原理图(基于 LAN9252芯片),原理图画得一般,不美观,大家凑合用
(转载)STM32与LAN9252构建EtherCAT从站
xiahailong90的博客
02-27
9501
EtherCAT Technology Group | 联系方式。使用SSC,可以快速地构建EtherCAT从站代码,保证从站协议栈与最新的EtherCAT协议相匹配,同时还可以生成从站设备描述文件,这是一份XML文件,需要放在TwinCAT安装路径下的目录下,在使用TwinCAT对设备进行组态时需要使用。是EtherCAT从站设计过程中很重要的一个文件,关于从站设备传输多少数据,是否启用分布式时钟,PHY(LAN9252)与MCU之间如何通信等等重要数据都在这个描述文件中定义。
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ethercat从站stm32程序和使用文档,实现了IO、AD、DA功能。
07-20
2018年暑期自己搞的项目的一部分,包括基于stm32f407的ethercat从站程序以及配套的XML文件。实现了IO、AD、DA功能。在别人已经实现的ethercat从站功能上,我根据智昂的从站板子添加了AD、DA功能。参考了别人的提供的资料,算是踩在了巨人的肩膀上吧。
EtherCat 从站控制芯片
weixin_46024116的博客
01-05
973
EtherCat 从站控制芯片简称ESC,是实现EtherCat数据链路层协议的专用芯片,用作处理EtherCat数据帧,并为从站控制装置提供数据接口,简单说就是一般我们的MCU不支持EtherCat(当然也有支持的,支持的就不需要ESC),ESC就是个转换器,一般和MCU选择串行(SPI)的方式来通信。ESC存储空间:前面讲到ESC具有64K字节的DPRAM,前4K(0x0000–0x0FFF)字节的寄存器空间。
【EtherCAT实践篇】三、EtherCAT从站软件设计-IO口操作
zhandouhu的博客
01-27
8869
【EtherCAT分析】二、EtherCAT从站驱动程序分析已经给出了EtherCAT从站软件设计的基本框架,下面结合设计的EtherCAT从站硬件板子进行如程序设计。
1、STM32底层引脚及功能配置
主要完成RCC时钟,GPIO口、AD采样、SPI接口等配置。
1.1 GPIO口配置:16路拨码开关输入,16路LED输出
void GPIO_init(void)
{
...
十四.EtherCAT开发之ST MCU STM32F407ZGt6+ AX58100的开发FOE应用
aiot_bigbear的专栏,关注我获取最新技术文章信息与海量资源~
06-21
2469
STM32F407ZGt6与AX58100是 SPI连接,工作在SPI模式。FoE(File Access over EtherCAT)可实现EtherCAT节点之间的文件传输。
基于STM32的伺服总线EtherCAT主站设计——SOEM方案
weixin_48501028的博客
04-16
7545
本文介绍在正点原子的STM32H743开发板上,使用SOEM方案实现EtherCAT主站通讯,本文记录从零基础学习路线,从入门到移植成功控制电机转动。
基于STM32构建EtherCAT主站(SOEM方案)2
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cln512的博客
12-22
1万+
基于stm32构建ethercat主站
基于STM32F429 + ECM-XFU搭建运动控制平台,实现EtherCAT通讯
weixin_48501028的博客
08-24
1172
笔者最近项目是要设计一款运动控制器,主要是实现EtherCAT通讯,准备使用STM32F429作为主控芯片,通过SPI控制ECM-XFU芯片,最终要实现32轴的EtherCAT控制。本文记录笔者的制作过程,本人才疏学浅,如有错误还请指正。
基于STM32构建EtherCAT主站(SOEM方案)3
cln512的博客
12-22
4920
基于stm32构建ethercat主站
STM32H743 SOEM EtherCAT 基于STM32H743芯片和SOEM的EtherCAT主站介绍
2301_78835236的博客
06-22
823
SOEM的版本1.3.1是指其协议栈的特定版本,每个版本可能会有一些改进和修复。EtherCAT通信协议:我可以解释EtherCAT协议的工作原理、优势和应用场景,并介绍EtherCAT主站和从站的概念。如果您对STM32微控制器系列感兴趣,我可以为您提供更详细的信息,例如不同系列和型号的特点、应用案例和开发方法。如果您对实时以太网通信感兴趣,我可以为您详细介绍实时以太网通信的基本原理、常见协议和在工业自动化中的应用。实时以太网通信:我可以讲解实时以太网通信的基本原理、常见协议和在工业自动化中的应用。
lan9252与stm32的EtherCAT从站实现,ethercat主站代码stm32,C,C++
09-10
实现基于 LAN9252
STM32F407_LAN9252_原理图.pdf
03-15
STM32F407_LAN9252_原理图 MicrochipTechnologyInc.(美国微芯科技公司)推出集成了两个10/100PHY的分立EtherCAT®从属控制器LAN9252
STM32+LAN9252
10-10
STM32+LAN9252
STM32F407 LAN9252 Ethercat HBI.rar
06-15
STM32F407 LAN9252 Ethercat HBI STM32F407 LAN9252 Ethercat HBI 实测,
STM32+LAN9252 EtherCAT DS402
01-13
EtherCAT STM32F407 LAN9252 EtherCAT总线从站代码,运动控制DS402协议
学习阶段单片机买esp32还是stm32?
无际单片机编程
03-07
1963
现在的趋势是,芯片厂不希望你把精力,浪费在研究他们芯片上,而是赶紧把产品开发出来,给我冲量(挣钱),只要你量管够,技术支持住在你们公司旁边都行,小公司做研发就比较惨了,供应商基本不理你。以前有个经理做一个项目,用到一颗芯片,不要说例程了,连资料都特么是日语的,只能靠自己的经验,去推测寄存器配置。如果现在哪款单片机,厂家想推出去,既没什么资料,又不提供外设例程,大概率推不动,除非价格,性能有特别的优势。随着不同的路段,不同的需求,再针对性去学习别的功能,慢慢就系统了,有些功能,车开到报废了也用不上。
低压线性恒流LED恒流驱动芯片SM15633EH:用于洗墙灯和线条灯
最新发布
zhengmingke2023的博客
03-12
625
首先,大电流和恒流精度高是该芯片的重要特点。对于洗墙灯而言,由于其发出的光线需要覆盖较大的区域,因此需要使用较大功率的LED芯片,并配备能够提供足够电流的恒流驱动芯片。为了确保线条灯的亮度和使用寿命,需要使用高精度、低纹波的恒流驱动芯片,以确保LED灯珠的电流稳定。通过PWM调光技术,可以调节LED灯的亮度和功率,从而在保持恒定亮度的情况下,减少LED的发热和功耗。洗墙灯和线条灯是两种常见的LED照明产品,它们都需要使用LED恒流驱动芯片来确保稳定、可靠的电流供应,从而保证LED的使用寿命和亮度。
真实案例分享:MOS管电源开关电路,遇到上电冲击电流超标
domen_pan的博客
03-09
1004
我粗略扫了一下规格书,Vds,Id,Vgs(th)这些主要参数没太大区别,反正现有的应用远没达到器件的极限,所以直接替换是没啥问题的。可我还是不服气,这个电路以前也用过,也详细测过不可能出现这么大的脉冲电流,虽然新项目在MOS管后面增加了一些电容,但电容总容量实际没增加太多,即使上电瞬间充电也不太可能产生这么大电流才对,一定是什么地方出错了。我:不可能,这电路用了很久了,一直都没出过问题,新项目虽然功耗增加了一些,但不可能有那么大脉冲电流,因为板上的大电容总容量又没增加多少,你是不是测错了?
stm32f4+ucos+ethercat-master
09-11
STM32F4是意法半导体(STMicroelectronics)推出的一款32位微控制器系列,其具有性能强大、功耗低、工作速度快等特点。而UCOS则是一种基于实时操作系统(RTOS)的嵌入式操作系统,其设计目标是为嵌入式应用提供可靠性和稳定性。
EtherCAT是一种高性能、实时性强的工业以太网通信协议,它适用于控制系统、机器人和自动化设备之间的通信。而EtherCAT Master则是指在EtherCAT网络中主控制器的角色,负责与从控制器进行通信、数据传输和控制。
将STM32F4与UCOS和EtherCAT Master结合的目的是实现嵌入式系统的实时控制和通信功能。通过在STM32F4上嵌入UCOS操作系统,可以提供任务调度、实时性和多任务处理能力,从而更好地管理系统资源和响应外部事件。同时,使用EtherCAT Master可以实现与其他EtherCAT从控制器的高速通信,以及实时传输和控制。
整合STM32F4、UCOS和EtherCAT Master可以使嵌入式系统具备高性能、高实时性的特点,并且可以方便地与其他EtherCAT设备进行通信。这样的系统适用于需要实时控制和通信的工业自动化、机器人控制、运动控制等领域。通过使用STM32F4、UCOS和EtherCAT Master,可以提高系统的稳定性和可靠性,实现更高效的控制和通信。
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Taqingjie
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皖豆:
https://www.hexcode.cn/ 想瞻仰下另外一个大神之作,可这个网站无法访问
STM32F303+LAN9252的EtherCAT实现IO、AD、DA
江湖樵夫:
能问问硬件怎么设计的吗
EtherCAT从站调试测试
兮391:
您好,请问有EtherCAT的学习群吗
STM32F303+LAN9252的EtherCAT实现IO、AD、DA
wqerfw9:
能分享下源码吗
STM32F303+LAN9252的EtherCAT实现IO、AD、DA
Hall of Fame.:
有源码可以分享嘛stm32f303
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