tp钱包下载安卓官网app|ethercat协议基础知识
tp钱包下载安卓官网app|ethercat协议基础知识
工控协议解读之EtherCAT协议硬核分析 - 知乎
工控协议解读之EtherCAT协议硬核分析 - 知乎首发于智能制造之家切换模式写文章登录/注册工控协议解读之EtherCAT协议硬核分析智能制造之家化学制品制造业 从业人员写在前面大家好,我是小智,智能制造之家号主~前面我们介绍了西门子、罗克韦尔、施耐德、倍福、三菱等工业巨头的工控协议和端口:西门子、施耐德、三菱、RA:全球主要工控协议及端口解析也原创了很多工业协议相关的硬核文章:技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网最详细的工业网络通讯技术与协议总结解读(现场总线、工业以太网、工业无线)IT、OT 深度融合的当下,无论是OT侧,还是IT侧,各种协议都起到了至关重要的作用,比如前面我们前面已经解读了西门子的S7CommPlus,罗克韦尔的Ethernet/IP、施耐德的UMAS以及OPC UA等:TIAV17+S7-1200:解析最新西门子S7CommPlus协议入门工业通讯之EtherNet/IP协议分析硬核技术分析OPC UA—面向未来的工业通信全解析西门子、施耐德、罗克韦尔:三大工控厂商PLC密码保护突破之旅工控巨头西门子、施耐德私有S7、UMAS协议解析与PLC密码破解今天我们工业控制协议解读之EtherCAT~转载自网络安全应急技术国家工程实验室 ,作者 | 天融信 一、概述EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)是一种基于以太网的开发构架的实时工业现场总线通讯协议,最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff Automation GmbH) 研发。它于2003年被引入市场,于2007年成为国际标准,并于2014年成为中国国家标准。EtherCAT的出现为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步,可选线缆冗余,和功能性安全协议(SIL3)。 二、原理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,将其解码,之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT是一种实时以太网技术,由一个主站设备和多个从站设备构成。主站可以使用标准网卡实现,从站选用特定的EtherCAT从站控制器ESC(EtherCAT Slave Controller)或者FPGA实现。EtherCAT报文(标准的ISO/IEC 8802-3以太网帧)由主站设备发出,途经各个从站设备,从站设备在报文经过时进行提取或插入数据。当报文到达网段内最后一个从站设备时再反方向传输,最后由第一个从站设备把收集到的信息返回到主站设备。图2.1 过程数据插入至报文中 三、拓扑EtherCAT支持总线型、树型或星型等多种拓扑结构。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。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,还可以使用基于以太网的星型拓扑结构。EtherCAT 系统最多可容纳65535个设备,因此整个网络规模几乎是无限制的。采用不同的传输电缆可以最大限度地发挥布线的灵活性。灵活而价格低廉的标准以太网插接电缆可通过以太网模式(100baseTX)或通过E总线来传输信号。光纤(PFO)可以用于特殊的应用场合。以太网带宽(如不同的光缆及铜缆)可以结合交换机或媒介转换器使用。快速以太网的物理特性可以使设备之间的距离达到100米,而E-bus只能保障10米的间距。快速以太网或 E-bus可以按照距离要求进行选择。图3.1 灵活的拓扑结构 四、协议格式介绍4.1 EtherCAT 以太网EtherCAT数据可以使用标准的IEEE 802.3以太网数据帧传输,格式如图4.1所示,由以太网头、EtherCAT帧和FCS(帧校验)组成。图4.14.1.1以太网帧头Dest Mac和Src Mac分别表示接收方MAC地址、发送方MAC地址,VLAN Tag为可选字段,可以省略,值为IEEE 802.1规定的 0x81,0x00和2字节标签控制信息.Ether Type值为0x88A4,表示EtherCAT协议。4.1.2EtherCAT帧EtherCAT帧格式如图4.2所示,分为头和数据两个部分。图4.2EtherCAT头:Length字段值为EtherCAT数据的长度,Res为保留位,Type值的不同后续EtherCAT数据格式也不相同,值可以取:0x0001:EtherCAT DLPDU0x0004:network变量0x0005:邮箱EtherCAT数据(主要介绍EtherCAT DLPDU):EtherCAT数据如图4.3所示,由多个子报文组成,每个子报文由子报文头、数据和WKC构成。图4.3子报文头:数据:数据的类型根据Cmd和Address这个字段确定。Address前16bit代表从站地址,后16bit代表寄存器地址,当Cmd为逻辑寻址类型时,Address整个32bit代表逻辑地址。寄存器地址大于0x1000,考虑是否为邮箱数据,邮箱数据在从站中的地址为SM0-SM1,SM0起始位置为0x1000 ,SM2-SM3属于FMMU(总线内存管理单元),只能逻辑地址访问。WKC:WKC(工作计数器)初始值由主站设置为0,当子报文经过从站时会对WKC进行增加,增加的数值根据Cmd的不同有所区别。当数据帧返回主站后,主站设备会根据WKC的值来判断报文是否被正确处理。4.1.3 FCS接收方可以用FCS值来判断数据是否完整。4.2 EtherCAT UDP在4.1介绍了EtherCAT利用以太网帧传输的报文格式,EtherCAT协议还可以作为UDP/IP数据报传输,如图4.4所示,二者报文格式的区别主要为增加了IP头和UDP头,EtherCAT UDP协议适用于实时性要求不是很严格的场合。图4.44.3 报文示例包含EtherCAT帧的以太网头如图4.5所示:图4.5EtherCAT帧头如图4.6所示:图4.6EtherCAT帧数据中其中子报文如图4.7所示:图4.7五、寻址方式及命令类型在EtherCAT子报文中的Address字段用于对EtherCAT设备进行寻址,寻址方式有位置寻址、节点寻址、逻辑寻址。5.1位置寻址位置寻址方式根据从站的物理位置来实现,在子报文头中Address字段前16bit用于存放地址值,报文每经过一个从站设备,地址值加1,当从站接收到地址值为0的报文则就是该从站需要接收的报文。5.2节点寻址节点寻址是通过主站在数据链路层启动阶段配置的节点地址来寻址从站。这确保了即使网段的拓扑结构改变或者设备增加/减少,从站设备也能通过相同的地址配置来寻址。5.3逻辑寻址首先需要了解FMMU(总线内存管理单元),存在于从站芯片ESC中,主要负责建立从站物理地址与主站逻辑地址的映射关系。逻辑寻址使用子报文头中Address字段全部空间来表示4GB的逻辑地址空间。当从站收到报文时,会检查报文中地址与FMMU中的地址是否相符,相符则根据具体命令进行读写操作。5.4命令类型EtherCAT可以根据寻址方式的不同对命令类型进行分类。六、总结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。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。硬核专辑ERP/PLM/MES/SCADA/PLC/工业软件研究报告信息化、数字化、智能制造、工业互联网解决方案自动化、信息化、数字化、工业网络、仿真与虚拟调试入门WinCC技术 | 工业网络 | MES技术相关| 工业巨头战略布局 | 工业通讯案例 仿真与虚拟调试 | 职业感悟、认知提升 | 自动化控制标准合集工业数据采集(MES\SCADA\PLC\IOT\传感器..)产业研究报告2021-08-24详细解读全球工业数字孪生主流玩家、技术体系与产业布局2021-08-19西门子、达索、PTC、中望:全球CAD核心玩家产品力对比分析2021-08-16工业软件深度报告之生产管控篇(MES+SCADA+DCS+PLC)2021-08-15MES与ERP主流接口方式与主要交互数据项2021-08-13XX汽车焊装智能工厂控制系统与信息系统(PLC+SCADA+MES)规划设计2021-08-10全球CAE市场:西门子、达索、ANSYS...,国产工业软件“无人区”2021-08-09工控系统行业报告:PLC/DCS/SCADA市场的中国机遇2021-08-08体系解读智能制造、核心技术及关键系统(300页PPT下载)2021-08-07180页PPT,详述汽车数字化工厂核心技术2021-08-06数字化车间网络搭建之PLC间跨网段通讯的4种方法2021-08-03中国智能机床行业全产业链分析2021-08-02工厂信息化系统(ERP、PLM、MES、WMS)架构设计与建设规划2021-07-31海外工业软件研究之西门子:成功密码2021-07-29发布于 2021-09-24 10:44工控工业自动化智能制造赞同 111 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录智能制造之家微信公众号:智能制造之家,10W+朋友共话智
EtherCAT Technology Group | 技术概览
EtherCAT Technology Group | 技术概览
EN
|
DE
|
ES
|
IT
|
CN
|
JP
主页
新闻
市场活动
新闻发布
联系方式
会员专区
搜索
技术概览 技术概览 为何使用EtherCAT? 协会组织 常见问题 会员相关 供应商ID 产品指南 资料下载 一致性测试 EtherCAT G EtherCAT P Safety over EtherCAT EtherCAT 和 TSN 技术汇编 开发者论坛 知识库
退出
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PCI
3.9 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 Controller
5.2.2 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 SÜD Rail)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.
http://www.semi.org
[10]
IEC 61784-2 (Ed.1.0), Industrial communication networks – Profiles – Part 2: Additional fieldbus profiles for real-time networks based on ISO/IEC 8802-3
EtherCAT样本
了解更多关于最快的“工业以太网现场总线”的详细信息
中文
英文
德文
西班牙语
意大利文
法语
日文
韩文
EtherCAT多媒体视频
EtherCAT技术协会
工业以太网通信技术EtherCAT运行原理
EtherCAT技术简介
【EtherCAT】一、入门基础_ethercat通讯协议-CSDN博客
>【EtherCAT】一、入门基础_ethercat通讯协议-CSDN博客
【EtherCAT】一、入门基础
最新推荐文章于 2024-01-05 16:53:58 发布
跋扈洋
最新推荐文章于 2024-01-05 16:53:58 发布
阅读量5.2k
收藏
56
点赞数
5
分类专栏:
ECAT
文章标签:
ECAT
版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/qq_44629109/article/details/131125537
版权
ECAT
专栏收录该内容
3 篇文章
5 订阅
订阅专栏
什么是EtherCAT?
介绍简介特点和优势EtherCAT系统组成主站从站
硬件EtherCAT主站芯片EtherCAT从站芯片
EtherCAT应用层协议
工具软件
介绍
简介
EtherCAT(Ethernet Control Automation Technology)是一种高性能实时以太网通信协议,用于在工业自动化领域中进行实时控制和通信。它是由德国Beckhoff自动化公司在2003年开发的,并被国际电工委员会(IEC)标准化为IEC 61158标准。
EtherCAT的设计目标是实现极低的通信延迟和高带宽的数据传输,以满足高速控制和数据采集的需求。它通过一种特殊的主从架构实现,其中一个主站(Master)负责协调整个网络,而从站(Slave)则负责提供输入输出功能。
特点和优势
实时性能:EtherCAT具有非常低的通信延迟,通常在微秒级别,这使得它适用于对实时性要求较高的应用,如高速运动控制和精密定位系统。 高带宽:EtherCAT支持高达100Mbps的数据传输速度,能够满足大量实时数据和控制信息的传输需求。 灵活性:EtherCAT支持灵活的拓扑结构,可以适应各种网络配置,包括星形、总线型、树型等。它还支持热插拔设备和自动配置,简化了网络的部署和维护。 易于集成:EtherCAT可以与现有的以太网基础设施兼容,因此可以与其他以太网设备进行无缝集成。此外,EtherCAT还提供了各种接口和开发工具,使得开发人员能够轻松地实现EtherCAT的应用。 开放标准:EtherCAT是一个开放的标准,遵循国际电工委员会(IEC)的标准化规范,因此可以被各个厂商和组织广泛采用和支持。
EtherCAT已经在工业自动化领域得到广泛应用,包括机器人控制、工业自动化设备、测试和测量系统等。它的高性能和可靠性使得它成为一种理想的通信协议,用于实现实时控制和数据传输。
EtherCAT系统组成
EtherCAT由一个主站设备和多个从站设备组成。主站设备使用标准的以太网控制器,具有良好的兼容性,任何具有网络接口卡的计算机和具有以太网控制的嵌入式设备都可以作为EtherCAT的主站。对于PC计算机而言,主站控制器多采用倍福开发的TwinCAT软件。EtherCAT从站使用专门的从站控制器(ESC),如专用集成芯片ET1100和ET1200,或者是利用FPGA集成EtherCAT通信功能的的IP-Core。EtherCAT物理层使用标准的以太网物理层器件,如传输介质通常使用100BASE-TX规范的5类UTP线缆。
在EtherCAT网络中,主站和从站之间的通信是实时的、高效的和可靠的。主站通过广播方式将命令和控制数据传输到所有的从站,从站接收到相应的数据后进行处理并发送响应。这种并行处理的方式使得EtherCAT能够实现低延迟和高带宽的数据交换,适用于对实时性要求较高的工业自动化应用。
主站
主站(Master):主站是EtherCAT网络中的中央控制单元,负责协调整个网络的操作和通信。主站通过发送命令和控制数据来控制和监视从站的行为。主站还负责在网络中进行同步和时序控制,确保从站按照预定的时间表执行任务。主站通常由一台计算机、PLC(可编程逻辑控制器)或专用的EtherCAT主站控制器实现。 主站的主要功能包括:
网络管理:主站负责网络配置和管理,包括从站的添加和删除、参数设置和诊断等。数据交换:主站向从站发送命令和控制数据,接收从站的反馈和状态信息,实现数据交换和通信。同步控制:主站通过发送同步信号确保网络中的从站按照统一的时间基准执行任务,实现精确的同步控制。
从站
从站(Slave):从站是EtherCAT网络中的被控制设备或模块,负责提供输入输出功能和执行主站的命令。从站可以是各种工业自动化设备,如传感器、执行器、驱动器等。从站接收主站发送的命令和控制数据,并根据指令执行相应的操作。从站还将采集的数据和状态信息反馈给主站。 从站的主要功能包括:
数据交换:从站接收主站发送的命令和控制数据,并将采集的数据和状态信息发送回主站。响应控制:从站根据主站的命令执行相应的操作,如控制执行器的运动、读取传感器数据等。状态反馈:从站向主站报告设备的状态和异常信息,以供主站进行诊断和监控。
硬件
EtherCAT从站常使用ESC+MCU结构,如下图:
EtherCAT主站芯片
EtherCAT主站芯片是用于构建EtherCAT网络中主站(Master)功能的集成电路。它们提供了实时通信和控制所需的硬件和软件支持,使得开发人员能够轻松实现EtherCAT通信并控制从站(Slave)设备。 以下是几个常见的EtherCAT主站芯片:
Beckhoff ET1100系列:Beckhoff自家开发的EtherCAT主站芯片。它具有高性能和可靠性,支持高速EtherCAT通信,可用于实现实时控制和数据传输。Renesas R-IN32系列:Renesas电子公司推出的EtherCAT主站芯片。这些芯片集成了ARM Cortex-A处理器和EtherCAT通信控制器,具有强大的处理能力和丰富的接口选项。TI (Texas Instruments) Sitara系列:Sitara系列芯片是一种综合型芯片,集成了ARM Cortex-A处理器和EtherCAT主站功能。它们适用于嵌入式控制器和工业自动化应用,提供了灵活性和可编程性。Intel Cyclone系列:Cyclone系列FPGA芯片由Intel提供,可以用于实现EtherCAT主站功能。这些芯片具有可编程性,可以根据应用需求进行定制和优化。
EtherCAT从站芯片
从站芯片是用于构建EtherCAT网络中从站(Slave)设备功能的集成电路。它们提供了实时通信和控制所需的硬件和软件支持,使得开发人员能够轻松实现从站设备的EtherCAT通信和响应主站的指令。
以下是几个常见的EtherCAT从站芯片:
Beckhoff ET1200系列:Beckhoff自家开发的EtherCAT从站芯片。它提供了高性能的EtherCAT通信功能,可用于实现从站设备与EtherCAT网络的连接和通信。亚信ASIX AX58100:AX58100是一款2/3端口EtherCAT从站控制器(ESC),集成两个支持100Mbps全双工操作与HP Auto-MDIX功能的快速以太网PHY。Renesas R-IN32M系列:Renesas电子公司推出的高性能EtherCAT从站芯片。它们支持多种接口和功能,适用于各种工业自动化设备的EtherCAT通信需求。TI (Texas Instruments) Sitara系列:Sitara系列芯片是一种综合型芯片,集成了ARM Cortex-A处理器和EtherCAT从站功能。它们适用于嵌入式控制器和工业自动化应用,具有灵活性和可编程性。硬件FPGA:除了专门的从站芯片,一些开发人员也选择使用FPGA(现场可编程门阵列)来实现EtherCAT从站功能。使用FPGA可以灵活定制从站的功能和接口,适应各种应用需求。
EtherCAT应用层协议
EtherCAT的应用层直接面向应用任务,它定义了应用程序与网络连接的接口,为应用程序访问网络提供手段和服务。通过对常用协议进行简单修改,与EtherCAT通讯协议相兼容,从而可得EtherCAT多种应用层协议,主要包括:EoE、CoE,SoE以及FoE等。
EtherCAT协议本身具有良好的同步特性和数据传输速度,非常适用于伺服系统的控制,其中CoE与SoE可实现交流伺服驱动器控制的应用层。CoE是在CANopen协议基础上,对协议进行了一些补充。CoE完全遵从CANopen的应用行规,其中CiA402行规用于伺服和运动控制。SERCOS是一种高性能数字伺服实时通信接口协议,包含多种通信技术和设备行规。SoE是指在EtherCAT协议下运行SERCOS协议规定的伺服控制行规,使用EtherCAT协议操作SERCOS行规定义的伺服参数和控制数据。
工具软件
以下内容在公众号:《物联网知识》后台均可获取
TwinCAT:用于充当ECAT主站和从站烧写EEPROMAltova XMLSpy 2013:用于读写XML文件SSC_V5i12:从站协议栈代码工具,是EtherCAT协会为会员免费提供的KEIL 5:STM32 IDE
优惠劵
跋扈洋
关注
关注
5
点赞
踩
56
收藏
觉得还不错?
一键收藏
打赏
知道了
0
评论
【EtherCAT】一、入门基础
EtherCAT(Ethernet Control Automation Technology)是一种高性能实时以太网通信协议,用于在工业自动化领域中进行实时控制和通信。它是由德国Beckhoff自动化公司在2003年开发的,并被国际电工委员会(IEC)标准化为IEC 61158标准。EtherCAT的设计目标是实现极低的通信延迟和高带宽的数据传输,以满足高速控制和数据采集的需求。它通过一种特殊的主从架构实现,其中一个主站(Master)负责协调整个网络,而从站(Slave)则负责提供输入输出功能。
复制链接
扫一扫
专栏目录
EtherCAT主站配置过程分析
01-15
固高主站+一个固高GTHD伺服驱动Ethercat通讯建立全过程分析
EtherCAT入门教程.pdf
11-05
EtherCAT入门教程.pdf
参与评论
您还未登录,请先
登录
后发表或查看评论
EtherCat 从站控制芯片
最新发布
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。
EtherNet基础入门思维导图
07-12
1、包含标准以太网OSI模型
2、EtherCat协议
3、EtherNet/IP协议
适合新手扫盲,或对以太网知识学习要求不高的同学使用
ethercat通讯协议的详细说明及编程提示
12-13
详细讲述了ethercat通讯协议及其编程
EtherCAT 应用层协议的部分理解(一)
王三三
06-22
2万+
不对EtherCAT进行介绍,只谈谈对EtherCAT应用层协议的简单理解1、COE (CANopen over EtherCAT) 一种基于且完全遵循CANopen协议的通信协议 用途:
1、用于驱动PDO对象,实现PDO对象间数据通信
2、用于驱动SDO对象,实现SDO对象间的数据传输 分类:
1、周期性过程数据通信 – 驱动PDO
倍福EtherCAT通信协议详细解析
weixin_41883890的博客
06-07
2万+
单轴的运动控制系统可分为开环、半闭环和闭环伺服系统。多轴运动控制系统可以分成点位控制、连续轨迹控制和同步控制。典型的运动控制系统,从结构上看,包括上位机控制窗口、运动控制器、驱动器、电机以及测量反馈系统等几个部分组成:
1.2 实时以太网
实时以太网(RTE, Real Time Ethernet)是常规以太网技术的延伸,以便满足工业控制领域的实时性数据通信要求。目前,国际上有多种实时工业以太网协议,根据不同的实时性和成本的要求使用不同的原理,大致可以分为以下三类:
(1)基于TCP/IP实现的工业以太
EtherCAT介绍
人人都懂物联网
03-11
1万+
EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统,EtherCAT名称中的CAT为Control Automation Technology(控制自动化技术)首字母的缩写。最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff Automation GmbH) 研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准,同时,它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。
EtherCAT设备协议详解一、EtherCAT概述
EtherCAT
12-16
3626
• 国际范围内涵盖的开放技术标准(IEC61158,61784,61800和ISO 15745)• 用于控制自动化技术的以太网(EtherCAT) 是一种基于以太网的现场总线系统。后面介绍上图中的从站设备协议,图上内容很多,原图可以从ethercat官网获取。• 涉及从站和从站的设置节点采用物理连接的菊花链样式但在逻辑上按循环运行。• EtherCAT专注于精确、低抖动从节点间同步 (≤ 1 μs)• 每个从站“动态”处理消息数据当帧从一个节点传递到下一个节点时。– ETG拥有EtherCAT的权利。
EtherCAT (学习笔记)
热门推荐
pwl999的博客
10-31
6万+
文章目录1. 简介1.1 运动控制1.2 实时以太网1.3 EtherCAT2. EtherCAT原理介绍2.1 实时性2.2 端口管理2.3 EtherCAT网络拓扑2.4 EtherCAT网络协议栈2.5 EtherCAT数据帧格式2.6 EtherCAT设备寻址方式2.7 分布式时钟(Distribute Clock)2.8 应用层(Application Layer)2.9 设备配置(Device Profile)2.10 主站设计2.11 从站设计3. 应用层(Application Layer)
工控协议解读之EtherCAT协议硬核分析(转自知乎“智能制造之家“)
qq_43599327的博客
09-07
7035
EtherCAT协议
倍福EtherCAT/Ethernet电缆基础EthernetCabling.chm
04-27
倍福EtherCAT/Ethernet电缆基础
EtherCAT标准,第一部
04-06
EtherCAT的标准规范,第一部,中文版,等价于GB/T 31230.1-2014
EtherCAT协议基础知识(Part 1)
工业通讯__HongKe的博客
10-10
6802
一、EtherCAT概述
1.特性
①开放的技术
EtherCAT全称EtherNetControlAutomationTechnology,是由德国倍福(Beckhoff)公司提出的一种实时以太网技术。EtherCAT是一种开放但不开源的技术,意味着您可以任意使用这项技术,但若要进行相关设备的开发,则需要向倍福公司获取相关授权。
②快速性
相比传统现场总线,EtherCAT的数据传输速率有了极大的提升,可选10Mbit/s或100Mbit/s,甚至依托补充的EtherCATG技术,传...
EtherCAT简介
weixin_41883890的博客
06-30
2394
EtherCAT(用于控制自动化技术的以太网)是Beckhoff(倍福)在2003年开发的实时以太网网络。它基于CANOPEN协议和以太网,但是与Internet通信或网络通信不同之处在于,它专门针对工业自动化控制进行了优化。这些标准由EtherCAT技术小组(简称ETG)定义和维护。使用OSI网络模型,以太网和EtherCAT依赖于相同的物理和数据链路层。除此之外,由于针对不同任务进行了优化,因此这两个网络在设计上有所不同。例如,以太网被设计为通过许多不同的节点发送大量数据。它能够与数十亿个单独的地址之间
EtherCAT协议基础知识(Part 2)
工业通讯__HongKe的博客
10-12
4805
二、EtherCAT物理层和链路层
1.物理层
倍福对EtherCAT协议的物理层实现提供了两种方案:普通方案以及EtherCATP方案;
①普通方案:采用通用的、低成本的RJ45接口,以及物理层PHY芯片,通信介质可采用TX(双绞线,最大传输距离100m)或FX(光纤,最大传输距离20km)进行传输,另有LVDS形式可供进行电路板级的协议数据传输。
②EtherCATP方案:EtherCAT P(P = power,电源)是对EtherCAT 标准协议的补充。它不仅传输通信数据,而且通过单..
EtherCAT协议介绍
波波诸葛伟
06-30
4716
EtherCAT协议介绍
前言
EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)是一种基于以太网的开发构架的实时工业现场总线通讯协议,它于2003年被引入市场,于2007年成为国际标准,并于2014年成为中国国家标准。EtherCAT的出现为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准。
1)EtherCAT是最快的工业以太网技术之一,同时它提供纳秒级精确同步。相对于设置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CP
倍福EtherCAT通信协议原理
weixin_41883890的博客
04-18
9165
1、 EtherCAT提出背景:
EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一个开放架构,以以太网为基础的现场总线系统,全称为Control Automation Technology字首的缩写。
2、 自动化对通讯的要求:要求较短时间的资料更新、资料同步时的通讯抖动量低,硬件成本低、EtherCAT开发的目的就是让以太网可以运用在自动化应用中。
3、 机能原理:工业自动化通信各节点传输的资料长度补偿,多半比以太网帧的最小长度要小。因此如果每个结点资料更新都要送出一个帧就造成带宽的低利用率,网络的整体性能也
Ethercat概念学习
weixin_43914278的博客
04-10
1580
最近我们要基于Ethercat技术进行开发,首先需要了解其基本原理,github上看到了有相关实现,一起来看看吧。
ethercat的一条pdo指令
06-10
一个常见的 EtherCAT PDO 指令如下:
```
0x1600 01 00 00 00 00 00 00 00
```
其中,`0x1600` 是对象字典索引(index),`01` 是子索引(subindex),后面的 8 个字节是数据。这个指令的含义是读取对象字典索引为 0x1600、子索引为 1 的对象的值。具体的含义需要根据对象字典来确定。
“相关推荐”对你有帮助么?
非常没帮助
没帮助
一般
有帮助
非常有帮助
提交
跋扈洋
CSDN认证博客专家
CSDN认证企业博客
码龄5年
企业员工
248
原创
5859
周排名
1万+
总排名
86万+
访问
等级
6037
积分
2976
粉丝
827
获赞
278
评论
5456
收藏
私信
关注
热门文章
AS608指纹模块详解
63942
VSCode配置C/C++环境
52763
几十本书籍、固态硬盘、蓝牙音箱等礼品免费送!
28745
定位模块介绍及使用(GPS、北斗、GLONASS、伽利略、准天顶)
25978
超声波测距模块(51单片机)
15752
分类专栏
程序设计
付费
8篇
软硬结合
付费
8篇
项目实战
付费
8篇
鸿蒙
20篇
物联网
7篇
C++
21篇
STM32入门到精通(嵌入式开发基础)
35篇
ECAT
3篇
C# 程序设计
16篇
RTOS开发入门到精通(嵌入式开发基础)
14篇
数据结构
19篇
网页开发
5篇
python与数字图像处理
17篇
微机原理即接口技术
13篇
代码学习
23篇
STM32课程项目设计
8篇
Arduino 教程---DIY机器人及米思齐Mixly学习
17篇
硬件开发
7篇
51单片机从入门到精通
8篇
最新评论
WiFi---AP+STA共存模式(ESP8266)
KevinLi945:
2个地方错误,有一个是【udp.begin(localPort); 】
在Linux上实现ECAT主站
Taqingjie:
你好博主,你是用什么工控机做这个主站的了,求教
VSCode配置C/C++环境
ABC_NewsD:
为什么我的显示“路径不是文件”
超声波测距灯(Arduino、米思齐Mixly)
陈墨瞳丨:
您好这个juli变量用int声明不是已经是整数了么,为什么还要用String(). toint()啊
STM32(五)------GPIO位带操作
you can do this:
感觉好复杂 看不懂
最新文章
HarmonyOS开发:基于IIC的OLED多种显示
搭建HarmonyOS开发环境(OpenHarmony3.2)
DSP串口收发,通信中断后,不能重连的问题及解决(TMS320F28379D)
2023年21篇
2022年91篇
2021年41篇
2020年80篇
2019年15篇
目录
目录
分类专栏
程序设计
付费
8篇
软硬结合
付费
8篇
项目实战
付费
8篇
鸿蒙
20篇
物联网
7篇
C++
21篇
STM32入门到精通(嵌入式开发基础)
35篇
ECAT
3篇
C# 程序设计
16篇
RTOS开发入门到精通(嵌入式开发基础)
14篇
数据结构
19篇
网页开发
5篇
python与数字图像处理
17篇
微机原理即接口技术
13篇
代码学习
23篇
STM32课程项目设计
8篇
Arduino 教程---DIY机器人及米思齐Mixly学习
17篇
硬件开发
7篇
51单片机从入门到精通
8篇
目录
评论
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
查看更多评论
添加红包
祝福语
请填写红包祝福语或标题
红包数量
个
红包个数最小为10个
红包总金额
元
红包金额最低5元
余额支付
当前余额3.43元
前往充值 >
需支付:10.00元
取消
确定
下一步
知道了
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝
规则
hope_wisdom 发出的红包
打赏作者
跋扈洋
编写不易,打赏支持一下我吧
¥1
¥2
¥4
¥6
¥10
¥20
扫码支付:¥1
获取中
扫码支付
您的余额不足,请更换扫码支付或充值
打赏作者
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额
0
抵扣说明:
1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。 2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。
余额充值
EtherCAT协议基础知识(Part 1) - 知乎
EtherCAT协议基础知识(Part 1) - 知乎切换模式写文章登录/注册EtherCAT协议基础知识(Part 1)虹科工业智能互联一、EtherCAT概述1.特性①开放的技术EtherCAT全称EtherNet Control Automation Technology,是由德国倍福(Beckhoff)公司提出的一种实时以太网技术。EtherCAT是一种开放但不开源的技术,意味着您可以任意使用这项技术,但若要进行相关设备的开发,则需要向倍福公司获取相关授权。②快速性相比传统现场总线,EtherCAT的数据传输速率有了极大的提升,可选10Mbit/s或100Mbit/s,甚至依托补充的EtherCAT G技术,传输速率可达1000Mbit/s;同时EtherCAT基于标准以太网帧传输,单帧数据用容量可达1486 Bytes。这使得在传输数据量方面EtherCAT有无比的优越性。③拓扑的灵活性EtherCAT几乎支持所有的拓扑结构:星型、线性、树型、菊花链型等,并支持各类电缆、光纤等多种通信介质,还支持热插拔特性,保证了各设备之间连接的灵活性。同时EtherCAT几乎没有设备容量限制,最大从站设备数可达65535个,使得网络中无需交换机的存在,仅通过设备间的拓扑结构即能使得EtherCAT数据直达每个从站。④同步的精准性对于像多个伺服轴执行协同运动等一类应用,其对数据同步性要求甚高。而EtherCAT可选择使用分布式时钟(DC)的方式同步节点,并采用完全基于硬件的时间校准机制,使得整个系统抖动时间远小于1us,能够完全适用于这样的应用之下。如下图所示,300个EtherCAT站点间的信号时间抖动仅有20ns:⑤高可用性EtherCAT可通过简单的措施实现线缆的冗余性。通过将网络中最后一个站点与主站设备中的以太网端口连接,即可将线型拓扑结构扩展为环型冗余拓扑结构。当线缆损坏或站点故障发生时,主站堆栈中的附加软件检测就会检测到,并立刻切到换冗余线路中运行,而各站点无需为此而改变,甚至不会意识到网络通信正在冗余线路中运行。2. ISO/OSI参考模型图:EtherCAT的ISO/OSI参考模型EtherCAT仅使用了物理层、链路层、应用层三层协议,与多数传统的现场总线相同,但相比于其它实时以太网协议,如PROFINET、EtherNet/IP等,其协议栈更加精简。这也是EtherCAT协议的实时性优越于其它实时以太网协议的重要原因之一。3.EtherCAT主从架构图:EtherCAT主从架构EtherCAT网络采用主从架构,网络组态于PC主机上进行配置,需要使用到相应的EMI(EtherCAT Master Information Files)、ESI(EtherCAT Slave Information Files)文件,经专用配置软件(通常于主站配置软件中集成)进行配置后生成ENI(EtherCAT Network Information Files)文件下载至主站中,主站便依据该文件进行整个网络的识别。图中关于EtherCAT从站设备的内部组成,即是一个实现EtherCAT协议OSI模型的过程:RJ45网口、PHY物理层芯片用于实现物理层协议;ESC用于实现链路层协议,通常使用倍福官方的ET1100芯片实现;MCU则用于实现应用层协议,需要厂商自行根据相应的协议编写程序代码,或是直接使用协议栈代码实现。4.报文帧传输方式EtherCAT报文帧只能由主站进行发送,在一个通讯周期内,主站发送以太网数据帧给各个从站,数据帧到达从站后,每个从站根据寻址从数据帧内提取相应的数据,并把它反馈的数据写入数据帧。当数据帧发送到最后一个从站后返回,并通过第一个从站返回至主站。这种传输方式能够在一个周期内实现数据通讯,还改善了带宽利用率,最大有效数据利用率达90%以上。(这种传输方式有点类似于现实生活中的环型地铁,列车上的人到达自己的目的站点后下车,每个站点的人也会相应上车。)发布于 2020-10-10 14:37以太网(Ethernet)交换机网络通信赞同 323 条评论分享喜欢收藏申请
EtherCAT协议基础知识(Part 2) - 知乎
EtherCAT协议基础知识(Part 2) - 知乎切换模式写文章登录/注册EtherCAT协议基础知识(Part 2)虹科工业智能互联二、EtherCAT物理层和链路层1.物理层倍福对EtherCAT协议的物理层实现提供了两种方案:普通方案以及EtherCAT P方案;①普通方案:采用通用的、低成本的RJ45接口,以及物理层PHY芯片,通信介质可采用TX(双绞线,最大传输距离100m)或FX(光纤,最大传输距离20km)进行传输,另有LVDS形式可供进行电路板级的协议数据传输。②EtherCAT P方案:EtherCAT P(P = power,电源)是对EtherCAT 标准协议的补充。它不仅传输通信数据,而且通过单根、标准的四线以太网电缆传输外围电压。2.链路层EtherCAT链路层的总体特点如下:①采用IEEE 802.3标准以太网帧结构;②支持UDP,不支持IP协议;③报文帧的传输要通过专用硬件(如ET1100)。其帧结构如下图所示:EtherCAT报文帧分为基础报文帧和UDP报文帧,区别在于帧结构中是否含有UDP的数据部分,并均支持带上VLAN标签;而由于UDP报文帧因为时延较大,应用较少,因此我们仅以基础报文帧进行介绍,以下为基础报文帧的帧结构:其中Datagram部分参数含义如下:Cmd:8bit命令码。具体有RD(读)、WR(写)、RW(读写)等行为,结合下面提到的数种寻址方式(AP、FP、L、B)共同构成命令码部分;Idx:8bit索引值,表示该帧的索引号,可供主站识别该帧;Address:32bit寻址方式,又可细分为4种具体的寻址方式:1)广播寻址(B):表明每个从站都可识别该帧;2)自增量寻址(AP):从0开始,以负自增的形式,顺序识别每一个从站(0x0000、0xFFFF、0xFFFE……),每经过一个从站,该帧的地址值会自动减1;通常用于主站启动时进行整个网络组态的扫描;3)定点寻址(FP):表明该帧识别特定从站种的特定数据,包括16bit节点地址与16bit偏移量;意味着固定寻址最多带动65536(216)个从站,且每个从站的数据最多也为65536(216)个:4)逻辑寻址(L):主站配备4G(232)的内存空间用于逻辑地址的存储,而逻辑地址依据各从站中的FMMU管理机制,映射至所有从站中的所有数据;主站在帧中只需携带某个逻辑地址,即可寻址到任意从站中的任意数据:Len:11bit数据段长度,与后面Data段长度对应;R:3bit保留位;C:1bit帧循环标志;M:1bit后续报文标志,0表示当前报文为最后一个报文,1表示后续会提供更多报文;IRQ:16bit中断请求标志;Data:报文帧数据段,可为0-1486 Bytes;FMMU管理机制:FMMU管理机制用于每个从站的每个数据进行自身物理地址与通信逻辑地址的映射。对于主站而言,相同一个逻辑地址可以对应多个从站的物理地址,从而能够实现1条报文访问多个从站的特定数据。WKC自增计数器:自增计数器,用于校检报文帧的命令是否正确的运行。报文帧的命令码得到正确执行后,相应的WKC会自增相应的值,在该报文从发出到返回主站时,主站会依据报文帧WKC内的值,与发送时计算得出的正确执行命令时应该接收到的值作对比,从而判断该报文帧有无正确执行。若需要更多帮助,欢迎联系我们发布于 2020-10-12 10:34通讯协议赞同 7添加评论分享喜欢收藏申请
EtherCAT协议基础知识(Part 1) - 知乎
EtherCAT协议基础知识(Part 1) - 知乎切换模式写文章登录/注册EtherCAT协议基础知识(Part 1)虹科工业智能互联一、EtherCAT概述1.特性①开放的技术EtherCAT全称EtherNet Control Automation Technology,是由德国倍福(Beckhoff)公司提出的一种实时以太网技术。EtherCAT是一种开放但不开源的技术,意味着您可以任意使用这项技术,但若要进行相关设备的开发,则需要向倍福公司获取相关授权。②快速性相比传统现场总线,EtherCAT的数据传输速率有了极大的提升,可选10Mbit/s或100Mbit/s,甚至依托补充的EtherCAT G技术,传输速率可达1000Mbit/s;同时EtherCAT基于标准以太网帧传输,单帧数据用容量可达1486 Bytes。这使得在传输数据量方面EtherCAT有无比的优越性。③拓扑的灵活性EtherCAT几乎支持所有的拓扑结构:星型、线性、树型、菊花链型等,并支持各类电缆、光纤等多种通信介质,还支持热插拔特性,保证了各设备之间连接的灵活性。同时EtherCAT几乎没有设备容量限制,最大从站设备数可达65535个,使得网络中无需交换机的存在,仅通过设备间的拓扑结构即能使得EtherCAT数据直达每个从站。④同步的精准性对于像多个伺服轴执行协同运动等一类应用,其对数据同步性要求甚高。而EtherCAT可选择使用分布式时钟(DC)的方式同步节点,并采用完全基于硬件的时间校准机制,使得整个系统抖动时间远小于1us,能够完全适用于这样的应用之下。如下图所示,300个EtherCAT站点间的信号时间抖动仅有20ns:⑤高可用性EtherCAT可通过简单的措施实现线缆的冗余性。通过将网络中最后一个站点与主站设备中的以太网端口连接,即可将线型拓扑结构扩展为环型冗余拓扑结构。当线缆损坏或站点故障发生时,主站堆栈中的附加软件检测就会检测到,并立刻切到换冗余线路中运行,而各站点无需为此而改变,甚至不会意识到网络通信正在冗余线路中运行。2. ISO/OSI参考模型图:EtherCAT的ISO/OSI参考模型EtherCAT仅使用了物理层、链路层、应用层三层协议,与多数传统的现场总线相同,但相比于其它实时以太网协议,如PROFINET、EtherNet/IP等,其协议栈更加精简。这也是EtherCAT协议的实时性优越于其它实时以太网协议的重要原因之一。3.EtherCAT主从架构图:EtherCAT主从架构EtherCAT网络采用主从架构,网络组态于PC主机上进行配置,需要使用到相应的EMI(EtherCAT Master Information Files)、ESI(EtherCAT Slave Information Files)文件,经专用配置软件(通常于主站配置软件中集成)进行配置后生成ENI(EtherCAT Network Information Files)文件下载至主站中,主站便依据该文件进行整个网络的识别。图中关于EtherCAT从站设备的内部组成,即是一个实现EtherCAT协议OSI模型的过程:RJ45网口、PHY物理层芯片用于实现物理层协议;ESC用于实现链路层协议,通常使用倍福官方的ET1100芯片实现;MCU则用于实现应用层协议,需要厂商自行根据相应的协议编写程序代码,或是直接使用协议栈代码实现。4.报文帧传输方式EtherCAT报文帧只能由主站进行发送,在一个通讯周期内,主站发送以太网数据帧给各个从站,数据帧到达从站后,每个从站根据寻址从数据帧内提取相应的数据,并把它反馈的数据写入数据帧。当数据帧发送到最后一个从站后返回,并通过第一个从站返回至主站。这种传输方式能够在一个周期内实现数据通讯,还改善了带宽利用率,最大有效数据利用率达90%以上。(这种传输方式有点类似于现实生活中的环型地铁,列车上的人到达自己的目的站点后下车,每个站点的人也会相应上车。)发布于 2020-10-10 14:37以太网(Ethernet)交换机网络通信赞同 323 条评论分享喜欢收藏申请
工控协议解读之EtherCAT协议硬核分析 - 知乎
工控协议解读之EtherCAT协议硬核分析 - 知乎首发于智能制造之家切换模式写文章登录/注册工控协议解读之EtherCAT协议硬核分析智能制造之家化学制品制造业 从业人员写在前面大家好,我是小智,智能制造之家号主~前面我们介绍了西门子、罗克韦尔、施耐德、倍福、三菱等工业巨头的工控协议和端口:西门子、施耐德、三菱、RA:全球主要工控协议及端口解析也原创了很多工业协议相关的硬核文章:技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网最详细的工业网络通讯技术与协议总结解读(现场总线、工业以太网、工业无线)IT、OT 深度融合的当下,无论是OT侧,还是IT侧,各种协议都起到了至关重要的作用,比如前面我们前面已经解读了西门子的S7CommPlus,罗克韦尔的Ethernet/IP、施耐德的UMAS以及OPC UA等:TIAV17+S7-1200:解析最新西门子S7CommPlus协议入门工业通讯之EtherNet/IP协议分析硬核技术分析OPC UA—面向未来的工业通信全解析西门子、施耐德、罗克韦尔:三大工控厂商PLC密码保护突破之旅工控巨头西门子、施耐德私有S7、UMAS协议解析与PLC密码破解今天我们工业控制协议解读之EtherCAT~转载自网络安全应急技术国家工程实验室 ,作者 | 天融信 一、概述EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)是一种基于以太网的开发构架的实时工业现场总线通讯协议,最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff Automation GmbH) 研发。它于2003年被引入市场,于2007年成为国际标准,并于2014年成为中国国家标准。EtherCAT的出现为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步,可选线缆冗余,和功能性安全协议(SIL3)。 二、原理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,将其解码,之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT是一种实时以太网技术,由一个主站设备和多个从站设备构成。主站可以使用标准网卡实现,从站选用特定的EtherCAT从站控制器ESC(EtherCAT Slave Controller)或者FPGA实现。EtherCAT报文(标准的ISO/IEC 8802-3以太网帧)由主站设备发出,途经各个从站设备,从站设备在报文经过时进行提取或插入数据。当报文到达网段内最后一个从站设备时再反方向传输,最后由第一个从站设备把收集到的信息返回到主站设备。图2.1 过程数据插入至报文中 三、拓扑EtherCAT支持总线型、树型或星型等多种拓扑结构。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。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,还可以使用基于以太网的星型拓扑结构。EtherCAT 系统最多可容纳65535个设备,因此整个网络规模几乎是无限制的。采用不同的传输电缆可以最大限度地发挥布线的灵活性。灵活而价格低廉的标准以太网插接电缆可通过以太网模式(100baseTX)或通过E总线来传输信号。光纤(PFO)可以用于特殊的应用场合。以太网带宽(如不同的光缆及铜缆)可以结合交换机或媒介转换器使用。快速以太网的物理特性可以使设备之间的距离达到100米,而E-bus只能保障10米的间距。快速以太网或 E-bus可以按照距离要求进行选择。图3.1 灵活的拓扑结构 四、协议格式介绍4.1 EtherCAT 以太网EtherCAT数据可以使用标准的IEEE 802.3以太网数据帧传输,格式如图4.1所示,由以太网头、EtherCAT帧和FCS(帧校验)组成。图4.14.1.1以太网帧头Dest Mac和Src Mac分别表示接收方MAC地址、发送方MAC地址,VLAN Tag为可选字段,可以省略,值为IEEE 802.1规定的 0x81,0x00和2字节标签控制信息.Ether Type值为0x88A4,表示EtherCAT协议。4.1.2EtherCAT帧EtherCAT帧格式如图4.2所示,分为头和数据两个部分。图4.2EtherCAT头:Length字段值为EtherCAT数据的长度,Res为保留位,Type值的不同后续EtherCAT数据格式也不相同,值可以取:0x0001:EtherCAT DLPDU0x0004:network变量0x0005:邮箱EtherCAT数据(主要介绍EtherCAT DLPDU):EtherCAT数据如图4.3所示,由多个子报文组成,每个子报文由子报文头、数据和WKC构成。图4.3子报文头:数据:数据的类型根据Cmd和Address这个字段确定。Address前16bit代表从站地址,后16bit代表寄存器地址,当Cmd为逻辑寻址类型时,Address整个32bit代表逻辑地址。寄存器地址大于0x1000,考虑是否为邮箱数据,邮箱数据在从站中的地址为SM0-SM1,SM0起始位置为0x1000 ,SM2-SM3属于FMMU(总线内存管理单元),只能逻辑地址访问。WKC:WKC(工作计数器)初始值由主站设置为0,当子报文经过从站时会对WKC进行增加,增加的数值根据Cmd的不同有所区别。当数据帧返回主站后,主站设备会根据WKC的值来判断报文是否被正确处理。4.1.3 FCS接收方可以用FCS值来判断数据是否完整。4.2 EtherCAT UDP在4.1介绍了EtherCAT利用以太网帧传输的报文格式,EtherCAT协议还可以作为UDP/IP数据报传输,如图4.4所示,二者报文格式的区别主要为增加了IP头和UDP头,EtherCAT UDP协议适用于实时性要求不是很严格的场合。图4.44.3 报文示例包含EtherCAT帧的以太网头如图4.5所示:图4.5EtherCAT帧头如图4.6所示:图4.6EtherCAT帧数据中其中子报文如图4.7所示:图4.7五、寻址方式及命令类型在EtherCAT子报文中的Address字段用于对EtherCAT设备进行寻址,寻址方式有位置寻址、节点寻址、逻辑寻址。5.1位置寻址位置寻址方式根据从站的物理位置来实现,在子报文头中Address字段前16bit用于存放地址值,报文每经过一个从站设备,地址值加1,当从站接收到地址值为0的报文则就是该从站需要接收的报文。5.2节点寻址节点寻址是通过主站在数据链路层启动阶段配置的节点地址来寻址从站。这确保了即使网段的拓扑结构改变或者设备增加/减少,从站设备也能通过相同的地址配置来寻址。5.3逻辑寻址首先需要了解FMMU(总线内存管理单元),存在于从站芯片ESC中,主要负责建立从站物理地址与主站逻辑地址的映射关系。逻辑寻址使用子报文头中Address字段全部空间来表示4GB的逻辑地址空间。当从站收到报文时,会检查报文中地址与FMMU中的地址是否相符,相符则根据具体命令进行读写操作。5.4命令类型EtherCAT可以根据寻址方式的不同对命令类型进行分类。六、总结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。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。硬核专辑ERP/PLM/MES/SCADA/PLC/工业软件研究报告信息化、数字化、智能制造、工业互联网解决方案自动化、信息化、数字化、工业网络、仿真与虚拟调试入门WinCC技术 | 工业网络 | MES技术相关| 工业巨头战略布局 | 工业通讯案例 仿真与虚拟调试 | 职业感悟、认知提升 | 自动化控制标准合集工业数据采集(MES\SCADA\PLC\IOT\传感器..)产业研究报告2021-08-24详细解读全球工业数字孪生主流玩家、技术体系与产业布局2021-08-19西门子、达索、PTC、中望:全球CAD核心玩家产品力对比分析2021-08-16工业软件深度报告之生产管控篇(MES+SCADA+DCS+PLC)2021-08-15MES与ERP主流接口方式与主要交互数据项2021-08-13XX汽车焊装智能工厂控制系统与信息系统(PLC+SCADA+MES)规划设计2021-08-10全球CAE市场:西门子、达索、ANSYS...,国产工业软件“无人区”2021-08-09工控系统行业报告:PLC/DCS/SCADA市场的中国机遇2021-08-08体系解读智能制造、核心技术及关键系统(300页PPT下载)2021-08-07180页PPT,详述汽车数字化工厂核心技术2021-08-06数字化车间网络搭建之PLC间跨网段通讯的4种方法2021-08-03中国智能机床行业全产业链分析2021-08-02工厂信息化系统(ERP、PLM、MES、WMS)架构设计与建设规划2021-07-31海外工业软件研究之西门子:成功密码2021-07-29发布于 2021-09-24 10:44工控工业自动化智能制造赞同 111 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录智能制造之家微信公众号:智能制造之家,10W+朋友共话智
EtherCAT协议基础知识(Part 2) - 知乎
EtherCAT协议基础知识(Part 2) - 知乎切换模式写文章登录/注册EtherCAT协议基础知识(Part 2)虹科工业智能互联二、EtherCAT物理层和链路层1.物理层倍福对EtherCAT协议的物理层实现提供了两种方案:普通方案以及EtherCAT P方案;①普通方案:采用通用的、低成本的RJ45接口,以及物理层PHY芯片,通信介质可采用TX(双绞线,最大传输距离100m)或FX(光纤,最大传输距离20km)进行传输,另有LVDS形式可供进行电路板级的协议数据传输。②EtherCAT P方案:EtherCAT P(P = power,电源)是对EtherCAT 标准协议的补充。它不仅传输通信数据,而且通过单根、标准的四线以太网电缆传输外围电压。2.链路层EtherCAT链路层的总体特点如下:①采用IEEE 802.3标准以太网帧结构;②支持UDP,不支持IP协议;③报文帧的传输要通过专用硬件(如ET1100)。其帧结构如下图所示:EtherCAT报文帧分为基础报文帧和UDP报文帧,区别在于帧结构中是否含有UDP的数据部分,并均支持带上VLAN标签;而由于UDP报文帧因为时延较大,应用较少,因此我们仅以基础报文帧进行介绍,以下为基础报文帧的帧结构:其中Datagram部分参数含义如下:Cmd:8bit命令码。具体有RD(读)、WR(写)、RW(读写)等行为,结合下面提到的数种寻址方式(AP、FP、L、B)共同构成命令码部分;Idx:8bit索引值,表示该帧的索引号,可供主站识别该帧;Address:32bit寻址方式,又可细分为4种具体的寻址方式:1)广播寻址(B):表明每个从站都可识别该帧;2)自增量寻址(AP):从0开始,以负自增的形式,顺序识别每一个从站(0x0000、0xFFFF、0xFFFE……),每经过一个从站,该帧的地址值会自动减1;通常用于主站启动时进行整个网络组态的扫描;3)定点寻址(FP):表明该帧识别特定从站种的特定数据,包括16bit节点地址与16bit偏移量;意味着固定寻址最多带动65536(216)个从站,且每个从站的数据最多也为65536(216)个:4)逻辑寻址(L):主站配备4G(232)的内存空间用于逻辑地址的存储,而逻辑地址依据各从站中的FMMU管理机制,映射至所有从站中的所有数据;主站在帧中只需携带某个逻辑地址,即可寻址到任意从站中的任意数据:Len:11bit数据段长度,与后面Data段长度对应;R:3bit保留位;C:1bit帧循环标志;M:1bit后续报文标志,0表示当前报文为最后一个报文,1表示后续会提供更多报文;IRQ:16bit中断请求标志;Data:报文帧数据段,可为0-1486 Bytes;FMMU管理机制:FMMU管理机制用于每个从站的每个数据进行自身物理地址与通信逻辑地址的映射。对于主站而言,相同一个逻辑地址可以对应多个从站的物理地址,从而能够实现1条报文访问多个从站的特定数据。WKC自增计数器:自增计数器,用于校检报文帧的命令是否正确的运行。报文帧的命令码得到正确执行后,相应的WKC会自增相应的值,在该报文从发出到返回主站时,主站会依据报文帧WKC内的值,与发送时计算得出的正确执行命令时应该接收到的值作对比,从而判断该报文帧有无正确执行。若需要更多帮助,欢迎联系我们发布于 2020-10-12 10:34通讯协议赞同 7添加评论分享喜欢收藏申请-1.5 %����
26278 0 obj <> endobj
26289 0 obj <>/Filter/FlateDecode/ID[<4455FBE4BC74D843850EAF314F591BBC>]/Index[26278 31]/Info 26277 0 R/Length 74/Prev 3007229/Root 26279 0 R/Size 26309/Type/XRef/W[1 3 1]>>stream
h�bbd```b``�"���b�j "�
���`5n@�������. ��^�0012���ā�iN�g��� � ��.
endstream endobj startxref
0
%%EOF
26308 0 obj <>stream
h��U�O[ezzz��t;�
-K���%ki�� �P�*r�@�:Yڙ��[b�C;�1@�S��K�H�H���K�`@aB�_`��(��`����-�ſ�7�<���>��< (��@�d��Ȑ��U� ���m�C4g��G�A��sN}L���u�Ѓ�g[�[�)�ǩO{�Z=)86ݳe�4ª��_/����J+:[`g�>�2U��On�(��������LD��
�`��=1,�ɰ��6���J;g��P�lD�;=m~��C�q A/-�L��6�vX7X�!c���4a���]Q���aӑ����KNۭm~Ki_ũ���?�T��|���"_1�f��������+C��ԥgx�x��_�]�Jz�1:�hh�\
�,�n�_���2�v�si璼�_�!����|�JH69�,�����J�!��6�s��)���dʓ� ���3�%�hh��K�{�`��Nq�iG�,T�Fq��5���(#�u �Խ��/��u �7���?�ݕo�n���ߚ�
�� �}�b��_e���uY�b7�9�f�,��=���I��4�B�Q[�8\�������"o�H�]>u }�s��.�~|�m�5�ď8�9�k�Uҁ 4�D"A0>Mh �7�d�� Xz�����;� �#`K>&Ҍ�)�4$�Ƈ�aD�:�/�'R^�'jF(�e����Dc�3'�O�?:��n��,����p���s�'����?A�B�^��Ȩ�
����dJ�&�
gBs3�I�U}��`Bb�HQԂ=p�{H;FxoV&L�?@`�'i ާ�-%����?�2Z<�z�*��YAk-?���/e�~;)d!!��O��>X
�\�*���)^�L(������_���|�zd��-P���&�_�p�
6��G�_�*�F@��
����{ �>�
���0 W3�
endstream endobj 26279 0 obj <>/Metadata 620 0 R/Pages 26276 0 R/StructTreeRoot 687 0 R/Type/Catalog>> endobj 26280 0 obj <>/MediaBox[0 0 720 540]/Parent 26276 0 R/Resources<>/Font<>/ProcSet[/PDF/Text/ImageB/ImageC/ImageI]/XObject<>>>/Rotate 0/StructParents 0/Tabs/S/Type/Page>> endobj 26281 0 obj <>stream
h��kk�F�,�KB���*�A~]ɵĹ�`LP��#�HFRJ��;3z�Nݜ8�������s���!g%���B�!G8&d��1y"4C�P�B��a����rBp 4�A�+� IrkG�P��BCP�(H�A�0P��?�B�铌p���۩�{�Z��4�h}~��W��Fw��v�IW1������&�M�5@��nˋ~_f�h. ��p�]U����7t{���}�9�3f)gU�~��UB���CE���~Y n䗼x�7�^���++W�P��+� ��џ�y�T��u���+��+h#G�F��
�d�K�h9ɳj0�_�����^1R,��K���Q�(��� �U�We� �m���Z8���_j%4�D��ӯ�O�>� M�t[���QP{x_�g0Zhv�����Ck�ix����M��<�y�c)@>stream
x��T]��0|�����pf�^۱�x��tU������!U���R�~�1!p��bp���� �g����p8��d�����c�æP_`_(��i �'�E���T(��� gtMPZ���,q��=*FYN��M&s7Sz�.� ]��O��v�`�ڈ��D��\Z�}��X煮�D�#�4W��F*� �������\��z��ηMo2�aGK)uF"C�^�Vr�"�Z��u�����<�c�V�厗[w{���'֓�&= �M�+,?j*��v���U�V^������)!�8͂Mc��YD �wP��#Is�J����Z������1�ȷ��uJ�U��g䕖�ݸ���ޟ�-
]V`���BE6���6� h�dpL�M~�{�� k����]����F06j2��� ����8H��҆��j@L#d'%��̣ue0q�q�| �37lo=/�:ۦ����Pw�VF���o7�����f_ѽGp�^K�Dž����P�ܨ�.�m�%Bdc����ȓ�l1�2d�盿k�0���TR�y)�
endstream endobj 26283 0 obj <>stream
x�}��jcG��z���,�����
^�B�<�,;�X���ۧ�/e��"�|T�No�C{8�������q�.���Ჾ�}\���O��q���_w��v*?~�_�ׇ�����n��>������%ޞ֟6�_/��r<�,_����?�����t]���~9����ϻ�/��u�B���aʏ�ϯS�|��ŀ��;����~��N/��N͟��n̟��z:� VԞ���.�� Ǖ�g��3��L�O�L^�n� dnd�(j�-B�<�5P�L^9P� �@�
�^��74Ȋ�^"�E�=�Q{�������b��P%#TA�CL}�ׁ@9�"��U�"x����%�9x��� �JHdVd̓�`JV���D^Hd��[�(����Q�f�jZ�
�_v���*��N�IB��#�,�pR�\E�Do�^�^QV3�41�n@�0Dg�����>J�FF�!�n����1&�9D�&�* ̄O2Ë̈,�����W���e�(����"+��^�]�CE����օ,�ς��=��M��\�<�d�C�݄�i�;���ծ�2=����'D���3wW���rw�ǭ��ZϨ@����IP����A�Vkrle��*B$�
(#����jId�&�6�Y��m�R"�>xۅ��Et��m)�� V
frR *>stream
���� JFIF ` ` �� C
!(!0*21/*.-4;K@48G9-.BYBGNPTUT3?]c\RbKSTQ�� C''Q6.6QQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ�� 0 �" ��
�� � } !1AQa"q2���#B��R��$3br�
%&'()*456789:CDEFGHIJSTUVWXYZcdefghijstuvwxyz���������������������������������������������������������������������������
�� � w !1AQaq"2�B���� #3R�br�
$4�%�&'()*56789:CDEFGHIJSTUVWXYZcdefghijstuvwxyz�������������������������������������������������������������������������� ? �
*v�$�� ������V%Oz ���c ?���f��G����( ��|q��
(�T�lꥉ\��8�RB�Z e_�H��$�Uv�>nƪ���8���H5+���DH6��2q��D���ӇT~���+� b^� u?�?�/����[�Կ�����M�X��w2A��ƣ��_._�Eo�K����G�%��S���)��U�#���N�Կ�����G�C�/�!�:(��6��T��s����R�J�� mj_� r��o��\Ǻh�z2���N�I�xZ�����s:�(�O4�2�-&Ӵq�� !'ڤ0=�O���\ch���p���������'��H��1�ƻNy�J�V�F�9��� ���4X�����*p+�hY�=����icl�c ���5�*������>FX�2Kȫ(H�Ug������N����$l��ث��"ަ�-�*� ��T��zgh�̰��}*���@\8�V!���ˌ{�[��3zh��R"è�rN�.��3�*���������@Gh�*jѹ"ˀñ�tP"�I迕5�ЩҢ��
(��
(��
(��
(��
|j�H$�3��S��$�B?J R���H��J"8l���iF209ǽ!e
�I;�E ��~^��n�qRT��*O1q�wmێ� ���F@8����<ȥ��Ňiz�b|��� BT���qUQ��� �Nr@�2~��"��Wv>stream
x��}[�~�u�:����}�s�_��c;��؎�I���ƹ��iz A��K+��&�SEMx��@ԇ>�P�/UP�T �
B�Tx )����*UH�����o~k���������/��K���y�?o�٧s�Ϟ������u����gҶ��)Oۇ睗=�o̟�{�y� �'=��u��;���{�����m�����7yZ仞εÂw'�����{�\Δ��<�H�;��@:_��/�� �ӄ��s��7x�CN�x����O�=ڿ|�.���t�L:?����K�|������|{:���t~կ����:�{����e�X:��wO��{��t��������a�p��?����8���������n�+��t����`H������ ����>�����.<��߿>���gOz������#^��x����<��~��O��}ܯ���t�����#�����T:?��?��g������/���O����H�Չ��/7��\:�{_����}�?_��S�3�}��������t����߿���a������i�qo�-?_Λ^�k�m7=�C~��rw��l������}��������Î��3�P�����Wq��p��t?���L��������K�w?��Ws~mq}��Z:��wb�=��&�x���h>��R��F�^�7���I{���ϓyCW�<.�^�-�s�:�_��o.�v8�w����>�����e:��u�ߍ�>~�������������w_�6e�p�p17fq��d>�6��Y���{���q�ۃ�o�r�p�f�������w#��a��c��)/���[��E�8|ڟ���9�9�۽]�y���w{�o��=��=���{O���s|(�?��yY���|����߿�ayʯw8_����<��3���g2O��s����x��z�q:7��������N:�����,[��I��yS��wIV�Z� �t\OR��$�!=ݤ�.]u�zL��t�1&�a�J�����&��t�9g�h��m���yMn�w-I>�O��/���������|,��w����y�{s*ᙤY=�j}&�&i%O��v>�iO��z�7�ٔ�c �$���� ���O'�>�`��t�r���Y~����}z�T�=_}C��t�AM0�N��Z*����(�-� �hv\�q��� ����|G1�O�W�&�=�����M�R)�,�����sJ��)is��7�^.a�^��{���nJor��ґK��uڷ����R{�HP�R�L *L��r�Z�`{8=�В�^˾���3) �oL��6��YN��2���;��1�`J�n*��
_��L��R�^[c������N���T�n=G���:�b�Rz���Q!�s�ʙ5g��Q�:���6ݯ��)6r SJ��s�5X�b�W�;���ՠ0�:�r5����S���i�]��s���x?��6�z�����.�ܔzV�܄�F�Y}H�V����� ���{��������+�����u��]�'ϳ�|}КFmR��B���v_`�u�x��X�qo�k�1U�#���a?{�Rwb=�-�-�[b�����}W�.