BECKHOFF ETHERCAT EL1008模塊

EL100x 系列數(shù)字量輸入端子模塊有一個 3 ms 輸入濾波。EtherCAT 端子模塊可通過一個 LED 來顯示其狀態(tài)。

BECKHOFF ETHERCAT EL1008模塊

Beckhoff EtherCAT 端子模塊

與 Beckhoff 的總線端子模塊類似，EtherCAT 端子模塊系統(tǒng)是由電子端子模塊組成的模塊化 I/O 系統(tǒng)。與總線端子模塊不同的是，現(xiàn)場總線信號在總線耦合器內(nèi)的內(nèi)部、獨(dú)立于現(xiàn)場總線的端子模塊上執(zhí)行，EtherCAT 在傳輸至獨(dú)立的端子模塊時仍保留完整的協(xié)議。除帶有 E-bus 接口的 EtherCAT 端子模塊之外，也可通過 EtherCAT 總線耦合器 BK1120 來連接帶有 K-bus 接口的成熟的標(biāo)準(zhǔn)總線端子模塊。這樣可確保 Beckhoff 新老產(chǎn)品與廣泛使用的系統(tǒng)之間的兼容性和連續(xù)性。為您現(xiàn)有和未來的投資提供有力保障。

結(jié)構(gòu)

堅固的外殼、安全可靠的觸點(diǎn)和性能穩(wěn)定的電子元件是 Beckhoff 公司組件的顯著特點(diǎn)。一個 I/O 站由一個 EtherCAT 耦合器和幾乎任何數(shù)量的端子模塊構(gòu)成。EtherCAT 系統(tǒng)可容納 65535 個設(shè)備，因此整個網(wǎng)絡(luò)規(guī)模幾乎是無限制的。

電子端子模塊與 EtherCAT 耦合器直接相連。端子模塊間采取直接插入的連接方式，無需其它操作。這意味著每一個電子端子模塊都可被獨(dú)立替換。這些端子模塊可以安裝在標(biāo)準(zhǔn)的 DIN 導(dǎo)軌上。除了水平安裝方式外，也可采取其它安裝方式。.

與 Beckhoff 總線端子模塊一樣，EtherCAT 端子模塊外部輪廓*的與端子模塊外殼的尺寸匹配。一個帶 LED 的清晰排列的連接面板顯示狀態(tài)和可抽拉的觸點(diǎn)標(biāo)簽，以確保在現(xiàn)場區(qū)分清楚。3 線制連接方式帶有一個額外的保護(hù)導(dǎo)體接口，可以直接連接傳感器和執(zhí)行器。

信號混合不受限制

相對應(yīng)的 EtherCAT 端子模塊適用于全球自動化領(lǐng)域內(nèi)任何常用的數(shù)字量和模擬量信號類型。傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線設(shè)備（如 PROFIBUS、CANopen 或 DeviceNet）都可通過本地現(xiàn)場總線主/從端子模塊被輕松集成入 EtherCAT 系統(tǒng)。免除了在 PC 的 PCI 插槽上增加現(xiàn)場總線主站卡。通過交換機(jī)端子模塊可在本地集成任何一臺以太網(wǎng)設(shè)備。

EtherCAT 端子模塊對通道數(shù)作了細(xì)分，使所需的 I/O 通道達(dá)到位精度。數(shù)字量 EtherCAT 端子模塊設(shè)計為 2、4 或 8 通道。針對標(biāo)準(zhǔn)的模擬量信號 ±10V，0…10V，0…20mA 及 4…20mA 可提供 1、2、4、8 通道型號的總線端子模塊，其外殼均為標(biāo)準(zhǔn)型號。

靈活的連接系統(tǒng)

EtherCAT 端子模塊系統(tǒng)提供了不同的連接方式，可以適應(yīng)各個具體應(yīng)用場合。ELxxxx 系列的 EtherCAT 端子模塊的外殼中包含各種電子元件和連接層。ESxxxx 系列的 EtherCAT 端子模塊帶一個可插拔連接層。在維修時，可以從機(jī)箱頂部將 ES 系列總線端子模塊中作為插拔式連接器的整個線路拆卸下來。

運(yùn)行原理

目前有多種用于提供實(shí)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(shù)來取代它。其它方案使用交換機(jī)，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(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)包傳送到所連接的以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，但帶寬的利用率卻很低，特別是對于典型的自動化設(shè)備，因?yàn)榧词故菍τ诜浅Ｐ〉臄?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(qū)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(shù)，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(diǎn)接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)行解碼并復(fù)制過程數(shù)據(jù)。當(dāng)幀通過每一個設(shè)備（直達(dá) I/O 端子模塊）時，EtherCAT 從站控制器讀取與該設(shè)備相關(guān)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(guān)命令，并進(jìn)行相應(yīng)處理。此過程是在從站控制器中通過硬件實(shí)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(guān)。網(wǎng)段中的一個 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(yīng)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(shè)備。但是，該“設(shè)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(shè)備一樣，EtherCAT 不需要通過交換機(jī)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(dá)端子模塊

以太網(wǎng)系統(tǒng)直達(dá)系統(tǒng)中的每個設(shè)備，即直達(dá)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換回 100BASE-TX 標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng) MAC 或便宜的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡（NIC）足以作為控制器中的硬件使用。DMA（直接存儲器存取）用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?PC。這意味著網(wǎng)絡(luò)訪問對 CPU 性能沒有影響。在 Beckhoff 多端口卡中運(yùn)用了相同的原理，它在一個 PCI 插槽中捆綁 4 個以太網(wǎng)通道。

協(xié)議

EtherCAT 協(xié)議針對過程數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)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(dá) 4GB 的邏輯過程鏡像。由于數(shù)據(jù)鏈獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)中 EtherCAT 端子模塊的物理順序；可進(jìn)行任意尋址。從站之間可進(jìn)行廣播、多點(diǎn)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(jié)構(gòu)和含義通過 CANopen 設(shè)備行規(guī)進(jìn)行設(shè)定，這些設(shè)備行規(guī)用于各種設(shè)備類別和應(yīng)用。EtherCAT 還支持符合 IEC61491 標(biāo)準(zhǔn)的從屬行規(guī)。該行規(guī)以 SERCOS 命名，獲得全球運(yùn)動控制應(yīng)用領(lǐng)域的普遍認(rèn)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(luò)變量以及各種參數(shù)化、診斷、編程和遠(yuǎn)程控制服務(wù)，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(luò)性能上達(dá)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(dá) 1486 字節(jié)的過程數(shù)據(jù)，幾乎相當(dāng)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(shè)置值和控制數(shù)據(jù)，并報告它們的實(shí)際位置和狀態(tài)。分布式時鐘技術(shù)保證了這些軸之間的同步抖動小于 1 微秒。

利用 EtherCAT 技術(shù)的優(yōu)異性能，可以實(shí)現(xiàn)用傳統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)所無法實(shí)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?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)與任何數(shù)據(jù)可并行傳輸。EtherCAT 技術(shù)使得通訊技術(shù)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(shí)現(xiàn)的性能。

這種網(wǎng)絡(luò)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，控制器總有可用的新輸入數(shù)據(jù)，輸出編址的延遲小。在無需增強(qiáng)本身計算能力的基礎(chǔ)上，控制器的響應(yīng)行為得到顯著改善。

EtherCAT 技術(shù)的原理具備擴(kuò)展性，不束縛于 100M 帶寬 – 擴(kuò)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(yīng)用可能性： 通常位于工業(yè) PC 中的接口被轉(zhuǎn)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(guān)及其它通訊接口等復(fù)雜系統(tǒng)可以通過 PC 上的一個以太網(wǎng)端口進(jìn)行尋址。甚至對無協(xié)議變體限制的其它以太網(wǎng)設(shè)備也可通過分布式交換機(jī)端子模塊進(jìn)行連接。工業(yè) PC 主機(jī)體積越來越小，成本也越來越低，一個以太網(wǎng)接口足以應(yīng)對所有的通訊任務(wù)。