總經(jīng)銷BECKHOFF模塊ES3041                        

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 結(jié)構(gòu)

堅(jiān)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(gè) I/O 站由一個(gè) EtherCAT 耦合器和幾乎任何數(shù)量的端子模塊構(gòu)成。EtherCAT 系統(tǒng)zui多可容納 65535 個(gè)設(shè)備，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模幾乎是無(wú)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(wú)需其它操作。這意味著每一個(gè)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(gè)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(chǎng)區(qū)分清楚。3 線制連接方式帶有一個(gè)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(hào)混合不受限制

相對(duì)應(yīng)的 EtherCAT 端子模塊適用于自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)任何常用的數(shù)字量和模擬量信號(hào)類型。傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備（如 PROFIBUS、CANopen 或 DeviceNet）都可通過(guò)本地現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線主站卡。通過(guò)交換機(jī)端子模塊可在本地集成任何一臺(tái)以太網(wǎng)設(shè)備。

EtherCAT 端子模塊對(duì)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(jì)為 2、4 或 8 通道。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的模擬量信號(hào) ±10V，0…10V，0…20mA 及 4…20mA 可提供 1、2、4、8 通道型號(hào)的總線端子模塊，其外殼均為標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)。

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(gè)具體應(yīng)用場(chǎng)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(gè)可插拔連接層。在維修時(shí)，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(gè)線路拆卸下來(lái)。

目前有多種用于提供實(shí)時(shí)能力的以太網(wǎng)方案： 例如，通過(guò)較高級(jí)的協(xié)議層禁止 CSMA/CD 存取過(guò)程，并使用時(shí)間分片或輪詢技術(shù)來(lái)取代它。其它方案使用交換機(jī)，并采用精確的時(shí)間控制方式分配以太網(wǎng)報(bào)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(duì)于典型的自動(dòng)化設(shè)備，因?yàn)榧词故菍?duì)于非常小的數(shù)據(jù)量，也必須要發(fā)送一個(gè)完整的以太網(wǎng)幀。而且，重新定向到輸出或驅(qū)動(dòng)控制器以及讀取輸入數(shù)據(jù)所需的時(shí)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(guò)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(wú)法避免通訊總線傳輸?shù)难舆t。

通過(guò)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(gè)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(guò)程數(shù)據(jù)。當(dāng)幀通過(guò)每一個(gè)設(shè)備（直達(dá) I/O 端子模塊）時(shí)，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(guò)去的時(shí)候，從站會(huì)識(shí)別出相關(guān)命令，并進(jìn)行相應(yīng)處理。此過(guò)程是在從站控制器中通過(guò)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(wú)關(guān)。網(wǎng)段中的zui后一個(gè) EtherCAT 從站將經(jīng)過(guò)充分處理的報(bào)文發(fā)回，這樣該報(bào)文就作為一種響應(yīng)報(bào)文由*個(gè)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(gè)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(gè)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(guò)交換機(jī)就可以建立通訊，因而產(chǎn)生一個(gè)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(gè)設(shè)備，即直達(dá)每個(gè) I/O 端子模塊；無(wú)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(hào)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(chǔ)器存取）用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/span> PC。這意味著網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)對(duì) CPU 性能沒(méi)有影響。在 Beckhoff 多端口卡中運(yùn)用了相同的原理，它在一個(gè) PCI 插槽中捆綁zui多 4 個(gè)以太網(wǎng)通道。

協(xié)議

EtherCAT 協(xié)議針對(duì)過(guò)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(bào)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(gè) EtherCAT 報(bào)文，每個(gè)報(bào)文專門用于特定存儲(chǔ)區(qū)域，該存儲(chǔ)區(qū)域可編制大小達(dá) 4GB 的邏輯過(guò)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(guò) 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，獲得運(yùn)動(dòng)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(guò)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(gè)新的高度。1000 個(gè)分布式 I/O 數(shù)據(jù)的刷新時(shí)間僅為 30μs － 其中包括端子模塊周期時(shí)間。通過(guò)一個(gè)以太網(wǎng)幀，可以交換高達(dá) 1486 字節(jié)的過(guò)程數(shù)據(jù)，幾乎相當(dāng)于 12000 個(gè)數(shù)字量 I/O。而這一數(shù)據(jù)量的傳輸僅用 300 μs。

與 100 個(gè)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(bào)告它們的實(shí)際位置和狀態(tài)。分布式時(shí)鐘技術(shù)保證了這些軸之間的同步抖動(dòng)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(chǎng)總線系統(tǒng)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的控制方法。這樣，通過(guò)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(guò)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(shì)在有相對(duì)中等計(jì)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(gè)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(wú)需增強(qiáng)本身計(jì)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(kāi)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(chǎng)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(guò) PC 上的一個(gè)以太網(wǎng)端口進(jìn)行尋址。甚至對(duì)無(wú)協(xié)議變體限制的其它以太網(wǎng)設(shè)備也可通過(guò)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(lái)越小，成本也越來(lái)越低，一個(gè)以太網(wǎng)接口足以應(yīng)對(duì)所有的通訊任務(wù)。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

總線形、樹(shù)形或星型： EtherCAT 支持幾乎所有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此，源于現(xiàn)場(chǎng)總線的總線形結(jié)構(gòu)也可用于以太網(wǎng)。將總線和分支結(jié)構(gòu)相結(jié)合特別有助于系統(tǒng)布線。所需的接口都位于耦合器上，無(wú)需使用附加交換機(jī)。當(dāng)然，也可以使用傳統(tǒng)的基于交換機(jī)的星型以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

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(jià)格低廉的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)插接電纜可通過(guò)以太網(wǎng)模式（100baseTX）或通過(guò) E-bus 來(lái)傳輸信號(hào)，兩臺(tái)設(shè)備之間的距離zui遠(yuǎn)可達(dá) 100 m。以太網(wǎng)帶寬（如不同的光纜及銅纜）可以結(jié)合交換機(jī)或媒介轉(zhuǎn)換器使用。對(duì)于每種電纜間距，信號(hào)變量可以單獨(dú)選擇。EtherCAT 系統(tǒng)zui多可容納 65535 個(gè)設(shè)備，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模幾乎是無(wú)限制的。

分布式時(shí)鐘

精確同步在廣泛要求同時(shí)動(dòng)作的分布過(guò)程中顯得尤為重要，如幾個(gè)伺服軸在執(zhí)行同時(shí)聯(lián)動(dòng)任務(wù)時(shí)。

分布時(shí)鐘的精確校準(zhǔn)是同步的zui有效解決方案。相反地，如果采用*同步，當(dāng)通訊出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，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(zhǔn)時(shí)鐘在某種程度上具備錯(cuò)誤延遲的容錯(cuò)性。在 EtherCAT 中，數(shù)據(jù)交換*基于純粹的硬件設(shè)備。由于通訊利用了邏輯環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和全雙工快速以太網(wǎng)而又有實(shí)際環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，“主站時(shí)鐘”可以簡(jiǎn)單而精確地確定對(duì)每個(gè)“從站時(shí)鐘”的運(yùn)行補(bǔ)償，反之亦然。分布時(shí)鐘基于該值進(jìn)行調(diào)整，這意味著它可以在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)提供信號(hào)抖動(dòng)小于 1 微秒的、非常精確的時(shí)鐘基。

然而，高分辨率分布時(shí)鐘不僅可用于同步，而且也可以提供數(shù)據(jù)采集時(shí)本地時(shí)間的精確信息。由于引進(jìn)新的擴(kuò)展數(shù)據(jù)類型，被測(cè)量值可被分配以非常精確的時(shí)間戳。