總經(jīng)銷BECKHOFF模塊ES3051                        

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 結構

堅固的外殼、安全可靠的觸點和性能穩(wěn)定的電子元件是 Beckhoff 公司組件的顯著特點。一個 I/O 站由一個 EtherCAT 耦合器和幾乎任何數(shù)量的端子模塊構成。EtherCAT 系統(tǒng)zui多可容納 65535 個設備，因此整個網(wǎng)絡規(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立替換。這些端子模塊可以安裝在標準的 DIN 導軌上。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)和可抽拉的觸點標簽，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導體接口，可以直接連接傳感器和執(zhí)行器。

信號混合不受限制

相對應的 EtherCAT 端子模塊適用于自動化領域內任何常用的數(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。通過交換機端子模塊可在本地集成任何一臺以太網(wǎng)設備。

EtherCAT 端子模塊對通道數(shù)作了細分，使所需的 I/O 通道達到位精度。數(shù)字量 EtherCAT 端子模塊設計為 2、4 或 8 通道。針對標準的模擬量信號 ±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，其外殼均為標準型號。

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，可以適應各個具體應用場合。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。

目前有多種用于提供實時能力的以太網(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來取代它。其它方案使用交換機，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確地將數(shù)據(jù)包傳送到所連接的以太網(wǎng)節(jié)點，但帶寬的利用率卻很低，特別是對于典型的自動化設備，因為即使是對于非常小的數(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，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接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后進行解碼并復制過程數(shù)據(jù)。當幀通過每一個設備（直達 I/O 端子模塊）時，EtherCAT 從站控制器讀取與該設備相關的數(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，從站會識別出相關命令，并進行相應處理。此過程是在從站控制器中通過硬件實現(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。網(wǎng)段中的zui后一個 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)設備。但是，該“設備“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)設備一樣，EtherCAT 不需要通過交換機就可以建立通訊，因而產生一個純粹的 EtherCAT 系統(tǒng)。

以太網(wǎng)直達端子模塊

以太網(wǎng)系統(tǒng)直達系統(tǒng)中的每個設備，即直達每個 I/O 端子模塊；無需使用子總線。只需將耦合器的傳輸介質由雙絞線（100BASE-TX）轉換為 E-bus 總線即可滿足電子端子排的要求。端子排內的 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，物理總線特性被轉換回 100BASE-TX 標準。

標準以太網(wǎng) MAC 或便宜的標準網(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)?/span> PC。這意味著網(wǎng)絡訪問對 CPU 性能沒有影響。在 Beckhoff 多端口卡中運用了相同的原理，它在一個 PCI 插槽中捆綁zui多 4 個以太網(wǎng)通道。

協(xié)議

EtherCAT 協(xié)議針對過程數(shù)據(jù)進行了優(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 4GB 的邏輯過程鏡像。由于數(shù)據(jù)鏈獨立于網(wǎng)絡中 EtherCAT 端子模塊的物理順序；可進行任意尋址。從站之間可進行廣播、多點傳送和通訊。

該協(xié)議還可處理通常為非循環(huán)的參數(shù)通訊。參數(shù)的結構和含義通過 CANopen 設備行規(guī)進行設定，這些設備行規(guī)用于各種設備類別和應用。EtherCAT 還支持符合 IEC61491 標準的從屬行規(guī)。該行規(guī)以 SERCOS 命名，獲得運動控制應用領域的普遍認可。

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)絡變量以及各種參數(shù)化、診斷、編程和遠程控制服務，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)絡性能上達到了一個新的高度。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 1486 字節(jié)的過程數(shù)據(jù)，幾乎相當于 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置值和控制數(shù)據(jù)，并報告它們的實際位置和狀態(tài)。分布式時鐘技術保證了這些軸之間的同步抖動小于 1 微秒。

利用 EtherCAT 技術的優(yōu)異性能，可以實現(xiàn)用傳統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)所無法實現(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。巨大的帶寬資源使狀態(tài)數(shù)據(jù)與任何數(shù)據(jù)可并行傳輸。EtherCAT 技術使得通訊技術與現(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 接口才能實現(xiàn)的性能。

這種網(wǎng)絡性能優(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，控制器總有可用的輸入數(shù)據(jù)，輸出編址的延遲zui小。在無需增強本身計算能力的基礎上，控制器的響應行為得到顯著改善。

EtherCAT 技術的原理具備擴展性，不束縛于 100M 帶寬 – 擴展至 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，開辟了新的應用可能性： 通常位于工業(yè) PC 中的接口被轉移到 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)關及其它通訊接口等復雜系統(tǒng)可以通過 PC 上的一個以太網(wǎng)端口進行尋址。甚至對無協(xié)議變體限制的其它以太網(wǎng)設備也可通過分布式交換機端子模塊進行連接。工業(yè) PC 主機體積越來越小，成本也越來越低，一個以太網(wǎng)接口足以應對所有的通訊任務。

拓撲結構

總線形、樹形或星型： EtherCAT 支持幾乎所有拓撲結構。因此，源于現(xiàn)場總線的總線形結構也可用于以太網(wǎng)。將總線和分支結構相結合特別有助于系統(tǒng)布線。所需的接口都位于耦合器上，無需使用附加交換機。當然，也可以使用傳統(tǒng)的基于交換機的星型以太網(wǎng)拓撲結構。

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。靈活而價格低廉的標準以太網(wǎng)插接電纜可通過以太網(wǎng)模式（100baseTX）或通過 E-bus 來傳輸信號，兩臺設備之間的距離zui遠可達 100 m。以太網(wǎng)帶寬（如不同的光纜及銅纜）可以結合交換機或媒介轉換器使用。對于每種電纜間距，信號變量可以單獨選擇。EtherCAT 系統(tǒng)zui多可容納 65535 個設備，因此整個網(wǎng)絡規(guī)模幾乎是無限制的。

分布式時鐘

精確同步在廣泛要求同時動作的分布過程中顯得尤為重要，如幾個伺服軸在執(zhí)行同時聯(lián)動任務時。

分布時鐘的精確校準是同步的zui有效解決方案。相反地，如果采用*同步，當通訊出現(xiàn)錯誤時，同步數(shù)據(jù)的品質將受到很大影響，在通訊系統(tǒng)中，分步式校準時鐘在某種程度上具備錯誤延遲的容錯性。在 EtherCAT 中，數(shù)據(jù)交換*基于純粹的硬件設備。由于通訊利用了邏輯環(huán)網(wǎng)結構和全雙工快速以太網(wǎng)而又有實際環(huán)網(wǎng)結構，“主站時鐘”可以簡單而精確地確定對每個“從站時鐘”的運行補償，反之亦然。分布時鐘基于該值進行調整，這意味著它可以在網(wǎng)絡范圍內提供信號抖動小于 1 微秒的、非常精確的時鐘基。

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