TMC中控制自動化技術的以太網

EtherCAT是I/O級別的實時以太網。該技術被普遍選用，已經變成自動化的開放標準。因其具備靈活的拓撲結構，所以具備很高的設計方案自由度，并且減少了電纜總數和常見故障隱患。

一.什么是EtherCAT？

EtherCAT（控制自動化技術的以太網）是Beckhoff于2003年開發(fā)的實時以太網。開放標準現由TRINAMIC Motion Control的成員EtherCAT技術小組（ETG）管理。Beckhoff的原始代碼保持不變，準許設備應用主/從原理互相通信，進而完成迅速，動態(tài)的通信結構。由于數據應用與以太網相同的格式，因而能夠將其直接連接到以太網。無需指定的路由器或交換機。

二.Beckhoff從站堆棧代碼

通過應用原始的Beckhoff從站堆棧代碼，EtherCAT從站控制器和模塊能夠輕松地與全部其他EtherCAT設備進行通信。由EtherCAT基金會證明和認證。

三.為什么EtherCAT如此受歡迎？

首先，EtherCAT極其快。它應用雙絞線或光纜在30μs內處理1000個分布式I/O信號，在100μs內處理100個軸的100個I/O信號，進而為實時性能設置了新的極限。如此高的速度使EtherCAT已經變成自動化，工業(yè)物聯網（IIoT）和其他需要實時優(yōu)化的應用的理想取舍。

其次，這是一個普遍選用的開放標準。通過現場總線或無線連接的設備逐漸增多，而EtherCAT是完成此目的的首推技術之一。這代表著您能夠應用Beckhoff的EtherCAT-IP通過相同的接口進行通訊，進而提供多種產品供您取舍。

第三，建立到最后。應用成熟的以太網電纜，EtherCAT終端能夠在-25°C至+60°C的溫度范圍內運行，并且Trinamic的EtherCAT運動控制器甚至能夠滿足-40°C至125°C的汽車級溫度規(guī)格。

投資符合EtherCAT標準的產品代表著要在未來進行投資-這就是為什么TRINAMICMotionControl開發(fā)具備EtherCAT協議棧的電機和運動控制IC方便應用的產品的原因。

四.EtherCAT的主/從基本原理

EtherCAT主站通常情況下在具備以太網MAC的標準規(guī)定或嵌入式計算機上作為軟件解決方案實現。唯有主站能夠使用EtherCAT幀主動創(chuàng)建一個包，其中每幀最多包括1518字節(jié)的數據，并將其向下游發(fā)送到從站。除了比如SOEM（簡單開放EtherCAT主站）這類的開放式EtherCAT主站執(zhí)行之外，超出100家企業(yè)提供了廣泛的通用或專用主EtherCAT產品。

除了在標準規(guī)定以太網設備中，EtherCAT從站以十分嚴謹的時序標準實時處理幀-它們獲取數據并將自身的信息內容添加到經過的同一幀中。這樣做需用EtherCAT從控制器中的專用硬件。簡單的從設備無需額外的微控制器，而更復雜的設備則需用處理器來處理協議和應用代碼。EtherCAT?工藝框架的獨有方式使其成為最快的工業(yè)以太網技術；還沒有其他技術能夠超過EtherCAT的帶寬利用率或相對應的性能。

五．功能原理

EtherCAT主站編寫電報并將其向下游發(fā)送到全部從站。當數據經過網絡中的各個節(jié)點時，從屬設備讀取該幀并向其中添加數據，同一時間檢查是否在下游還存有另一個從屬設備。倘若網絡段中的最后一個節(jié)點檢測到開放端口，則它將立刻知道不再有要發(fā)送電報的設備。從站將根據預定義的拓撲將電報返還給EtherCAT主站。

基于數據是動態(tài)處理的，因此當從屬設備獲取數據或將數據添加到幀時，幀不會停止移動。唯有硬件傳播延遲時間才會延遲數據，接收幀和發(fā)送幀之間的端口到端口延遲為1μs。通常情況下，主設備使用以太網技術的全雙工在發(fā)送和接收電報之間唯有幾納秒的延遲。

倘若數據不是太大，則能夠使用一個電報來傳達整個網絡需用處理的全部數據。換句話說，EtherCAT主站不必為網絡中的各個從站創(chuàng)建新的軟件包，從而節(jié)省了時間并消除了對集中式I/O的需求。此外，各個EtherCAT從站都經過硬件并非軟件開展通信。這為實時關鍵任務留下了更多的計算能力，并確保了穩(wěn)定的性能以及與網絡中全部其他EtherCAT設備的完全兼容性。當網絡僅由EtherCAT設備組成時，也無需交換機，這意味著還沒有額外的時間延遲，也沒有建立基礎架構的額外成本。

六.拓撲結構

EtherCAT基于以太網的物理層。數據報能夠 應用全雙工輸送，這代表著連接是經過每一個端口均有緩沖區(qū)的交換機開展的。應用有著一個，兩個或眾多端口的EtherCAT從設備，各種拓撲都有可能的，比如簡易的線形，星形或樹形拓撲。一個單一的EtherCAT網絡頂多可支持65,535個設備，而對拓撲結構沒有局限。

因為物理層是以太網，所以無需特別的電纜，也無需交叉。這代表著您將無需在網格中心開展額外的連接，如您所觀，如圖所示。建立此電纜冗余可最大程度地減少故障隱患。

網絡或分支網段中的每一個EtherCAT從站控制器都是會自動檢測是否存有下游設備，并開啟或關閉對應的端口。鏈中的最后一個設備經過關閉其端口將數據包返還給發(fā)送方，全部其它接收到從幀返還到主節(jié)點的幀的從節(jié)點將忽略該數據包，僅僅是讓其經過。

同步化

每次分布式應用程序想要及時的同步動作（比如眾多伺服軸完全同時啟動或停止）時，EtherCAT的分布式時鐘系統(tǒng)就會發(fā)揮作用。

分布式時鐘機制同步全部從設備的時鐘，導致偏差小于1μs。這些同步時鐘導致網絡的軸同步到微秒，即使通信周期抖動增加，抖動也非常低。

• TRINAMIC的EtherCAT產品

1.TMC8467-BA

TMC8461是完整的EtherCAT?從控制器，針對實時進行了優(yōu)化。它包含EtherCAT從站所需的所有模塊，包括兩個開關穩(wěn)壓器電源和適用于工業(yè)環(huán)境的35V高壓I / O。

2. TMCM-1310

TMCM-1310是全封閉單軸步進控制單元，適用于需要高可靠性和動態(tài)特性的所有應用。該設備由Trinamic StallGuard2?（無傳感器失速檢測和機械負載測量），CoolStep?（電流節(jié)能控制）和SpreadCycle?（高精度斬波算法）斬波器技術驅動。TMCM-1310能夠從每個輸出驅動高達4.3A的電流（帶有適當的散熱片）。設計用于9 ... 51V的工作電壓。該設備提供USB，EtherCAT和編碼器接口。集成協議處理器通過EtherCAT通信提供高級CANopen。您只需要入門電源和Trinamic的免費且易于使用的TMCL-IDE。該圖形用戶界面允許快速設置并支持在直接模式下使用命令，監(jiān)視以圖形方式可視化的實時行為以及記錄和存儲數據。

3. TMCM-6213

TMCM-6213是六軸步進電機控制器/驅動器模塊，用于無傳感器負載相關電流控制。該設備由Trinamic StallGuard2?（無傳感器失速檢測和機械負載測量），CoolStep?（電流節(jié)能控制），SpreadCycle?（高精度斬波算法），StealthChop?和DcStep?（負載相關的速度控制）技術驅動，并具有SixPoint?斜坡發(fā)生器。TMCM-6213能夠從每個輸出驅動高達1.5A的峰值電流（帶有適當的散熱片）。設計用于11 ... 35V的工作電壓。該設備提供USB，EtherCAT和6個編碼器接口。集成協議處理器通過EtherCAT通信提供高級CANopen。