实操派文库一最全的工业合动化手册实操派文库一最全的工第十章工业以太网学PLC是实操派文库最全的Tv10.1 EtherCAT10.1.1 EtherCAT协议概述实操派文库最全的工业自动化手EtherCAT是由德国BECKHOFF自动化公司于2003年提出的实时工业以太网技术。它具有高速和高数据有效率的特点，支持多种设备连接拓扑结构。其从站节点使用专用的控制芯片，主站使用标准的以太网控制器。就是快EtherCAT的主要特点如下：■①广泛的适用性，任何带商用以太网控制器的控制单元都可以作为EtherCAT主站。从小型的16位处理器到使用3GHz处理器的PC系统，任何计算机都可以成为EtherCAT控制系统。实操派文库一最全的工实②完全符合以太网标准，EtherCAT可以与其他以太网设备及协议并存于同一总线，以太网交换机等标准结构组件也可以用于EtherCAT。③无须从属子网，复杂的节点或只有2位的/O节点都可以用作EtherCAT从站。④高效率，最大化利用以太网宽带进行用户数据传输。刷新周期短，可以达到小于100us的数据刷新周期，可以用于伺服技术中低层的闭环控制。■⑥同步性能好，各从站节点设备可以达到小于1us的时钟同步精度。实操派文库最全的T实操派文库最全的T目前，EtherCAT己经进入多种相关国际标准：IEC61158中Type12;的1EC61784中CPF12;■IEC61800中，EtherCAT支持CANopen DS402和SERCOS;■ISO15745中，EtherCAT支持DS301。到实操派EtherCAT支持多种设备连接拓扑结构：线形、树形或星形结构，可以选用的物理介质有100Base-TX标准以太网快电缆或光缆。使用100Base-TX电缆时站间距离可以达到100m。整个网络最多可以连接65535个设备。■使用快速以太网全双工通信技术构成主从式的环型结构如图10-1所示。实操派文库一最全从站实操派文库一最主站的工000手册下载到实操学PLC就是实操派”，学PLC就是快！以太网HDR子报文1子报文2子报文3FCS图10-1快速以太网全双工通信技术构成主从式的环型结构10.1.2 EtherCAT系统组成实操派文库一最全的工业自EtherCAT是一种实时工业以太网技术，它充分利用了以太网的全双工特性。使用主从模式介质访问控制(MAC),主站发送以太网帧给主从站，从站从数据帧中抽取数据或将数据插入数据帧。主站使用标准的以太网接口卡，从站使用专门的EtherCAT从站控制器ESC(EtherCAT是快Slave Controller)。EtherCAT物理层使用标准的以太网物理层器件。■EtherCAT系统运行如图10-2所示。实操派文库最全的T实操派文库实操派文库从站1从站1从站从站Ethernet头输出数据输入数据输出数据输入数据输出数据输入数据动化手册动从站控制器(ESC)从站控制器(ESC)从站控制器(ESC)中下行电报RX处理TXRX处理TXRX处理TX电报返TXRXRXTX上行电报从站是快伺服设备图10-2 EtherCAT系统运行1.EtherCAT主站组成EtherCAT主站使用标准的以太网控制器，传输介质通常使用100BASE-TX规范的5类UTP线缆，如图10-3所示。MI隔离变压器册下载：到输出控制输出数据XPHY标准以太网RJ45通信控制器物理层输入控制RX输入数据,学PLC就是快图10-3 EtherCAT物理层连接原理图■在基于PC的主站中，通常使用网络接口卡NIC(Network实操Interface Card),其中的网卡芯片集成了以太网通信控制器和物理数据收发器。而在嵌入式主站中，通信控制器通常嵌入到微处理器中。2.EtherCAT从站组成EtherCAT从站设备同时实现通信和控制应用两部分功能,其结构如图10-4所示，由以下四部分组成。实现应用层(邮箱通信和其他应用层器件控制任务)下载到实操派”从站控制微处理器实现数据链路,学PLC就是快存储从站层数据帧处理配置数据EtherCAT从站控制器EEPROM(ESC)物理层器件MII/EBUS物理层器件图10-4 EtherCAT从站组成实操派文实操派文库(1)EtherCAT从站控制器ESCEtherCAT从站通信控制器芯片ESC负责处理EtherCAT数据帧，并使用双端口存储区实现EtherCAT主站与从站本地应用的数据交换各个从站ESC按照各自在环路上的物理位置顺序移位读写数据帧。在报文经过从站时，ESC从报文中提取发送给自己的输出命令数据并将其存储到内部存储区，输入数据从内部存储区又被写到相应的子报文中ESC具有四个数据收发端口，每个端口都可以收发以太网数据帧。实操派文库最全的T实操派文库最全的T(2)从站控制微处理器实操派文微处理器负责处理EtherCAT通信和完成控制任务。微处理器从ESC读取控制数据，实现设备控制功能，并采样设备的反馈数据，写入ESC,由主站读取。通信过程完全由ESC处理，与设备控制微处理器响应时间无关(3)物理层器件下载到“实派从站使用MI接口时，需要使用物理层芯片PHY和隔离变压器等标准以太网物理层器件。使用EBUS时不需要任何其他芯片。■(4)其他应用层器件针对控制对象和任务需要，微处理器可以连接其他控制器件。实操派文库最全的T3.EtherCAT物理拓扑结构实操派文库的在逻辑上，EtherCAT网段内从站设备的布置构成一个开口的环型总线。在开口的一端，主站设备直接或通过标准以太网交换机插入以太网数据帧，并在另一端接收经过处理的数据帧。所有的数据帧都被从第一个从站设备转发到后续的节点。最后一个从站设备将数据帧返回到主站。EtherCAT,从站的数据帧处理机制允许在EtherCAT网段内的任一位置使用分支结构，同时不打破逻辑环路。分支结构可以构成各种物理拓扑（如线形、树形、星形和菊花链形)以及各种拓扑结构的组合，从而使设备连接布线非常灵活方便。实操派文库最全的T10.1.3 EtherCAT应用层协议应用层AL(Application Layer)是EtherCAT协议最高的一个功能层，是直接面向控制任务的一层，它位控制程序访问网络环境提供手段，同时为控制程序提供服务。应用层不包括控制程序，它只是定义了控制程序和网络交互的接口，使符合此应用层协议的各种应用程序可以协同工作,EtherCAT协议结构如图10-5所示。实操派文实应用程序应用HTTP,CoE/SoE应用程序FTP,…读写文件参数操TCP/UDP作，过操作对使用PDO映射或MDT/AT寄存器访问IP程命令象字典应用层传输周期性数据(AL)FoE↑EoESoE↑CoE↑SoECoE到物理数据接口（微处理器、同步串行接口、I/O)寄存器邮箱数据(Mailbox)过程数据数据链路层学PLC就是快I(DL)EtherCAT数据处理单元（带有回环的自动转发功能）以太网物理层接口物理层RJ45收发器物理层物理层LVDS(PL)控制控制收发器RJ45实操派文库最全的工业图10-5 EtherCAT协议结构EtherCAT包括以下几种应用层协议：1.CANopen over EtherCAT (CoE)CANopen:最初是为基于CAN(Control Aera Network)总线的系统所制定的应用层协议。EtherCAT协议在应用层支持CANopen协议，并作了相应的扩充，其主要功能有：使用邮箱通信访问CANopen对象字典及其对象，实现网络初始化；使用CANopen应急对象和可选的事件驱动PDO消息，实现网络管理；C就是快使用对象字典映射过程数据，周期性传输指令数据和状态数据。■CoE协议完全遵从CANopen协议，其对象字典的定义也相同，针对EtherCAT通信扩展了相关通信对象0x1C00~0x1C4F,用于设置存储同步管理器的类型、通信参数和PDO数据分配。