EtherCAT： 高性能控制离不开高性能通讯.docx

EtherCAT：高性能控制离不开高性能通讯EtherCAT：高性能控制离不开高性能通讯中国代表处导语：1986年推出的第一台基于PC的控制器已经是高能性控制器。它采用了快速PC处理器，其功能和速度已经显著地超过同一时期所谓的硬件控制器。1986年推出的第一台基于PC的控制器已经是高能性控制器。它采用了快速PC处理器，其功能和速度已经显著地超过同一时期所谓的硬件控制器。尽管如此，将这种具备强大计算才能的落地，即，向下延伸至需要控制的设备传感器和执行器，在当时却是一个挑战性问题。插入式I/O曾是一种解决方案。这种方案的输入输出最大数目取决于可用卡槽数目；且本质上会产生自各个外设至中央控制柜中的PC出现多线连续且布线不灵敏等问题。其结果那么是出现了对串行现场总线的需求但是，直到上世纪八十年代末，仍然没有出现令人信服的系统：Interbus、SERCOS和co.仍不成熟，仅刚刚实现对I/O或驱动的支持。PROFIBUSDP和CANopen此时尚未问世。Beckhoff出于美德开发了Lightbus协议，为当今实时以太网现场总线EtherCAT奠定了根底。1989年，Lightbus配合优先级控制和逻辑通讯信息的报文实时处理工作原理，已经在当时产生了令人印象深入的性能数据：采用Lightbus每一毫秒可以寻址1000多个分布式I/O，与此同时，还可以以100s的速度完成某些高速驱动控制器的更新。因此，相较于同一时期的快速PCCPU，Lightbus的性能更高强大，并为这种光纤现场总线技术的长期盛行奠定了根底。Lightbus的问世已经有20多年，其速度仍然根本上超过其它现场总线以及大多数代表着最新一代现场总线技术的各种不同工业以太网技术。尽管Lightbus的速度是如此的快，但仍然无法和当今工厂外设中的PCCPU的计算才能完全匹配。因此，Beckhoff开发了EtherCAT。该技术在某种意义上是Lightbus的下一代技术。EtherCAT同样使用了实时处理原理，并可以支持任意数目的逻辑通讯信道，但其使用的介质，即100Mbit/s高速以太网，比之前快40倍。例如，EtherCAT每100毫秒可与100个伺服轴完成通讯。即使是最快的工业PC，也无法在100毫秒的周期内完成如此多轴的控制算法的运算。因此，Beckhoff再一次研发了一种面向将来的总线系统，该总线系统在可以预见的将来中不会成为控制系统的瓶颈。直达终端的以太网：全双工环形以太网，报文会经过大量设备，连接直达标准以太网端口现场总线已经成为基于PC的控制技术的瓶颈传统现场总线无法与基于PC的控制技术相匹配。因此，假如选用了慢速现场总线或者工业以太网系统，那么除了高性能控制器外，还经常需要额外采用局部专用控制器和调节器对数据进展部分预处理。这些控制器的编程和配置必须单独地进展。在半导体制造厂中，专用的液压控制器、集成式驱动定位控制器或者质量流量控制器即是典型的实例。这些需要使用大量硬件和工具，强迫性地推高了采购、工程设计和维护等方面的本钱。分布式本地控制器对于模块化机器来讲可能代表着久经测试，但是，在大量应用中，它们仅仅只是通讯瓶颈的必然产物。利用EtherCAT和TwinCAT，也可以在总线上构成封闭的极速控制回路：复杂的专用控制器及其专用编程工具变得多余，且可以替换为高速I/O终端和TwinCAT控制器功能块。这不仅减少了本钱；而且，还翻开了专用控制器的黑盒子：必要时，机器制造商或者系统集成商可以针对自己的应用，对控制器软件进展优化，甚至于将其彻底交换为自己的控制算法，进而在竞争中脱颖而出。对于TwinCAT3，用户也可利用Matlab/Simulink或者C/C+沉着地开发这些算法，并对其进展在线调试。EtherCAT架构使紧凑型IPC设计成为可能EtherCAT卓越的性能不仅简化了控制架构，而且，还简化了IPC本身的硬件构造：现场总线接口出于投资保护、沉着转换为EtherCAT，或，出于连接邻近系统等原因，对于大量设备来讲仍然具有必要性可以实现为EtherCAT终端，进而在本地完成连接。本地PC总线上的插槽数目对于系统的构造和可扩展性不再具备决定性作用。IPC的构造更加紧凑。现场总线电缆长度变得更短，进而实现更高波特率进一步进步了工作性能。值得指出的是，高性能控制器和高性能通讯的这种结合不仅仅只是惠及闭环控制回路型应用：所有基于事件驱动型控制的应用都可据此实现更高工作效率。下一工作步骤经常取决于某个事件是否发生。一旦到达，例如，气缸到达其目的位置、需要监控的零件已经位于夹具中，或已出现期望的压力等，下一工作步骤将继续执行。为此需要持续不断地循环扫描相应的传感器。对出现的事件进展响应的时间，完全取决于扫描频率和通讯效率。例如EtherCAT等极速总线、高速I/O模块、TwinCAT和PC控制器等可以显著地缩短这类等待时间。其结果是，相较于传统的控制技术，这种技术可以显著地进步工厂的消费效率。例如，对于每秒出现2个此类事件的装配厂，仅仅只是将采用传统现场总线的某个PLC换成采用EtherCAT的某个软PLC即可实现约3%的产量提升。EtherCAT更快、更灵敏、性价比高EtherCAT是速度最快的现场总线技术，因此经常被简称为高性能现场总线技术。然而，这种简称过于简化！仅仅是采用了TwinCAT的PC技术就不仅意味着极速，而且还意味着可扩展性、高灵敏性、高集成性、易用性和经济性等。尽管不需要全部这些性能上风，大量用户还是部署或者采用了EtherCAT技术。对于他们来讲，重点关注的是本钱经济性、无需有源根底设施组件的灵敏性拓扑和方便的配置。这一切都源于EetherCAT技术的自动地址分配、卓越的诊断功能和故障定位性能，或，全球已经广泛认可并选用了大量EtherCAT设备。简而言之，EtherCAT主站设备实现了这些上风完全不需要任何辅助硬件；PC机上已有的任何以太网接口足以知足EtherCAT所需。仅凭这一点，EtherCAT技术就可以成为基于PC的控制技术的天生伙伴，而且，这两者无论在哪方面都是真正的高性能技术。EtherCATbeckhoff/EtherCAT