最全的PLC通讯协议解析之EtherCAT篇（2）

Hello工控 · 发表于 2024-5-10 00:55:09

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我们上期讨论了EtherCAT定义、市场节点及具体计划。
最全的PLC通讯协议解析之EtherCAT篇(1)

我们这期讨论：EtherCAT和EtherNet。

EtherNet以太网

20世纪80年代，以太网是一种相对专业的计算机连接技术，由经验丰富的大师在高度受控的办公环境下管理。

从那时起，技术和性能取得了令人难以置信的进步，世界上许多人在日常生活中使用有线和无线（Wi-Fi）以太网。

当然，联网对于工业自动化目的也同样至关重要，但用于该服务的技术始终需要满足以下几个要求：

适用于现场环境的外形因素和安装方法（易于安装，能承受环境温度/污垢/湿气/物理条件）
对来自电源、电机、接触器和其他来源的电噪声具有强大的抵抗力
足够的带宽和响应能力

最早的数字通信和网络操作技术（OT）方法是专门的，甚至有时是专有的，而且是有限的（有几个版本是可行）。然而，最终的规模经济使以太网信息技术（IT）有可能在所有级别的工业自动化通信中占据主导地位。

EtherNet vs EtherCAT

基于以太网的总线解决方案已成为运动和工业控制通信的主导方法。TCP、UDP、ModbusTCP、EtherNet/IP、ProfiNet和EtherCAT均是实现高速、稳健通信的几个以太网协议。

由于EtherCAT和以太网使用相同的物理硬件，并且经常一起使用，因此很难区分它们。然而，控制系统设计者可以通过理解几个关键因素（如应用场合、同步性和成本等）来做出明智的选择。

一般地，EtherNet遵循标准的OSI 7层网络协议如下图所示：

相比较而言，EtherCAT基于EtherNet进行了创新和改进，没有那么多层，仅第1、2层用来传递数据。

所以基于此在传递数据上，速度更快，且减少了各层之间的数据传递风险和不确定性。

速度对比

我们通过下面的例子来说明EtherCAT总线通讯的速度：

根据上述通讯帧，如果传递一个DINT类型的（4个字节）的数据，那么：

EtherNet需要传输总计：8+6+6+2+46+4 = 72 byte 的数据长度

EtherCAT需要传输总计：2+12+4 = 18byte 的数据长度

所以，同样的通讯介质下，EtherCAT通讯所需要的时间仅仅是EtherNet通讯的四分之一。

运控对比

如果使用以太网的方式做运动控制，一般指的是主机和Motion运动控制器之间通过TCP通讯的方式进行指令和数据收发，通过控制器来实现运动控制，那么本身以太网的实时性不高，所以无法控制同步性能很强的运控解决方案。

相对于上述方案而言，EtherCAT总线控制方案里面多了EtherCAT Master主站，所有的从站（IO或者伺服）通过EtherCAT进行实时通讯，最低可达微秒的级别。

当然，EtherCAT需要更多的成本，首先需要对主从站进行软件配置，其次每个从站需要特定的协议数据包，且无法与传统的路由器、交换机进行网络兼容，最后每个从站还需要专用的EtherCAT总线ASIC芯片。

总结
对于更低成本但实时性要求不高的场合，可以考虑通用的EtherNet通讯，毕竟这种技术已经发展近50年，相对成熟，实施也更快。

而对于运动控制场合，特别是1ms内的同步控制，那首选是EtherCAT。

当然，目前数字化和智能化的发展，我们应该结合两种的优势，进行综合考虑，最终给到客户满意的方案。

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