【解决方案】EtherCAT如何保障高效率、高实时性、高灵活性的现场总线通讯

EtherCAT作为一种实时以太网解决方案，因其高性能在工业自动化应用中备受青睐。EtherCAT是如何保障高效率、高实时性、高灵活性的现场总线通讯的呢，本文将对其重点剖析讲解。


  EtherCAT的原理

EtherCAT (Ethernet Control Automation Technology，以太网控制自动化技术)是一款高性能工业网络现场总线系统。它是基于以太网的基础，专门针对工业自动化控制而开发的实时以太网通讯网络。EtherCAT本质上是一种高灵活性的实时工业以太网协议，使用主从通讯的模式。

一个完整的EtherCAT系统由一个主站和多个从站设备组成。当EtherCAT主站发送报文给从站，从站设备在报文经过其节点时读取相应的数据报文，同时输出数据也是在报文经过时插入到报文中，从而在标准以太网的基础上实现稳定性高、成本低、实时性高的现场总线控制系统。


  EtherCAT的特点

1. 兼容性强
EtherCAT主站设备使用标准的以太网控制器，具有网口接口卡的计算机和具有以太网控制的嵌入式设备均可作为EtherCAT主站。2. 可靠性好EtherCAT数据传输都是在硬件中处理的，数据传输效率更高，传输速率更快，在数据传输的延迟时间方面提供了稳定的保障，大大提高了数据传输过程的可靠性和实时性。同时，EtherCAT协议还支持单个从站节点的连接或者断开操作，即在EtherCAT网络中移除其中一个从站节点，剩余的网络组成部分还可以正常工作。另外EtherCAT还支持主站冗余、电缆冗余等，适用于可靠性要求较高的使用场合。
3. 效率更高传统的以太网技术中，每个设备都能接收到网络中的所有数据包，而有用的设备信息还需要应用层逐一去提取，严重影响了应用层的执行效率。EtherCAT在数据传输时，从站设备将它们的数据动态插入同一数据流中，无需在接收以太网数据包后再去解析和处理的过程，在一个以太网帧内即可完成通讯。


4. 灵活性强
EtherCAT支持线型、树型、环型、星型、总线型等多种连接结构拓扑，连接线缆可选用100Base-TX标准以太网电缆，拓扑结构灵活多变，可极大降低硬件的开发和组装成本。EtherCAT网络可连接设备数多达65535台。



  ZMC300E EtherCAT主站控制器介绍

ZMC300E 是广州致远电子股份有限公司开发的最新一代智能总线型 EtherCAT 主站控制器，是面向工厂智能化时代的机器控制器。其采用工业领域内先进的嵌入式 ARM 方案，集实时操作系统、智能算法于一身，配套工业图形化编程软件开发环境，以 EtherCAT 工业以太网协议为向导，可以快速、有效、便捷的构建数控智能化设备，以适应工厂智能化、信息化产业的变革。



ZMC300E采用工业领域内先进的嵌入式 ARM 方案，使用TI的Cortex®-A8内核的AM335X应用处理器为核心，配合Xenomai高实时性Linux系统，精心设计了一路EtherCAT口作为主站使用，其通讯可实现ms周期任务抖动±15μs以内，可满足运动控制器的高实时性要求。



为了满足不同的自动化应用需求，ZMC300E还提供了多种丰富的硬件接口，包含1路CAN、1路485、2路以太网、32个用户I/O等等。