最全的PLC通讯协议解析之EtherCAT篇(5)

基于以太网的通讯协议

以太网无处不在，并且具有成本效益，它采用公共物理链路且速度更快。正因如此，多种工业通信协议正转移到基于以太网的解决方案上。支持 TCP/IP 的以太网通信通常具有不确定性，反应时间通常约为 100ms。工业以太网协议使用经过修改的介质访问控制 (MAC) 层来实现非常低的延迟和确定性响应。以太网还使系统具备灵活的网络拓扑和灵活的节点数量。我们来详细了解一些流行的工业以太网通信协议。



主要有以下几种：

EtherCAT

Powerlink

Ethernet/Internet Protocol (IP)

Modbus/Transmission Control Protocol (TCP)

ProfiNet

关于这几种总线通讯协议，近期会详细的一一介绍，这里暂时不做展开，欢迎大家持续关注Hello工控。



以太网不同类型对比

以太网在工厂的不同层级都有使用，例如（自动化现场层、控制层、办公应用层），如下图所示：



那么，在选择和使用以太网通讯的时候，我们需要注意通讯的速率、介质，还有实际的通讯距离，我们这里整理总结如下图供各位参考：




EtherCAT性能

借助于从站硬件集成和网络控制器主站的直接内存存取，整个协议的处理过程都在硬件中得以实现，因此，完全独立于协议堆栈的实时运行系统、CPU 性能或软件实现方式。1000个I/O的更新时间只需30 µs，其中还包括I/O周期时间（参见下图）。



100个伺服轴的通讯也非常快速：可在每100µs中更新带有命令值和控制数据的所有轴的实际位置及状态，分布时钟技术使轴的同步偏差小于1微秒。而即使是在保证这种性能的情况下，带宽仍足以实现异步通讯，如TCP/IP、下载参数或上载诊断数据。

超高性能的EtherCAT技术可以实现传统的现场总线系统无法迄及的控制理念。EtherCAT使通讯技术和现代工业PC所具有的超强计算能力相适应，总线系统不再是控制理念的瓶颈，分布式I/O可能比大多数本地I/O接口运行速度更快。EtherCAT技术原理具有可塑性，并不束缚于100Mbps的通讯速率，甚至有可能扩展为1000Mbps的以太网。

得益于EtherCAT的On-the-fly运行机制和独特的EtherCAT通讯帧结构，他的性能相比较而言，目前是最优的：