EtherCAT ? 是 Beckhoff 開(kāi)發(fā)的一種基于以太網(wǎng)的高性能確定性網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。經(jīng)行業(yè)證明，它可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn) 100 base-T 硬件提供高速、確定性控制，并在要求苛刻的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)超快、一致的結(jié)果。EtherCAT 是一種開(kāi)放技術(shù)，這意味著每個(gè)人都可以使用、實(shí)施并受益于該技術(shù)。因此，EtherCAT 伺服驅(qū)動(dòng)器已成為運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)的重要組成部分。

EtherCAT 可用于我們所有的 FlexPro? 系列和我們的許多 DigiFlex ? Performance? （DP 系列）數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器，它們?cè)谂ぞ?、速度和位置模式下運(yùn)行，并提供對(duì)所有伺服回路的全面調(diào)諧控制，以實(shí)現(xiàn)最高您的應(yīng)用程序的性能。

支持 PCB 安裝的 EtherCAT 伺服驅(qū)動(dòng)器還利用 ADVANCED Motion Controls 獨(dú)特的專(zhuān)有高速多軸通信接口和 I/O 擴(kuò)展功能（“DxM”? 和“DxI/O”? 技術(shù)）?，F(xiàn)在，單個(gè) EtherCAT ? 節(jié)點(diǎn)可以容納多達(dá) 4 個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的組合，每個(gè)軸具有 32 個(gè)數(shù)字輸入、32 個(gè)數(shù)字輸出、4 個(gè)模擬輸入和 2 個(gè)模擬輸出。結(jié)果是用于單軸或多軸應(yīng)用的高度集成的高價(jià)值運(yùn)動(dòng)控制解決方案。

ADVANCED Motion Controls 的插件模塊 EtherCAT 伺服驅(qū)動(dòng)器在 Design News 的年度金捕鼠器獎(jiǎng)中被評(píng)為獲獎(jiǎng)?wù)?，以表彰我們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)中的工程創(chuàng)新和創(chuàng)造力！ ADVANCED Motion Controls 最新的伺服驅(qū)動(dòng)器系列 FlexPro?是第一個(gè)從一開(kāi)始就考慮到 EtherCAT ? 的伺服驅(qū)動(dòng)器系列。

EtherCAT 的基本原理是透讀。與其他主節(jié)點(diǎn)單獨(dú)輪詢每個(gè)節(jié)點(diǎn)的協(xié)議不同，EtherCAT 向一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一條消息，然后將該消息傳遞到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)和后續(xù)節(jié)點(diǎn)，直到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都接收到該消息。這是有效的，因?yàn)橄W(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的信息和指令。每個(gè)節(jié)點(diǎn)只讀取和響應(yīng)自己的數(shù)據(jù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)還可以通過(guò)在消息通過(guò)時(shí)將數(shù)據(jù)插入到消息中，將信息發(fā)送回 Master。例如，它可以在消息中添加位置、速度和狀態(tài)信息。一旦消息通過(guò)所有節(jié)點(diǎn)并返回給主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)就會(huì)讀取添加的數(shù)據(jù)。

當(dāng)消息返回 EtherCAT 主站時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都從主站接收到新的輸入數(shù)據(jù)，并將新的輸出數(shù)據(jù)返回給主站?？梢詫?EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)比作鐵路，其中每個(gè)車(chē)站都可以在火車(chē)保持行駛狀態(tài)時(shí)卸載和重新裝載火車(chē)車(chē)廂。在沒(méi)有針對(duì)特定節(jié)點(diǎn)的小負(fù)載或消息的不足的情況下，EtherCAT 伺服驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)最大的帶寬利用率。

所有 EtherCAT 數(shù)據(jù)包均由主站使用全雙工傳輸生成和發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)上的所有 EtherCAT 電機(jī)控制器都可以在 EtherCAT 數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)時(shí)從 EtherCAT 數(shù)據(jù)包讀取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，每個(gè)從設(shè)備（與數(shù)據(jù)包的大小無(wú)關(guān)）只有很短的恒定延遲（通常小于 500 ns）。通常，僅使用一個(gè)數(shù)據(jù)包即可容納大量從設(shè)備，從而優(yōu)化帶寬使用并降低中斷率。一項(xiàng)研究表明，在具有 50 臺(tái)設(shè)備和每臺(tái)設(shè)備 100 字節(jié)有效負(fù)載的千兆網(wǎng)絡(luò)上，最小循環(huán)時(shí)間為 50 微秒。即使在這個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)和有效負(fù)載遠(yuǎn)高于典型伺服系統(tǒng)的示例中，循環(huán)時(shí)間仍然比伺服驅(qū)動(dòng)器的位置環(huán)和電流環(huán)更新速率更快。

EtherCAT 足夠快，可以通過(guò)分布式或集中式控制運(yùn)行

分布式控制

通過(guò)分布式運(yùn)動(dòng)控制，伺服驅(qū)動(dòng)器以速度模式或位置模式（與扭矩模式相反）運(yùn)行。這允許主控制器專(zhuān)注于外部控制回路，讓伺服驅(qū)動(dòng)器擔(dān)心內(nèi)部回路。結(jié)果是控制器命令和控制運(yùn)動(dòng)所需的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)更少，因?yàn)樗欧?qū)動(dòng)器通過(guò)關(guān)閉速度環(huán)和/或位置環(huán)來(lái)分擔(dān)一些責(zé)任。此外，伺服驅(qū)動(dòng)器和控制器之間的網(wǎng)絡(luò)流量也減少了，因?yàn)樾枰l(fā)送的命令更少。

如果驅(qū)動(dòng)器在 PVT 模式下運(yùn)行，則可以進(jìn)一步減少網(wǎng)絡(luò)流量。在這種模式下，驅(qū)動(dòng)器會(huì)收到一系列位置、速度和時(shí)間值。每個(gè) PVT 點(diǎn)定義在給定時(shí)間，電機(jī)將處于指定位置并以指定速度移動(dòng)。PVT 點(diǎn)的“T”元素可以間隔超過(guò) 10 毫秒，從而大大減少網(wǎng)絡(luò)流量。然后驅(qū)動(dòng)器在點(diǎn)之間進(jìn)行插值?？梢詫⒍鄠€(gè) PVT 點(diǎn)發(fā)送到伺服驅(qū)動(dòng)器并存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間使用。使用 PVT，驅(qū)動(dòng)器處理所有運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)，而控制器只定義運(yùn)動(dòng)路徑。CANopen 等較慢的網(wǎng)絡(luò)可以極大地受益于 PVT 控制。使用 EtherCAT，

在集中控制中，控制器向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送扭矩命令并關(guān)閉所有回路。在計(jì)算要求和網(wǎng)絡(luò)流量方面，集中控制的開(kāi)銷(xiāo)比分布式控制要高得多。幸運(yùn)的是，EtherCAT 的速度足夠快，可以使用集中控制方案進(jìn)行操作。那么回報(bào)是什么？為什么要集中控制運(yùn)行？在高性能應(yīng)用中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可能希望使用專(zhuān)門(mén)的控制算法、過(guò)濾器、前饋，或者希望比插補(bǔ)移動(dòng)更緊密地遵循運(yùn)動(dòng)路徑。集中控制使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以完全控制系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)控制。

在運(yùn)動(dòng)控制中的高速網(wǎng)絡(luò)之前，來(lái)自電機(jī)和其他設(shè)備的反饋和信號(hào)線必須一路回到控制器。如果您查看傳統(tǒng)的集中式多軸控制器，您不會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)所有信號(hào)線都有 50 到 100 個(gè)端子。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，每個(gè)伺服軸至少需要 11 根電線才能返回到控制器：

帶差分信號(hào)的編碼器 – A、B、I、電源 = 8 線

命令信號(hào) = 2 線

禁止線 = 1 線

例如：具有 3 軸運(yùn)動(dòng)控制的機(jī)械臂很容易成為布線和可靠性的噩夢(mèng)。使用嵌入在每個(gè)關(guān)節(jié)中的集成伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，您必須將至少 33 根電線從手臂向下饋入控制器。當(dāng)線束到達(dá)肩關(guān)節(jié)時(shí)，它將最大并且擁有最多的電線。整個(gè)捆綁仍然需要可靠并承受手臂的所有彎曲和扭曲。在一個(gè)真正的機(jī)械臂中，考慮到制動(dòng)繼電器、傳感器、伺服驅(qū)動(dòng)電源和其他組件，這個(gè)數(shù)字實(shí)際上更接近 50-75。每增加一根電線都會(huì)降低可靠性并使安裝更加困難。

幸運(yùn)的是，對(duì)于 EtherCAT 等高速網(wǎng)絡(luò)，這不再是問(wèn)題。如果需要，可以將 EtherCAT 信號(hào)加上邏輯電源的信號(hào)線數(shù)量減少到 6 根。通過(guò)位于每個(gè)臂關(guān)節(jié)處的集成伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器，EtherCAT 伺服驅(qū)動(dòng)器可以充當(dāng)所有外圍設(shè)備和控制器之間的接口。這些設(shè)備甚至不需要與 EtherCAT 兼容，只要它們與伺服驅(qū)動(dòng)器兼容即可。伺服驅(qū)動(dòng)器看到的任何信號(hào)都可以被解釋并發(fā)送到控制器。包括電機(jī)位置、速度、電機(jī)電流和 I/O 狀態(tài)。通過(guò)使用伺服驅(qū)動(dòng)器上的模擬輸入，甚至模擬傳感器也可以用作網(wǎng)絡(luò) I/O。驅(qū)動(dòng)器的 A/D 轉(zhuǎn)換器可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò) EtherCAT 將值發(fā)送到控制器。

• 基于 100baseT 的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)

• 實(shí)時(shí)到 I/O 級(jí)別

• 可能的多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) - 線型、星型、樹(shù)型、菊花鏈、分支線 - 可以任意組合使用

• 不需要特殊的以太網(wǎng)硬件 - 可以使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口卡 (NIC)

• CANopen over EtherCAT (CoE) 允許通過(guò) EtherCAT 使用 CANopen 協(xié)議和功能集

• Ethernet over EtherCAT (EoE) 允許在同一物理網(wǎng)絡(luò)上使用其他基于以太網(wǎng)的服務(wù)和協(xié)議

• 2x100 Mbit/sec 最大速度

• 10 kHz 更新率

• < 1 毫秒抖動(dòng)

由于其快速的循環(huán)速率，EtherCAT 可用于實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的集中式和分布式控制方案。EtherCAT 的速度足夠快，不僅可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，還可以傳輸來(lái)自外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)。通過(guò) EtherCAT 傳輸所有數(shù)據(jù)需求可以顯著減少易受故障影響的電線數(shù)量，從而提高可靠性。EtherCAT 是一種所有人都可以使用的開(kāi)放技術(shù)。