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      EtherCAT和Ethernet的不同點(diǎn)有哪些, 通信周期又是什么意思?
      
						
      
							
      2023年08月31日 17:25:18人氣：197來(lái)源：深圳市正運(yùn)動(dòng)技術(shù)有限公司
      
							
      
    
    
    

      
							
							
														  
						
      
						
					
					
					

					
					
					
					

					
					 
					
      
		
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      小伙伴們，我們又來(lái)了。上期大概介紹了EtherCAT的一些特性，本期我們將會(huì)更詳細(xì)的介紹一下EtherCAT的實(shí)現(xiàn)方式，通信周期的意義到底是什么、SDO和PDO到底是什么等概念。
      首先要聲明，盡管本期介紹略微深入，實(shí)際上小伙伴使用正運(yùn)動(dòng)控制器的時(shí)候是非常簡(jiǎn)單的，你可以不了解下面的概念就可以充分利用正運(yùn)動(dòng)在總線上的多種優(yōu)勢(shì)，這篇文章是為感興趣，想了解更多的小伙伴寫(xiě)的。只有了解更多，才能解決復(fù)雜問(wèn)題哦。

      ”


      ZMC408CE


      實(shí)現(xiàn)“8通道獨(dú)立PSO”應(yīng)用場(chǎng)景

      說(shuō)到EtherCAT總線控制器，這里為大家介紹一款正運(yùn)動(dòng)技術(shù)推出的高性能EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器ZMC408CE。
      企業(yè)微信截圖_20230419090810.png
      ZMC408CE核心技術(shù)采用了*的FPGA技術(shù)，實(shí)現(xiàn)硬件位置比較輸出、精準(zhǔn)輸出功能，保證連續(xù)軌跡加工的出色性能和穩(wěn)定性，以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)捕獲的實(shí)時(shí)性，從而實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)控制和提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)。
      ZMC408CE支持EtherCAT+脈沖軸混合插補(bǔ)，可脫機(jī)或聯(lián)機(jī)運(yùn)行，軸數(shù)8-32軸可選，支持ZDevelop+多種高級(jí)上位機(jī)混合編程，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、電子凸輪、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、連續(xù)軌跡加工和30+種機(jī)器人模型的控制。
      企業(yè)微信截圖_20230419090909.png
      ZMC408CE產(chǎn)品亮點(diǎn)
      1.高性能處理器，提升運(yùn)算速度、響應(yīng)時(shí)間和掃描周期等；
      2.一維/二維/三維、多通道視覺(jué)飛拍，高速高精；
      3.位置同步輸出PSO，連續(xù)軌跡加工中對(duì)精密點(diǎn)膠膠量控制和激光能量控制等；
      4.多軸同步控制，多坐標(biāo)系獨(dú)立控制等；
      5.EtherCAT同步周期可快至125us；
      6.EtherCAT總線和脈沖軸混合插補(bǔ)；
      7.直線插補(bǔ)、任意空間圓弧插補(bǔ)、螺旋插補(bǔ)、樣條插補(bǔ)等；
      8.應(yīng)用靈活，可PC上位機(jī)開(kāi)發(fā)，也可脫機(jī)獨(dú)立運(yùn)行；


      想要了解更多關(guān)于ZMC408CE的詳情介紹，可以點(diǎn)擊“ 推薦|8通道PSO的高性能EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器”查看。

      EtherCAT設(shè)計(jì)目標(biāo)和優(yōu)勢(shì)

      工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)往往需要穩(wěn)定并且實(shí)時(shí)的通信，傳感器和IO信號(hào)需要高速響應(yīng)，電機(jī)的數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)傳輸。在EtherCAT之前，就已經(jīng)有CAN總線等現(xiàn)場(chǎng)總線。
      但隨著現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)越來(lái)越龐大，傳統(tǒng)總線的瓶頸就越來(lái)越明顯：帶寬不夠高，傳輸數(shù)據(jù)量少，無(wú)法充分利用IT技術(shù)的發(fā)展等。所以就誕生了一批基于Ethernet的現(xiàn)場(chǎng)總線，EtherCAT就是其中之一。

      企業(yè)微信截圖_20230419090935.png
      EtherCAT總線的描述是基于Ethernet的現(xiàn)場(chǎng)總線（如上圖），為什么不直接使用Ethernet呢，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)通信的一些特征是和IT領(lǐng)域不同的：
      1.單個(gè)系統(tǒng)擁有大量節(jié)點(diǎn)（設(shè)備）。
      2.這些節(jié)點(diǎn)一般需要傳輸數(shù)據(jù)量比較少，但實(shí)時(shí)性要求很高。
      如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)都用一個(gè)Ethernet數(shù)據(jù)幀來(lái)通信的話，最后的通信效率就會(huì)非常的低。按照一個(gè)計(jì)算示例，最終的帶寬利用率可能不到5%，并且，基于Ethernet的通信協(xié)議，例如TCP，會(huì)帶來(lái)額外的帶寬開(kāi)銷和延遲，大量的帶寬都被無(wú)效的數(shù)據(jù)占用。
      企業(yè)微信截圖_20230419090956.png
      EtherCAT的解決方法就是，所有的節(jié)點(diǎn)使用一個(gè)數(shù)據(jù)幀，主站發(fā)出數(shù)據(jù)幀后，所有的從站會(huì)在飛行中處理數(shù)據(jù)，讀取自己需要的，塞入自己需要返回的數(shù)據(jù)，然后繼續(xù)把數(shù)據(jù)幀繼續(xù)向下傳輸，直到碰到zuohou一個(gè)節(jié)點(diǎn)，利用Ethernet的全雙工特性再將數(shù)據(jù)返回給主站。
      利用這種傳輸方式，數(shù)據(jù)幀的醉大有效數(shù)據(jù)率（maximum effective data rate）可以超過(guò)90%，主站是允許主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文的設(shè)備，其他節(jié)點(diǎn)只能順序傳輸報(bào)文，這樣可以避免Ethernet網(wǎng)絡(luò)中常見(jiàn)的沖突和延時(shí)，保證EtherCAT數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)特性。
      并且，從站使用專用芯片（ESC）在飛行中處理數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，可以使用硬件來(lái)處理， 使得整個(gè)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的通信時(shí)間保持穩(wěn)定可預(yù)測(cè)，和每個(gè)從站的不同部署無(wú)關(guān)。
      企業(yè)微信截圖_20230419091027.png
      EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中可以傳輸周期性的數(shù)據(jù)和非周期性的數(shù)據(jù)。
      周期性數(shù)據(jù)是通過(guò)PDO(Process Data Object)來(lái)交換的，一般用于實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換，例如電機(jī)的命令位置和反饋位置，IO信號(hào)的交互等。
      非周期的數(shù)據(jù)是可以通過(guò)郵箱協(xié)議來(lái)傳輸，常見(jiàn)的就是CoE(Canopen Over EtherCAT)，可以SDO(Service Data Object)來(lái)傳輸信息，SDO一般用于非實(shí)時(shí)的通信，例如電機(jī)參數(shù)的配置(例如分辨率, 電流等)，包括從站的PDO配置信息也是通過(guò)SDO來(lái)傳輸?shù)摹?/span>
      配置PDO就像為你的數(shù)據(jù)買高鐵票，這樣主站和從站在正式工作之前就已經(jīng)提前知道了將會(huì)有哪些數(shù)據(jù)上這列高鐵，每過(guò)一個(gè)從站ESC芯片將會(huì)自動(dòng)取下來(lái)對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)，塞入需要返回的數(shù)據(jù)。這樣可以縮減無(wú)效的數(shù)據(jù)，并且加快處理速度。
      企業(yè)微信截圖_20230419091039.png
      企業(yè)微信截圖_20230419091054.png
      PDO信息的傳輸周期就是我們經(jīng)常說(shuō)的EtherCAT通信周期。例如正運(yùn)動(dòng)的常規(guī)固件默認(rèn)都是1ms的周期（1K的通信頻率），正運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)品可以設(shè)置125us的周期（8K的通信頻率）。為什么默認(rèn)是1ms而不是更短的周期（更高的頻率）呢？控制器在這1ms內(nèi)在做什么呢？從站又在做什么呢？
      這個(gè)要從CSP的工作模式和電機(jī)的控制環(huán)路說(shuō)起，后面章節(jié)會(huì)再詳細(xì)介紹。[一般1ms已經(jīng)足夠小了（1K已經(jīng)足夠高了）。并且，電機(jī)之間的同步不是靠數(shù)據(jù)幀的到達(dá)時(shí)間，而是靠分布式時(shí)鐘的，可以實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)的同步，上期文章有介紹]。
      企業(yè)微信截圖_20230419091259.png
      前面提到，因?yàn)镋therCAT數(shù)據(jù)幀的特別設(shè)計(jì)，有效數(shù)據(jù)率非常高，所以在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域可以充分利用起來(lái)Ethernet的百兆帶寬，實(shí)際上百兆帶寬也可以讓非常多的電機(jī)實(shí)現(xiàn)1ms的通信周期，例如正運(yùn)動(dòng)家就有128軸的控制器（一般人我不告訴他哦）。
      那上次留下的一個(gè)問(wèn)題是，既然EtherCAT百兆總線已經(jīng)這么好了，為什么還要去設(shè)計(jì)千兆和萬(wàn)兆總線？
      答案是隨著技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了更龐大更復(fù)雜的系統(tǒng)，例如*的物流系統(tǒng)或者磁懸浮系統(tǒng)需要非常多的軸（幾百甚至上千），并且這些軸之間需要精確同步；或者需要采集大量傳感器數(shù)據(jù)的測(cè)量設(shè)備，都對(duì)總線的帶寬提出了更高的要求。
      更高的帶寬可以讓現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)入更多的應(yīng)用領(lǐng)域，同樣更強(qiáng)的總線也可以支撐設(shè)計(jì)以前沒(méi)有的復(fù)雜系統(tǒng)。
      企業(yè)微信截圖_20230419091315.png

      本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù) EtherCAT和Ethernet的不同點(diǎn)有哪些？通信周期又是什么意思？就分享到這里。更多精彩內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注“正運(yùn)動(dòng)小助手”公眾號(hào)。
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      正運(yùn)動(dòng)技術(shù)專注于運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究和通用運(yùn)動(dòng)控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)。正運(yùn)動(dòng)技術(shù)匯集了來(lái)自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅(jiān)持自主創(chuàng)新的同時(shí)，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運(yùn)動(dòng)控制基礎(chǔ)技術(shù)的研究，是國(guó)內(nèi)工控領(lǐng)域發(fā)展企業(yè)之一，也是國(guó)內(nèi)少有、完整掌握運(yùn)動(dòng)控制核心技術(shù)和實(shí)時(shí)工控軟件平臺(tái)技術(shù)的企業(yè)。主要業(yè)務(wù)有：運(yùn)動(dòng)控制卡_運(yùn)動(dòng)控制器_EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制卡_EtherCAT控制器_運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)_視覺(jué)控制器__運(yùn)動(dòng)控制PLC_運(yùn)動(dòng)控制_機(jī)器人控制器_視覺(jué)定位_XPCIe/XPCI系列運(yùn)動(dòng)控制卡等等。

      

				
			
      



	

	
      
		
      
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