ethercat协议解析PPT课件.docx

EtherCAT协议介绍及实现EtherCAT定义・EtherCAT特性■EtherCAT协议EtherCAT实现•随着计算机、通信、网络等信息技术的发展'信息交换的领域已经覆盖了工厂、企业乃至世界各地的市场'因此'需要建立包含从工业现场的设备层到控制层、管理层等各个层次的综合自动化网络平台'建立以工业控制网络技术为基础的企业信息化系统。工业控制网络作为一种特殊的网络'直接面向生产过程'肩负着工业生产运行一线测量与控制信息传输的特殊任务,并产生或引发物质或能量的运动和转换'因此它通常应满足强实时性、高可靠性、恶劣工业现场环境的适应性、总线供电等特殊要求和特点。现场总线技术•在这种背景下,20世纪80年代产生和发展起来的现场总线技术'以全数字的通信代替4~20mA电流的模拟传输方式,使得控制系统与现场仪表之间不仅能传输生产过程测量与控制信息'而且能传输现场仪表的大量非控制信息,使得工业企业的管理控制一体化成为可能‘并且促使目前的自动化仪表、DCS和可编程控制器(PLC)等产品所面临的体系结构和功能结构产生重大变革。但是'现场总线技术在其发展过程中还存在不足•现有的现场总线标准过多/又国际标准IEC61158就包含了8个类型'未能统一到单一标准上来•不同总线之间不能兼容,不能实实现透明信息互访,无法实现信息的无缝集成•由于现场总线是专用实时通信网络,成本较高•现场总线的速度较低‘支持的应用有限,信息集成。•以太网技术作为垄断办公自动化领域的通信技术,以其通用性好,低成本,高效率,高可靠性和稳定性等诸多优势,越来越多地得到了工控界的关注和认可,用以太网技术来实现从管理层到工业现场层贯穿一致性通信,人们****惯上将应用到工业领域以太网技术称为工业以太网。・什么是工业以太网?一般来讲,工业以太网在技术上与商用以太网()兼容,但在产品设计时,在材质的选用、产品的强度和适用性方面能满足工业现场的需要,即满足以下要求:•环境适应性:包括机械环境适应性(如耐振动、耐冲击)、气候环境适应性(工作温度要求为-40~+85°C,至少为・20~+70°C,并要耐腐蚀、防尘、防水)、电磁环境适应性或电磁兼容性EMC应符合EN50081-2sEN50082-2标准。•可靠性:工业以太网产品要适应工业控制现场的恶劣环境。FA山曰一皿占Ai丄7厶 JI>IXI—I—177^-^7-m 73TTFA・由于以太网采用CSMA/CD的介质访问控制机制,在构建实时控制网络上比较困难,因为的介质访问控制机制有无法预见的延迟特性,网络每个节点都要通过竞争来取得信息包的发送权。节点监听信道,只有当发现信道空闲时,才能发送信息,如果信道忙碌则需要等待。信息开始发送后,还需要检查是否发生碰撞,信息如果发生碰撞,需退出重发。当实时数据与非实时数据在普通以太网上同时传输时,由于实时数据与非实时数据在源节点的竞争以及与来自其他节点的实时与非实时数据的碰撞,实时数据将有可能经历不可预见的大延时,甚至出现长时间发不出去的情况,即不确定性。以太网的整个传输体系并没有有效的措施及时发现某一节点故障而加以隔离,从而有可能使故障节点独占总线而又导致其他节点传输失效,工业控制响应的实时性问题就不能得到解决。・以太网的这一缺陷使它适应于信息传输系统,而不能满足过程控制系统的要求。这是因为信息传输系统与过程控制系统在通信的亜缶I-曰+白占木曰/吉自性妗白占士亜亜缶旦;古泊=/也•壬曰土旦生II玄实时工业以太网对比分析・实时工业太网为了达到实时性能,都采取了相应的策略解决普通太网产生的数据碰撞问题。对己有的实时工业以太网,根据其实时性的实现策略的不同,大致可分为下三种类型,如图11所示基TTCP/IP实现基于以太网实现基于修改的以太网实现应用展网络處和传输层数摇链路层物題n应用 实时应用IT应用 耐翻TCP/IPTCP/IP 过理TCP/IP 过程数据标准的以太网数堀链路足樣准的眾太网数据链路层标准的以太网物理层图bl三种工业以太网结构・第一种策略是基于TCP/IP的实现,在应用层上作修改。这一类工业以太网仍然使用TCP/IP协议,工业网络可与商用网络自由通信,但通过应用层的控制滤除商用以太网中的不确定性因素。常用的改造方法有调度法、数据峽优先级机制或使用交换式以太网等。送一类工业太网的代表有Modbus//IP。基于TCP/1P实现的工业以太网协议是最早被提出的工业以太网协议,但是由于其无法完全避免商用以太网的干扰z因此只适用于对于实时性要求不高的工业控制环境。・第二种策略是基于以太网的实现,在网络层和传输层上进行修改。送一类工业以太网基于标准的ISO/,工业控制的过程数据不通过TCP/IP协议传输z而是采用专用的协议完成其传输。仅当系统需要