德國BECKHOFF總經(jīng)銷EL3021

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EL3021, EL3022, EL3121, EL3122 | 1-, 2-通道模擬量輸入端子模塊 4…20 mA, 差分輸入，12/16 位

EL3021、EL3012、EL3121 和 EL3122 模擬量輸入端子模塊用于處理 4 到 20 mA 之間的信號(hào)。電流被數(shù)字化后的分辨率為 12 位（EL3021/EL3022）或 16 位（EL312/EL3122），并在電隔離的狀態(tài)下被傳送到上一級(jí)自動(dòng)化設(shè)備。EtherCAT 端子模塊的輸入通道有差分輸入，并具有一個(gè)公共的內(nèi)部接地電位。EL3021 和 EL3121 是單通道型端子模塊，具有精細(xì)分級(jí)和電氣隔離的特點(diǎn)。EL3022 和 EL3122 型端子模塊則有兩個(gè)通道。該端子模塊可以監(jiān)測(cè)開路或過載狀態(tài)。并通過 E-bus 將端子模塊狀態(tài)傳到控制器。每個(gè) EtherCAT 端子模塊都有一個(gè) LED 用來指示其信號(hào)狀態(tài)。故障 LED 指示過載和斷線狀態(tài)。

運(yùn)行原理

目前有多種用于提供實(shí)時(shí)能力的以太網(wǎng)方案： 例如，通過較高級(jí)的協(xié)議層禁止 CSMA/CD 存取過程，并使用時(shí)間分片或輪詢技術(shù)來取代它。其它方案使用交換機(jī)，并采用精確的時(shí)間控制方式分配以太網(wǎng)報(bào)文。盡管這些解決方案能夠比較快和準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)包傳送到所連接的以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，但帶寬的利用率卻很低，特別是對(duì)于典型的自動(dòng)化設(shè)備，因?yàn)榧词故菍?duì)于非常小的數(shù)據(jù)量，也必須要發(fā)送一個(gè)完整的以太網(wǎng)幀。而且，重新定向到輸出或驅(qū)動(dòng)控制器以及讀取輸入數(shù)據(jù)所需的時(shí)間主要取決于執(zhí)行方式。通常也需要使用一條子總線，特別是在模塊化 I/O 系統(tǒng)中，這些系統(tǒng)與 Beckhoff K-bus 一樣，通過同步子總線系統(tǒng)加快傳輸速度，盡管如此，這樣的同步還是無法避免通訊總線傳輸?shù)难舆t。

通過采用 EtherCAT 技術(shù)，Beckhoff 突破了其它以太網(wǎng)解決方案的這些系統(tǒng)限制： 不必再像從前那樣在每個(gè)連接點(diǎn)接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)行解碼并復(fù)制過程數(shù)據(jù)。當(dāng)幀通過每一個(gè)設(shè)備（直達(dá) I/O 端子模塊）時(shí)，EtherCAT 從站控制器讀取與該設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)。同樣，輸入數(shù)據(jù)可以飛速插入至數(shù)據(jù)流中。幀被傳遞（僅被延遲幾位）過去的時(shí)候，從站會(huì)識(shí)別出相關(guān)命令，并進(jìn)行相應(yīng)處理。此過程是在從站控制器中通過硬件實(shí)現(xiàn)的，因此與協(xié)議堆棧軟件的 Run-Time 系統(tǒng)或處理器性能無關(guān)。網(wǎng)段中的zui后一個(gè) EtherCAT 從站將經(jīng)過充分處理的報(bào)文發(fā)回，這樣該報(bào)文就作為一種響應(yīng)報(bào)文由*個(gè)從站返回到主站。

從以太網(wǎng)的角度看，Ether¬CAT 總線網(wǎng)段是一個(gè)可接收和發(fā)送以太網(wǎng)幀的大型以太網(wǎng)設(shè)備。但是，該“設(shè)備“不包含帶下游微處理器的單個(gè)以太網(wǎng)控制器，而只包含大量的 EtherCAT 從站。與其它任何以太網(wǎng)設(shè)備一樣，EtherCAT 不需要通過交換機(jī)就可以建立通訊，因而產(chǎn)生一個(gè)純粹的 EtherCAT 系統(tǒng)。

以太網(wǎng)直達(dá)端子模塊

以太網(wǎng)系統(tǒng)直達(dá)系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備，即直達(dá)每個(gè) I/O 端子模塊；無需使用子總線。只需將耦合器的傳輸介質(zhì)由雙絞線（100BASE-TX）轉(zhuǎn)換為 E-bus 總線即可滿足電子端子排的要求。端子排內(nèi)的 E-bus 信號(hào)類型（LVDS）并不是的，它還可用于 10 千兆位以太網(wǎng)。在端子排末端，物理總線特性被轉(zhuǎn)換回 100BASE-TX 標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng) MAC 或便宜的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡（NIC）足以作為控制器中的硬件使用。DMA（直接存儲(chǔ)器存?。┯糜趯?shù)據(jù)傳輸?shù)?PC。這意味著網(wǎng)絡(luò)訪問對(duì) CPU 性能沒有影響。在 Beckhoff 多端口卡中運(yùn)用了相同的原理，它在一個(gè) PCI 插槽中捆綁zui多 4 個(gè)以太網(wǎng)通道。

協(xié)議

EtherCAT 協(xié)議針對(duì)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化，它被直接傳送到以太網(wǎng)幀，或被壓縮到 UDP/IP 報(bào)文中。UDP 協(xié)議在其它子網(wǎng)中的 EtherCAT 網(wǎng)段由路由器進(jìn)行尋址的情況下使用。以太網(wǎng)幀可能包含若干個(gè) EtherCAT 報(bào)文，每個(gè)報(bào)文專門用于特定存儲(chǔ)區(qū)域，該存儲(chǔ)區(qū)域可編制大小達(dá) 4GB 的邏輯過程鏡像。由于數(shù)據(jù)鏈獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)中 EtherCAT 端子模塊的物理順序；可進(jìn)行任意尋址。從站之間可進(jìn)行廣播、多點(diǎn)傳送和通訊。

該協(xié)議還可處理通常為非循環(huán)的參數(shù)通訊。參數(shù)的結(jié)構(gòu)和含義通過 CANopen 設(shè)備行規(guī)進(jìn)行設(shè)定，這些設(shè)備行規(guī)用于各種設(shè)備類別和應(yīng)用。EtherCAT 還支持符合 IEC61491 標(biāo)準(zhǔn)的從屬行規(guī)。該行規(guī)以 SERCOS 命名，獲得運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域的普遍認(rèn)可。

除了符合主站/從站原理的數(shù)據(jù)交換外，EtherCAT 還非常適用于控制器之間（主站/主站）的通訊?？勺杂蓪ぶ返倪^程數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)變量以及各種參數(shù)化、診斷、編程和遠(yuǎn)程控制服務(wù)，可以滿足眾多要求。用于主站/從站和主站/主站通訊的數(shù)據(jù)接口是相同的。

性能

EtherCAT 在網(wǎng)絡(luò)性能上達(dá)到了一個(gè)新的高度。1000 個(gè)分布式 I/O 數(shù)據(jù)的刷新時(shí)間僅為 30μs － 其中包括端子模塊周期時(shí)間。通過一個(gè)以太網(wǎng)幀，可以交換高達(dá) 1486 字節(jié)的過程數(shù)據(jù)，幾乎相當(dāng)于 12000 個(gè)數(shù)字量 I/O。而這一數(shù)據(jù)量的傳輸僅用 300 μs。

與 100 個(gè)伺服軸的通訊只需 100 μs。在此期間，可以向所有軸提供設(shè)置值和控制數(shù)據(jù)，并報(bào)告它們的實(shí)際位置和狀態(tài)。分布式時(shí)鐘技術(shù)保證了這些軸之間的同步抖動(dòng)小于 1 微秒。

利用 EtherCAT 技術(shù)的優(yōu)異性能，可以實(shí)現(xiàn)用傳統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)所無法實(shí)現(xiàn)的控制方法。這樣，通過總線也可以形成超高速控制回路。以前需要本地硬件支持的功能現(xiàn)在可在軟件中加以映射。巨大的帶寬資源使?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)與任何數(shù)據(jù)可并行傳輸。EtherCAT 技術(shù)使得通訊技術(shù)與現(xiàn)代高性能的工業(yè) PC 相匹配?？偩€系統(tǒng)不再是控制理念的“瓶頸”。分布式 I/O 的數(shù)據(jù)傳遞超過了只能由本地 I/O 接口才能實(shí)現(xiàn)的性能。

這種網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)勢(shì)在有相對(duì)中等計(jì)算能力的小型控制器中較為明顯。EtherCAT 循環(huán)速度如此之快，使得它可以在兩個(gè)控制周期之間完成。因此，控制器總有可用的輸入數(shù)據(jù)，輸出編址的延遲zui小。在無需增強(qiáng)本身計(jì)算能力的基礎(chǔ)上，控制器的響應(yīng)行為得到顯著改善。

EtherCAT 技術(shù)的原理具備擴(kuò)展性，不束縛于 100M 帶寬 – 擴(kuò)展至 Gbit 的以太網(wǎng)也是可能的。

EtherCAT 替代 PCI

隨著 PC 組件小型化的加速發(fā)展，工業(yè) PC 的體積主要取決于所需要的插槽數(shù)目。高速以太網(wǎng)帶寬以及 EtherCAT 通訊硬件（EtherCAT 從站控制器）數(shù)據(jù)帶寬的利用，開辟了新的應(yīng)用可能性： 通常位于工業(yè) PC 中的接口被轉(zhuǎn)移到 EtherCAT 系統(tǒng)中的智能化接口端子模塊上。除分布式 I/O、軸和控制單元外，現(xiàn)場總線主站、高速串行接口、網(wǎng)關(guān)及其它通訊接口等復(fù)雜系統(tǒng)可以通過 PC 上的一個(gè)以太網(wǎng)端口進(jìn)行尋址。甚至對(duì)無協(xié)議變體限制的其它以太網(wǎng)設(shè)備也可通過分布式交換機(jī)端子模塊進(jìn)行連接。工業(yè) PC 主機(jī)體積越來越小，成本也越來越低，一個(gè)以太網(wǎng)接口足以應(yīng)對(duì)所有的通訊任務(wù)。

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