我们上期讨论了EtherCAT定义、市场节点及具体计划。 最全的PLC通讯协议解析之EtherCAT篇(1) 我们这期讨论:EtherCAT和EtherNet。
EtherNet以太网
20世纪80年代,以太网是一种相对专业的计算机连接技术,由经验丰富的大师在高度受控的办公环境下管理。
从那时起,技术和性能取得了令人难以置信的进步,世界上许多人在日常生活中使用有线和无线(Wi-Fi)以太网。
当然,联网对于工业自动化目的也同样至关重要,但用于该服务的技术始终需要满足以下几个要求:
最早的数字通信和网络操作技术(OT)方法是专门的,甚至有时是专有的,而且是有限的(有几个版本是可行)。然而,最终的规模经济使以太网信息技术(IT)有可能在所有级别的工业自动化通信中占据主导地位。
EtherNet vs EtherCAT
基于以太网的总线解决方案已成为运动和工业控制通信的主导方法。TCP、UDP、ModbusTCP、EtherNet/IP、ProfiNet和EtherCAT均是实现高速、稳健通信的几个以太网协议。
由于EtherCAT和以太网使用相同的物理硬件,并且经常一起使用,因此很难区分它们。然而,控制系统设计者可以通过理解几个关键因素(如应用场合、同步性和成本等)来做出明智的选择。
一般地,EtherNet遵循标准的OSI 7层网络协议如下图所示:
相比较而言,EtherCAT基于EtherNet进行了创新和改进,没有那么多层,仅第1、2层用来传递数据。
所以基于此在传递数据上,速度更快,且减少了各层之间的数据传递风险和不确定性。
速度对比
我们通过下面的例子来说明EtherCAT总线通讯的速度:
根据上述通讯帧,如果传递一个DINT类型的(4个字节)的数据,那么:
EtherNet需要传输总计:8+6+6+2+46+4 = 72 byte 的数据长度
EtherCAT需要传输总计:2+12+4 = 18byte 的数据长度
所以,同样的通讯介质下,EtherCAT通讯所需要的时间仅仅是EtherNet通讯的四分之一。
运控对比
如果使用以太网的方式做运动控制,一般指的是主机和Motion运动控制器之间通过TCP通讯的方式进行指令和数据收发,通过控制器来实现运动控制,那么本身以太网的实时性不高,所以无法控制同步性能很强的运控解决方案。
相对于上述方案而言,EtherCAT总线控制方案里面多了EtherCAT Master主站,所有的从站(IO或者伺服)通过EtherCAT进行实时通讯,最低可达微秒的级别。
当然,EtherCAT需要更多的成本,首先需要对主从站进行软件配置,其次每个从站需要特定的协议数据包,且无法与传统的路由器、交换机进行网络兼容,最后每个从站还需要专用的EtherCAT总线ASIC芯片。
总结
对于更低成本但实时性要求不高的场合,可以考虑通用的EtherNet通讯,毕竟这种技术已经发展近50年,相对成熟,实施也更快。 而对于运动控制场合,特别是1ms内的同步控制,那首选是EtherCAT。 当然,目前数字化和智能化的发展,我们应该结合两种的优势,进行综合考虑,最终给到客户满意的方案。