imtoken下载官网安卓版|ethercat测试方法
imtoken下载官网安卓版|ethercat测试方法
作者： imtoken下载官网安卓版
2024-03-14 15:52:32
EtherCAT Diagnostics 诊断 - 知乎
EtherCAT Diagnostics 诊断 - 知乎首发于深入浅出之Beckhoff切换模式写文章登录/注册EtherCAT Diagnostics 诊断噜啦啦学而时习之，不易悦乎一、EtherCAT 错误是怎么检测到的?EtherCAT 通常具有“即扫即用”的特性，扫描网络、启动系统，所有组件就运行起来了。绝大多数情况下不需要设置任何参数。发现EtherCAT网络的通讯问题，典型的情况是因为以下原因：机器停止工作，或者控制项目 (PLC 程序, NC 任务…) 接收到的数据值明显与实测值不一致。示波器测到信号为True，而PLC变量值为False.在TwinCAT项目中显示了错误（典型的情况是在Master Online页面或者TwinCAT Logger）二、EtherCAT 网络中的错误类型能影响到EtherCAT网络的错误分为2大类：1.硬件错误物理介质中断：数据帧无法达到所有从站，或者根本不能回到主站。信息破坏： 数据帧到达网络中的所有从站并回到了主站，但有一些内容改变了。2.软件错误启动时从站达不到OP状态，因为来自主站的一个或多个初始化的命令被检测到不正确由于在操作过程中检测到错误，一个正常工作的从站突然脱离OP状态EtherCAT 分别从硬件和软件层面提供了丰富的诊断信息， 诊断信息可以按下图归类：三、周期性同步诊断周期性同步诊断 – Working CounterWorking Counter 是和过程数据（Process Data）一起的周期性送回主站的唯一诊断信息，所以这是最早能被主站和用户程序检测到的报警标记。一个EtherCAT数据帧中的每个数据报文都以一个16位的Working Counter (WKC)结尾，WKC 每经过一个数据报文中指定的从站就会递增，递增的原则如下：Read-only 命令(xRD): 如果从站内存可读，则 WKC+1.Write-only 命令(xWR): 如果从站内存可写，则 WKC+1.Read+Write 命令(xRW): 如果从站内存可读 WKC+1，可写则 WKC+2 (i.e. 如果读写都成功则 WKC+3).1.主站检查返回的每个数据报文的WKC值返回主站的数据报文中的WKC 当前值 ＝ 预期值 →WKC 有效，数据报文中的输入数据转发给控制程序(PLC, NC, …)每个总线周期主站都会验证 Working Counter.返回主站的数据报文中的WKC 当前值 ≠ 预期值 →WKC 无效，数据报文中的输入数据被丢弃 (PLC/NC 使用旧的数据)本页是WKC验证有效的情况验证的结果就在每个同步单元Sync Unit的从站的WcState信息中标记，验证成功则WcState为0，验证失败则WcState为1这就是为什么一个同步单元Sync Unit会共享同一个WcState标记，而任一从站读写不成功都会导致整个数据报文都无效。读写不成功的原因：从站没有成功增加WKC，有可能因为物理上数据帧就没有到达，或者因为它不在OP状态，或者其它可能的原因。在最新版的TwinCAT 3.1中，可以把单个从站（左图）或者全部网络从站（右图）配置为：主站把 无效的输入数据全部置 0 而不是废弃之。这个功能更加危险，如果开发人员考虑不周，可能性会引起程序误动作。慎用！2.Working Counter 相关信息:很少能检测到具体是哪个或者哪些从站没有成功处理数据报文（数据报文中指定地址的从站没能成功增加数据报文的WKC）。不会报告错误原因（从站没有成功增加WKC，有可能因为物理上数据帧就没有到达，或者因为它不在OP状态，或者其它可能的原因）。WKC与数据帧同步到达，主站以最快的速度作出故障响应，立即向控制程序或者用户提供一个故障标记位。WKC的有效标记位通常还需要与硬件或者软件诊断信息同时使用，这些诊断信息可以 由主站发送命令读取回来，并帮助定位故障位置和故障原因。Working Counter 的主要目的是立即检测出通讯错误， (i.e. 为了主站快速做出反应), 而不是为了精准分析通讯错误四、Working Counter 和 Sync Units（WKC和同步单元）1.SyncUnits（同步单元） 把从站分为不同的组，每个组使用不同的数据报文，所以每个同步单元具有独立的 WKC。对于伺服驱动器，为了精确定位故障点，可以把每个伺服都设置为独立的同步单元。对于IO模块，可能把一个耦合器及所带的IO模块，配置为一个同步单元。为了优化的目的，Sync Unit 的配置是一个可选的步骤。关于如何分配同步单元，并没有一个黄金法则，因为这是由项目决定的：通常来讲，工作时紧密相关的从站应该分配到同一个同步单 元，而功能相对独立的从站应该放到独立的同步单元。2.在 TwinCAT中指定 SyncUnitTwinCAT为不同的Sync Units（同步单元）创建独立的数据报文，每个报文拥有自己 Working Counter 计数器五、硬件诊断1.硬件状态速览主站的 Online 页面，提供了诊断网络硬件问题的最佳方法系统上电时候可能产生硬件错误，并在TwinCAT中累加，而通常这些错误并不代表有问题。所以，查找可能的硬件问题时，建议清除程序启后的所有错误计数，这样才能监视到运行过程中 发生的实际错误次数。2.初步检查 – 拓朴错误VPRS = Vendor ID, Product Code, Revision Number, Serial Number: 网络启动时主站扫描到的拓朴结构与TwinCAT 配置文件的朴拓结构不符。此类错误的原因，可能只是简单地插错网线。3.初步检查 – 接地和屏蔽发生硬件错误时，建议必须检查EtherCAT网络设备是否共用同一个接地（因为不同接地之间的 环流可能导致数据损坏）。关于EtherCAT网络安装的更完整、全面的描述信息，请参考ETG文档 ETG.160 “EtherCAT Installation Guidelines” ，可以从ETG官网www.ethercat.org.下载。4.初步检查 – EBUS 电流每个 EL 模块都会消耗若干 EBUS 电流，硬件故障发生时，建议必须检查每个I/O组的可用Ebus电流。根据经验，EBUS耗电量大的模块，比如网关模块EL6xxx，在保证其EBUS供电足够的前提下，建议散放在耗电量小的模块( 比如普通DI／DO模块）之间，所以尽量不要几个网关模块挨在一起，也不要紧挨着控制器或者耦合器放置。这是从散热的角度考虑。电流消耗达到限值时，应插入一个 EL94xx 模块。EL9100电源模块不仅可以接入负载电源，还有散热的作用，是最便宜的发热量最小并且能传递EBUS的模块。相同价格的还有EL9186/EL9187等电位分接模块。5.Emergency Scan（紧急扫描）Emergency Scan （紧急扫描）操作，可以发送预定数量的探测数据帧，用于快速测试物理连接 (TwinCAT 应处在 Config Mode):Emergency Scan 能够快速检查EtherCAT网络的永久硬件问题 (设备、电缆或者接头损坏)。用Emergency Scan的方法很难检测到随机的/不定时的干扰，处理这种干扰，应该进行完整的error counter analysis （错误计数分析）。6.EtherCAT 端口的硬件诊断为了进行更深入的分析，从站提供了基于端口的（port-specific）硬件错误计数。EtherCAT 定义了端口号 0 to 3 (端口 0 总是输入口)，而TwinCAT 中通常把这些端口依次叫做A 到 D (A 总是输入口)，两种端口定义方式是等效的：Master的Online页面，可以在线看到CRC校验错误计数。大部分从站是两个数字，耦合器EK1100有3个数字，而分支模块EK1122则会有4个数字。7.Link Lost （连接丢失）错误计数器有时候两个EtherCAT从站之间的物理连接可能会完全中断：信号完全无法到达相邻的从站。Link loss（连接丢失），最有可能的原因是：电缆或接头损坏（电缆连接），接触弹片不够力或者氧化（ Ebus连接）。一个或者几个从站掉电。一个端口上的物理连接中断，从站就会把该端口的 Link Lost Counter(连接丢失计数器) 加 1。Register 内存地址长度含 义0x03101 字节port 0 的连接丢失次数0x03111 字节port 1 的连接丢失次数0x03121 字节port 2 的连接丢失次数0x03131 字节port 3 的连接丢失次数物理连接的状态发生久性或暂时性的改变，在TwinCATLogger消息区中都会报告（并且保存在Windows Log 中）。8.Link/Activity （连接/活动）指示灯连接的永久中断很容易检查出来，不用分析连接丢失计数器（ Link Lost Counters ），只需要简单查看主站的Online页面：9.无效帧（Invalid frame）错误计数器有时候，即使硬件信号到达了相邻的从站，接收到的信号却与最初发送的不一致：数据包发生损坏，最有可能的原因是：如果该错误计数零星增加，极可能是由于外部 EMC 干扰。如果该错误计数快速且稳步增加，极可能是由于设备损坏。一个端口上的数据帧破坏，从站就会把该端口的 InvalidFrameCounter(无效帧计数器)加 1。RX 错误计数器 和 CRC 校验错误计数器，都意味着硬件接收到的数据帧损坏，表征信息非常相近，但是二者分别是在从站架构的不同层面检测到的，其含义也略有不同。10.物理介质上的信号传输0和1的逻辑序列要在物理介质上传输，需要编码成预定义的电压/电流 电平（或者电平转换）。电流/电压 值的序列叫做 symbols（符号）.基于特定的硬件编码标准，电流/电压值的可能序列并不是全都具有含义，这样就有了 有效符号和无效符号的分别。物理介质上符号是连续传输的，既在Ethernet数据帧内也在数据帧外（数据帧外的符号序列是为了让接收方及时检测到可能发生的连接丢失错误）通讯由符号序列组成携带着有含义的信息的符号序列，就是Ethernet 数据帧。两个Ethernet数据帧之间传输的符号序列，就是 数据帧间隔硬件错误分为两种类型，都在无效帧计数器中累计。RX Errors:个别符号错误 (被特定的硬件解码器识别为无效）.在数据帧内部或者外部都可能发生(即使是在没有数据帧传输的时候，每个物理接口都会传输 idle 即表示空闲的符号)→ RX Error Counters (无效帧计数器的高字节)CRC Errors:整个数据帧的循环冗余校验（CRC）错误.在数据帧内发生 (只有Ethernet 数据帧才进行校验).→ CRC Error Counters (无效帧计数器的低字节)11.RX 和 CRC 错误的类比硬件通讯介质上的数据传输可以用标准的语言书写来打个比方：RX 和 CRC 错误 在解释上具有细微的差别，例如：CRC校验只检查数据帧（Frame）内语义是否正常，但并不能发现网络帧间隔的非法字符。RX校验所有字符是否非法。CRC 错误 – 什么情况下会检测出来?12.链接丢失(Lost Link)错误的简单监视在EtherCAT主站的Online页面可以监视到链接丢失（Link Lost）只要在主站的Advanced Setting中启用累加计数“Show Change Counters”即可：添加这些操作是不需要重启TwinCAT软件的此计数表示与从站的物理连接丢失的次数（1表示首次连接，>1表示在运行期间至少出现过1次 物理连接丢失）。在EtherCAT主站的Online页面可以监视到数据帧错误（Frame error）即从站的RX Error计数寄存器的低字节，错误计数如下：从站的Frame Error计数器中保存着自TwinCAT启动以来的累计出错次数，点击“Clear CRC”所有从站的CRC计数清零，并重新累计。13.怎样正确跟踪硬件错误计数为了追踪硬件错误计数，建议进行以下设置:在主站的Advanced Setting中 不要勾选 “Log CRC Counters” 标记。在Online视图中添加注册字 0x0300÷0x030A 和 0x0310÷0x0312。激活并重启 TwinCAT 配置:重启TwinCAT后，清空所有错误计数:TwinCAT 中，EtherCAT主站的 Online 页面总是以 word-oriented 的方式显示计数值。等待，直到错误补检测到：捕捉到的错误次数越多越好 (关闭项目或者重启TwinCAT就会清除计数，而最小化项目或者切换窗口则不会清除计数). 记录的值可以导出，以供进一步分析。错误计数采集完成后，记得应把 “Log CRC Counters” 重新勾选上。(TwinCAT 需要重启).14.怎样定位一个错误?为了从显示的CRC错误计数分析出网络中的故障点分布情况，建议:逻辑上沿着网络数据帧传播的方向确定从站端口执行CRC校验的顺序(根据 前述信息 previous information):根据前面确定的顺序检测第一个报告RX Error Counter >0 的端口:在网络中定位第一个报告RX Error的故障点：报告无效错误计数器不为零的第一个端口 → 极有可能就是故障点。15.在故障点采取什么措施?在上页定位到故障点 previously located 后，应进行以下操作 :检查与上个从站之间的连接电缆：EtherCAT网线的走向是否靠近电源线或者干扰源?是否自制电缆的接头做工很差?电缆的屏蔽层是否接地良好?检查故障点的站和前一个从站：是否供电不足 (供给本站的电流太小, 例如：EBUS 电流)?两个从站的接地点不是等电位？试着替换该从站和前一个从站，或者交换二者的顺序，以查看错误是跟随某个从站还 是出现在原先的位置。对于 EMC 干扰, 应该会导致 RX 和 CRC 错误都有增加 (即使二者增加的机率可能不同), 因为外部干扰不可能与通讯同步，于是在Ethernet 数据帧内部和外部都会破坏数据。完全不平衡的计数值 （RX错误很多，而没有CRC错误，或者很CRC错误而没有RX错误）可能意味着其中一个从站的内部硬件错误。16.深入了解 - CRC 错误的转发机制部分从站还额外支持 转发CRC错误计数器（Forwarded CRC Error Counters）: 第1个检查出CRC错误的从站，其CRC 错误计数器（Register 0x0300）增加，第2个及之后再检查出CRC错误的从站则增加其转发CRC错误计数器（Register 0x0308）而CRC 错误计数器保持不变。并非所有从站都支持 转发CRC错误计数器（Forwarded CRC Error Counters） 功能 (该特性为可选项) ，所以该计数应视为补充信息: 有助于定位出错的第1个设备，但不是关键指标。17.深入了解 – 转发CRC错误的计数器TwinCAT 中， EtherCAT主站的 Online 页面总是以 word-oriented 的方式显示计数值，所以转发CRC错误计数器（ Forwarded CRC Error Counter ）的说明如下：18.主站错误计数此外，EtherCAT 主站 也提供硬件错误 计数：EtherCAT 主站支持两种不同的错误计数器 :Rx Errors: 与从站侧的 RX 错误计数器类似，由网卡统计符号错误的次数 (发生在数据帧内和数据帧外的错误).Lost 数据帧: 由于EtherCAT闭环在某处中断未能返回主站的数据帧和返回了但CRC校验错误的数据帧 TwinCAT 都视作丢失的“lost“。在TwinCAT中，如果丢失一个数据帧，则该数据帧包含的所有数据报文（Datagram，即Sync Unit同步单元）都会报Working Counter 错误，显示为所有从站的WcState为Invalid。分别考虑不同的数据帧类型：Cyclic: 周期性数据帧 发送要交换的过程数据（ Process Data）:Queued: 排队等候的数据帧，包括所有非周期性的数据帧： 邮箱 Mailbox, 状态机 State Machine, 注册字访问 Register access19.在线查看拓扑结构大部分硬件诊断信息，可以在 Topology View 界面监视Topology View 是个 ActiveX 插件，可以导出到任何独立于TwinCAT 开发环境的 Windows 应用。六、Software Diagnostics 软件诊断1.软件层面的错误 – EtherCAT 状态机软件层面的诊断信息，通常与EtherCAT 状态机操作有关: 一旦从站不能按主站要求进入正确的状态， 就会在从站的注册字（Register 0x0134）中报告AL状态代码（AL Status Code）。在 TwinCAT Logger 中也会显示状态机错误:TwinCAT 默认总是试图清除状态机错误，并且把所有从站切回OP状态。此时, 要在主站的Advanced Settings中取消选中该标记。2.状态机切换异常（ Unexpected State Transitions ）的简单监视在EtherCAT主站的Online页面可以监视从站状态机异常切换的次数，只要在主站的Advanced Setting中启用该计数即可显示：此计数表示与从站的状态机切换异常的次数（1表示首次切换，>1表示在运行期间至少出现过1 次状态切换异常）。3.EtherCAT 状态机错误的类型EtherCAT 状态机错误可以归为2个大类:初始化错误 (启动时从站不能进入OP状态): 状态机切换过程中，主站根据 ESI 文件的内容向从站发送初始化命令. 如果从站检测到一个或者几个 start-up 参数无效，就会拒绝相应的状态机切换。典型 的初始化错误:此时 Register 0x0134 的值显示为：0x0003 : Invalid Device Setup (BK1xxx上配置的KL模块顺序不正确)0x001D : Invalid Output Configuration (配置的输出过程数据无效)0x001E : Invalid Input Configuration (配置的输入过程数据无效)0x0035 : Invalid Sync Cycle Time (在 DC 模式中设置的Cycle Time不支持)运行时错误 (从站退出OP到更低级的状态)： 配置正确的从站成功进入OP状态以后，在运行过程中检测到错误，并因此执行切换到更低级的状态。典型的运行时错误:此时 Register 0x0134 的值显示为：0x001A : Synchronization error (网络的抖动导致从站的同步丢失)0x001B : Sync manager watchdog (从站未接收到周期性数据的时间，持续超过了watchdog时间)0x002C : Fatal SYNC error (ESC 再未收到 SYNC 硬件中断)4.发生初始化错误 – 怎么办?从站的 ESI 文件应包含TwinCAT在网络中正确配置该从站所需要的全部信息。如果使用从ESI读取的默认设置来激活配置 （而不做任何手动修改）, 从站应该能进入OP状态而不报错。如果发生了初始化错误:确保 ESI 文件复制到了 包含所有从站描述文件的TwinCAT统一路径（ESI 文件中的ProductCode 和 Revision Number 与CoE对象 0x1018 中显示的信息相匹配）。检查从站的默认设置是否改动过，如果改过就删除该从站再在TwinCAT配置中手动添加。(以恢复默认设置)对模块化的从站(For modular slaves) ，检查“Slots” 页面配置的模块与实际连接的模块在型号、数量、顺序上是否严格一致。对具有分布时钟同步功能的从站设备(For DC-Synchronous devices)，检查主站的Jitter或者Sync Shift Time的设置是否会妨碍从站正确实现DC同步。如果是这种情况 ，只是检查并不能解决问题，必须联系从站的制造商。5.发生运行时错误 – 怎么办?从站成功进入OP状态以后，在运行时不会无故退出OP状态。如果发生了运行时错误：如果从站发生了 watchdog 错误，检查TwinCAT 软件任务 (PLC 程序, NC 任务, …)是否正确运行，因为在TwinCAT中总是由上述任务触发数据帧的周期性发送和接收。检查主站设备的Jitter表现（抖动范围）是否能证明发生了同步丢失。(最大的Jitter超过通讯周期的20－30%时，很容易发生同步错误)。检查是否发生了硬件错误，比如物理连接丢失，这种错误可能间接导致Watchdog动作，或 者同步丢失 ( 参考“物理层问题的硬件诊断 ”)。如果是这种情况 ，只是检查并不能解决问题，使用 Wireshark 进行追踪会是个有用的办法。6.保存和导出软件错误状态机错误保存在 Windows Log 中，可以导出，以便在即使TwinCAT Logger已经关闭或者不可用的时候，还可以进一步分析:7.历史诊断信息（Diagnose History Object）对于所有应用相关的错误，部分 CoE从站设备支持“历史诊断信息”功能 （Diagnosis History Object ） Register 0x10F3.如果从站支持该功能，TwinCAT 就会额外显示一个页面 “Diag History” :8.邮箱协议错误（Mailbox Protocol Errors）邮箱协议错误（ Mailbox protocol errors ）是一个指定类的一般性软件错误，它不是厂家自定义的，不影响 EtherCAT 状态机，不会阻止也不会导致意外的状态切换。仅当执行某个特定的邮箱协议所禁止的动作时，才会发生邮箱协议错误。在 ETG.1000.6 规范中，公布了每个邮箱协议支持的错误代码及描述信息。9.发生了邮箱协议错误（Mailbox Protocol Errors ）– 怎么办?根据特定的邮箱协议，可能的错误原因是：•CoE-主站试图读写从站的对象字典（Object Dictionary）中并不存在的对象-主站试图对从站的某个“只读” 对象执行“写入”操作。-主站试图以“完全访问”的方式访问从站的某个对象，而从站并不支持该功能。•FoE-文件名错误 (例如, 缺少扩展名*.xxx).-从站需要密码, 但未被正确设置-文件大小超出了从站能接受的范围-从站不在 Bootstrap 状态•EoE-主站试图把从站的 IP-Add（Internal Use）ress 配置为末位为0的值（比如“x.y.z.0”），而EoE从站的Tcp/Ip 协议栈拒绝此设置。注意：•TwinCAT 仅在以下时段 读/写 CoE 参数: -在初始化阶段(Startup 命令) -CoE-Online 页面打开时•如果错误信息显示TwinCAT试图间歇性地读写CoE参数，很可能这是PLC程序的动作。七、TwinCAT PLC 中编写EtherCAT 诊断程序1.在PLC程序中系统地诊断 EtherCAT 状态对于EtherCAT 网络, TwinCAT 自动提供了大量诊断信息，可以在PLC程序中用于检测总线通讯的错误, 以便自动做出响应并报告给用户。用户总是倾向于在PLC程序中实现最少的EtherCAT诊断，因为这样有助于通讯错误发生时节约大量的操作时间。TwinCAT PLC 程序可以混合使用 2 种不同的诊断信息 :周期性信息 : 默认包含在EtherCAT网络的周期性过程映像数据中的 输入数据, 可以直接映射到相应的PLC输入变量 (AT %I*).非周期性信息 : PLC程序调用默认库文件(TcEtherCAT.lib)中指定的功能块，可以获取这些非周期性的EtherCAT诊断信息 。2.TwinCAT 中的周期性诊断信息注意：至少所有从站的 WcState 和 State 变量应链接到 PLC 程序，以便应用程序可以对 EtherCAT 进行最基本的诊断。3.周期性信息 - FrmXWcState 变量允许 PLC 检查每个报文的 Working Counter 信息：每个配置的Frame都具有一个16位的诊断变量 FrmXWcStateFrmXWcState 的每个位对应Frame中的特定报文如果对应报文的Working Counter错误，这个位就会变为TRUE4.周期性信息 - WcState 变量这是每个从站的过程数据中都具有一个布尔型变量如果报文的Working Counter 错误，报文中所有从站的WcState 变量都会被置位，所以，如果一个从站的 WcState = 1, 也并不表示它本身发生了错误。 （内部使用） 进一步的信息需要查看这些 WcState 为 1 的从站的16位状态变量 State5.周期性信息 - State 变量EtherCAT Master汇总从网络收集的诊断信息，周期性地更新State变量，对应几种错误情况：6.周期性信息 – State 变量状态变量报告的错误诊断信息如下：7.非周期性信息 – TcEtherCAT PLC Library在TC2和TC3的默认安装中都免费提供TcEtherCAT.lib库， 该库包含若干功能块，可以对EtherCAT网络进行非周期 性诊断Frame 分析CRC 分析从站识别配置从站的数量和列表实际从站的数量和列表该库原则上允许PLC程序自动读取在TwinCAT开发环境中 在线显示的所有信息。功能块FB_EcGetSlaveTopologyInfo功能块FB_EcGetSlaveTopologyInfo返回关于不同从站的端口如何相互连接的信息，以及（配置的）网络拓扑结 构的信息，（如果配置了热连接组，则它们将列在阵列的末尾）。功能块FB_EcGetConfSlaves功能块 TwinCAT 离线配置，知道 EtherCAT 网络包含哪些从站。功能块 FB_ecgetscannedsaves功能块 FB_ecgetscannedsaves 使 PLC 可 以 获 取EtherCAT网络在线检测的实际从站信息，以便和使用FB_EcGetConfSlaves 获得的离线配置的从站信息进行比较。功能块 FB_ecgetscannedsaves功能块FB_ecgetallslavercerrors可以周期性调用，以判断一个或多个从站是否报告CRC错误。这样就可以只对 这些出错的从站调用FB_ecgetslavecercerrorex，以获取进一步的故障信息。功能块FB_ecgetslavecercerrorex功能块 FB_ecgetslavecercerrorex 使 PLC 可 以 获 取EtherCAT主站记录的特定从站的CRC错误信息，这些信息与TwinCAT 开发环境中的 EtherCAT 监视界面显示的信息一致。功能块FB_EcMasterFrameStatistics功能块 FB_EcMasterFrameStatistics 使PLC可以获取EtherCAT主站检测到的Frame丢失等情况，这些信息与TwinCAT 开发环境中的 EtherCAT 监视界面显示的信息一致。功能块FB_EcGetAllSlaveAbnormalStateChanges功能块FB_EcGetAllSlaveAbnormalStateChanges，统计每个从站 从 OP 退至 SafeOP 的异常状态切换，但并不报告每次异常切换时相关的特定AL 状态码。功能块FB_EcGetLastProtErrInfo功能块 FB_EcGetLastProtErrInfo 允许覆盖上一次邮箱协议错误 Mailbox protocol error (例如, CoE协议的SDO退出代码).对同一从站的下一次正确邮箱访问会清除此前记录错误信息的内存区。八、附件:使用 Wireshark 进行诊断1.如果软件诊断还不够 – 使用 WiresharkWireshark 并不是用以取代TwinCAT中的诊断功能 。对于用户来说，应当在使用了其它诊断方法都无法找到故障点的时候，才使用这个“终极武器”。使用ET2000 可以在Wireshark中获得最好的捕捉效果为了执行 Wireshark 抓包，有多种不同的硬件配置。2.Wireshark 抓包的硬件配置 1不支持 Windows CE没有精确的时间戳3.Wireshark 抓包的硬件配置 2不支持 Windows CE有精确的时间戳4.Wireshark 抓包的硬件配置 3支持 Windows CE有精确的时间戳5.Wireshark 示例Wireshark 允许追踪每个 EtherCAT 数据帧的 list, structure and content of (在一轮捕捉过程中，每个数据帧会被捕获两次!).下图显示了捕获的一个周期性数据帧：6.Wireshark – 时间戳协议( 仅当使用ET2000时 )使用ET2000时，为了在Wireshark中获取到极为精确的时间戳（time-stamping）信息, 应当启用对ESL协议的解析功能。Wireshark Version 2 支持此功能。7.Wireshark – 时间戳协议( 仅当使用ET2000时 )…在早期的 Wireshark Version 1中操作如下：8.Wireshark – 显示时间的格式使用Wireshark追踪时，用户可以选择最合适的 时间信息 显示格式:9.Wireshark – 部分过滤选项（Filter Options）捕获的数据帧可以使用过滤功能，可用的过滤选项包括:仅捕获周期性数据帧（Cyclic Frame）Filter: (ecat.cmd == 0x0a) || (ecat.cmd == 0x0b) || (ecat.cmd == 0x0c)仅捕获邮箱通讯（mailbox communication）Filter: ecat_mailbox Filter: ecat_mailbox.coe Filter: ecat_mailbox.soe Filter: ecat_mailbox.foe Filter: ecat_mailbox.eoe仅访问特定的注册字或者注册字区间 （register or register range）Filter: ecat.ado == EtherCAT诊断-分布时钟同步诊断_欧姆龙ethercat从站检测异常?-CSDN博客 EtherCAT诊断-分布时钟同步诊断 虹科电子科技 于 2020-01-03 10:59:40 发布 阅读量5.3k 收藏 60 点赞数 7 分类专栏： 工业物联网 文章标签： ethercat 软件测试 版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。 本文链接：https://blog.csdn.net/hongke_Tech/article/details/103816273 版权 工业物联网 专栏收录该内容 140 篇文章 3 订阅 订阅专栏 我们在做EtherCAT主从通讯测试时，比较容易在DC配置出现错误，特别是使用到从站DC模式时，有时会出现代码为0x1A的“同步错误”，有时即使没报错误，伺服从站运行过程中也会出现电机轴的抖动，什么原因呢？这里以KPA EtherCAT和三洋伺服测试举例，通过采集SYNC0与SM2信号之间相位关系波形图，做出诊断结论。 测试前，需要认识两个概念：1、从站同步模式2、同步错误 一、从站同步模式 简单理解就是从站以某个信号作为同步事件（中断信号）来更新数据，EtherCAT支持一下各种同步模式，这里以常用的1,2,3,4举例说明。 Free RunSynchronous to SM2/3 (with Shift)DC Mode 1 (Sync0 Event)DC Mode 1 (Sync0 Event with Shift)DC Mode 2 (Sync0, Sync1, with Shift)DC Mode 3 (SM2 Event, Sync0)DC Mode 4 (SM2 Event, Sync0, Sync1)DC Mode with subordinated cycles 二、同步错误 在应用层，每个从站实时监视从ESC收到的同步SYNC信号。假如检测到同步错误，从站会进入safe-op状态并产生对应的应用层状态码，主站可以通过非周期命令读取这一状态码 可能引起同步错误的原因： 1.主站周期时间/同步信号的错误配置 2.不再收到ESC发送的SYNC信号 3.主站发送数据帧时存在较大的抖动，导致数据帧在从站收到SYNC信号之后才到达从站 所以必须严格保证SYNC0必须在SM2信号之后。 三、概念解释 3.1 COE下0x1C32对象字典对应的几个概念 其中也标注了数据从SM拷贝到从站MCU内存的时间和硬件处理延时时间分别为62.5us和30us。 3.2.FreeRUN模式 自由运行模式通过应用程序控制器的本地计时器中断启动｡，本地周期从通信周期或主站周期独立出来单独运行 3.3 SM2事件 由于从站的处理与SM2事件周期相对应,因此从站的处理保持与SM2事件同步｡运行时使用本地周期计时间直到收到SM2事件｡ 3.4.DC模式 SYNC0事件收信后也开始从站的本地周期｡ 在下个SYNC0中断发生前,过程数据帧必须被从站完全接收 四、开始测试 测试说明：主站周期1ms，分别测试三洋伺服的SYNC0引脚和SM2中断引脚的信号，绿色信号为SYNC0，黄色信号为SM2 测试一 Sync shift time：0μs， Shift time：0μs，不设置传播延时补偿，不设置SYNC0启动延时 测试结果：示波器测试IRQ信号与SYNC0的信号时间差基本上为11μs 测试结果：这时会出现异常的同步错误 测试二、 Sync shift time：0μs， Shift time：250μs 不设置传播延时补偿，设置SYNC0延时250us启动 测试结果：IRQ与Sync0之间的时间差为228–238μs左右，而且SYNC0明显在SM2之后，正常 测试三 Sync shift time：60μs，Shift time：250μs，设置传播延时补偿60us（补偿从站响应时间），设置SYNC0延时250us启动 测试结果：IRQ与Sync0之间的时间差为282–300μs左右，相对测试二，往后延时60us左右，正常； 总结： 1.保证SYNC0信号在SM2信号之后； 2.主站的抖动（SM2抖动）会导致从站伺服的抖动，一般如果主站max circle time jitter大于周期的20%-30% ，会出现问题； 3.通过设置Shift time（SYNC0延时启动）时间可以改变SM2与SYNC0的间隔时间，给从站进行数据拷贝留出更多的时间，保证数据全部更新； 4.每个厂家的伺服，shift time的设置大小不同，需咨询具体硬件厂商，一般是周期的四分之一，或者以自己实际测试为主，只要保证可以完整更新数据，不会出现来不及更新数据即可； 优惠劵 虹科电子科技 关注 关注 7 点赞 踩 60 收藏 觉得还不错? 一键收藏 知道了 9 评论 EtherCAT诊断-分布时钟同步诊断 我们在做EtherCAT主从通讯测试时，比较容易在DC配置出现错误，特别是使用到从站DC模式时，有时会出现代码为0x1A的“同步错误”，有时即使没报错误，伺服从站运行过程中也会出现电机轴的抖动，什么原因呢？这里以KPA EtherCAT和三洋伺服测试举例，通过采集SYNC0与SM2信号之间相位关系波形图，做出诊断结论。测试前，需要认识两个概念：1、从站同步模式2、同步错误一、从站同步模式简单... 复制链接 扫一扫 专栏目录 9 条评论 您还未登录，请先 登录 后发表或查看评论 博客 虹科智能互联：您的智能通讯解决方案合作伙伴 12-18 3892 虹科智能互联事业部是领先的汽车电子与智能自动化领域的解决方案合作伙伴，与全球行业专家开展深度合作，成为了行业内领先的通讯技术服务商。 博客 虹科活动丨SPS广州国际智能制造展览会圆满落幕！亮点一文打尽！ 03-13 209 为期三天的广州国际智能制造技术与装备展览会（SPS, Smart Production Solutions Guangzhou，前称SIAF）在广州进出口商品交易会展馆B区圆满落幕。此次展会，作为智能制造领域的一大盛事，不仅吸引了众多行业内外的目光，更成为了推动智能制造技术发展的重要平台。 博客 虹科与您相约：3月4-6日广州国际智能制造技术与装备展览会 03-04 348 广州国际智能制造技术与装备展览会（SPS, Smart Production Solutions Guangzhou，前称SIAF）将于2024年3月4日-6日在广州进出口商品交易会展馆B区隆重举行。新一届展会将与母展SPS同步，涵盖智能制造八大焦点主题。虹科智能互联将携行业领先的解决方案亮相，期待与您共襄盛举，探索智能制造新未来！ 博客 虹科Workshop丨2月29日与南高齿开展风电齿轮箱技术交流会，共拓风电行业未来！ 02-28 318 虹科作为一家致力于高科技解决方案的提供商，为各行业提供定制环境监测解决方案，我们不断创新，确保长期稳定的监测结果和可靠的产品质量，助力客户实现成功。为了更好地了解客户需求，提升虹科解决方案的影响力，我们计划于2024年2月29日与南京高速齿轮制造有限公司开展风电齿轮箱技术交流会。 博客 虹科方案 | 冷链物流温度监测解决方案 02-23 321 先进疗法（细胞和基因）和生物制剂的生产线非常庞大。由于高度个性化，这些医疗方法大多需要高质量的超低温储存和运输。这些疗法的冷冻或运输过程中的任何一个失误都可能关乎到患者的生命安全。 博客 虹科技术丨PTP时钟源设备全攻略：从普通时钟到透明时钟的进阶之路 02-22 346 在现代通信技术中，精确时间同步对于保障网络性能至关重要。PTP（Precision Time Protocol）时钟源设备作为实现高精度时间同步的关键组件，其配置和选择对于网络架构师和工程师来说至关重要。本文将探讨普通时钟和透明时钟的特性及配置策略，以助您更好地理解和应用PTP时钟源设备，确保通信网络的高效稳定运行。 博客 虹科方案丨冻干机全面验证和监测解决方案 02-21 898 要在冻干过程中取得最佳效果，验证是确保高效和高质量结果的关键步骤。通过进行全面的冻干机验证和流程开发，您可以发现并解决可能影响设备性能和可靠性的错误。通过全面的测试和分析，您可以优化周期时间，提高产品的一致性，并将批次失败的风险降至最低。 博客 虹科方案 | 冷藏和冷冻设施设备的验证和监测解决方案 02-21 865 药品和生物技术产品非常敏感，需要最佳的储存条件。冷藏和冷冻设施设备对产品的稳定性至关重要，它们有特定的储存和运输温度范围。通过遵循FDA和GMP法规，您可以防止高成本的召回，减少浪费并保证患者安全。 博客 虹科方案丨低负载ECU老化检测解决方案：CANCAN FD总线“一拖n” 02-20 512 在汽车电子行业中，ECU（电子控制单元）是控制车辆各种系统的关键组件，如发动机控制单元、制动系统、空调系统等。ECU负责监测和管理车辆的各种功能，它们通过接收传感器数据并对其进行分析来确保车辆安全、性能和效率。ECU的老化可能导致诸如性能下降、功能失效甚至安全风险等问题，因此对ECU老化进行检测非常重要。本篇文章为您介绍虹科低负载ECU老化检测解决方案。 博客 虹科方案 | 释放总线潜力：汽车总线离线模拟解决方案 02-20 1205 传统的ECU模拟工具通常需要依赖上位机软件来发起通信，这在离线场景和自动化产线中带来不便。为了应对这一挑战，虹科推出了创新的汽车总线离线模拟解决方案，基于PCAN-Router系列网关，通过内部可编程固件，实现了自主报文自发功能和实时离线通信，为工程师提供了一个高效、灵活且安全的测试平台。 博客 虹科分享 | PCAN工具：强大的CAN通讯解决方案，你了解多少？ 02-02 1167 在当今的汽车和工业自动化领域，可靠的通讯系统至关重要，虹科PCAN工具为这些应用提供了强大的支持。本文将介绍虹科PCAN工具的功能、应用和优势，帮助您根据实际需求选择合适的工具和配件。 博客 虹科技术丨一文详解IO-Link Wireless技术如何影响工业无线自动化 02-02 1361 在工业无线自动化的飞速发展进程中，IO-Link Wireless技术成为了一项具有颠覆性的创新。它将IO-Link协议与无线连接完美结合，解决了传统通信技术在工业应用中的痛点。本文将深入解析IO-Link Wireless技术的原理、应用领域、优势以及实际案例，帮助您全面了解这一技术的潜力。 博客 虹科分享丨一个高尔夫球用品制造商怎样处理数据？ 01-25 563 尽管TaylorMade在全球拥有1600多名员工，但该公司只有五名BI分析师可为该组织提供支持。在使用Domo之前，这个小团队发现自己实在无暇顾忌大量的请求。花了太多时间整理不同来源的数据，因此分析数据的时间被大大压缩。此外，他们现有的BI工具仅具有数据收集或可视化的基本功能，数据的潜力并没有最大化。 博客 虹科分享丨汽车技术的未来：Netropy如何测试和确保汽车以太网的性能 01-25 1875 在汽车行业持续创新的今天，汽车以太网的性能和可靠性成为了关键焦点。如何测试和确保汽车以太网的性能？我们来看看BroadR-Reach技术如何革新车载网络，并通过综合性能测试来确保网络在各种环境下的稳定运行和高效安全性。 博客 虹科分享丨如何运用AR技术提升制造效率？这里有答案！ 01-24 522 当谈及AR技术在工业领域的应用，首先让人想到的是它为企业带来的巨大变革。从工业设计和制造到设备维护和维修，再到培训和技能传承以及设备操作和监测，AR技术凭借其独特的方式，帮助企业实现更高效的生产和运营。通过这些环节的优化，企业能够显著提升工作效率和产品质量，降低成本，从而在激烈的市场竞争中脱颖而出。 博客 虹科分享丨AR与AI融合加速，医疗护理更便捷！ 01-24 830 医疗保健行业正在经历转变，其中AR技术的应用涵盖了多个领域。包括手术辅助、医疗示教、手术的虚拟培训、心理健康治疗等领域，此外，AR在医疗护理领域也展示出优势，今天，我们来谈谈，AR如何辅助医生与患者进行医疗护理。 博客 虹科方案丨湿热灭菌工艺验证解决方案，确保所有产品和容器达到无菌要求 01-24 1279 湿热灭菌工艺验证解决方案，确保所有产品和容器达到无菌要求 博客 德思特方案｜MIMO测试方案，全方位探索无线通信新维度 01-23 1193 在当前的无线通信环境中，多输入多输出（MIMO）技术已经成为提高网络性能和容量的关键技术。 博客 德思特干货｜德思特ADC/DAC静态参数测试系列（一）——什么是ADC转换点？ 01-23 544 在现代电子系统设计与高速通信、信号处理、雷达探测、医疗成像以及各种工业自动化应用中，模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）扮演着至关重要的角色。 博客 德思特干货｜如何使用SBench 6对数字化仪采集信号进行处理？（三）——快速傅立叶变换（FFT） 01-23 1133 上一篇文章介绍了德思特SBench 6的平均运算功能。本章将继续为大家介绍SBench 6的快速傅立叶变换（FFT）。 “相关推荐”对你有帮助么？ 非常没帮助 没帮助 一般 有帮助 非常有帮助 提交 虹科电子科技 CSDN认证博客专家 CSDN认证企业博客 342 原创 1万+ 周排名 3644 总排名 45万+ 访问 等级 7308 积分 1540 粉丝 1762 获赞 34 评论 2271 收藏 私信 关注 热门文章 仿真测试 | HIL测试简单介绍 8611 【汽车总线技术】CAN和CAN FD总线故障诊断 7881 【虹科车用总线技术】PCAN-USB使用手册 7352 工业通讯 | IO-Link协议概述 6087 EtherCAT诊断-分布时钟同步诊断 5336 分类专栏 车辆网络 58篇 科技 10篇 IT解决方案 91篇 自动驾驶 6篇 虹科新闻 46篇 点成生物科技 17篇 汽车故障诊断 6篇 虹科云课堂 4篇 机器视觉与光电检测 50篇 测试测量 90篇 工业物联网 140篇 FPGA 13篇 ARVR 25篇 环境监测 31篇 最新评论 虹科方案 | AR助力仓储物流突破困境：规模化运营与成本节约 简单简单小白: 《虹科方案 | AR助力仓储物流突破困境：规模化运营与成本节约》感谢博主的优质好文，文章细节很到位，兼顾实用性和可操作性，感谢博主的分享，期待博主持续带来更多好文！ 高密度热电偶仿真模块 weixin_51929274: 有具体的参考资料么？ 虹科干货丨Lambda数据架构和Kappa数据架构——构建现代数据架构 虹科电子科技: 感谢对虹科的认可！ 虹科干货丨Lambda数据架构和Kappa数据架构——构建现代数据架构 一键难忘: 优质好文，博主的文章细节很到位，兼顾实用性和可操作性，感谢博主的分享，期待博主持续带来更多好文 EtherCAT诊断-分布时钟同步诊断 weixin_44769409: 您好，我想问一下在什么情况下才会出现，从站处理器不再收到ESC发送的SYNC信号，从而导致看门狗报错 您愿意向朋友推荐“博客详情页”吗？ 强烈不推荐 不推荐 一般般 推荐 强烈推荐 提交 最新文章 虹科活动丨SPS广州国际智能制造展览会圆满落幕！亮点一文打尽！ 虹科与您相约：3月4-6日广州国际智能制造技术与装备展览会 虹科Workshop丨2月29日与南高齿开展风电齿轮箱技术交流会，共拓风电行业未来！ 2024 03月 2篇 02月 9篇 01月 34篇 2023年198篇 2022年88篇 2021年166篇 2020年125篇 2019年2篇 目录 目录 分类专栏 车辆网络 58篇 科技 10篇 IT解决方案 91篇 自动驾驶 6篇 虹科新闻 46篇 点成生物科技 17篇 汽车故障诊断 6篇 虹科云课堂 4篇 机器视觉与光电检测 50篇 测试测量 90篇 工业物联网 140篇 FPGA 13篇 ARVR 25篇 环境监测 31篇 目录 评论 9 被折叠的 条评论 为什么被折叠? 到【灌水乐园】发言 查看更多评论 添加红包 祝福语 请填写红包祝福语或标题 红包数量 个 红包个数最小为10个 红包总金额 元 红包金额最低5元 余额支付 当前余额3.43元 前往充值 > 需支付：10.00元 取消 确定 下一步 知道了 成就一亿技术人! 领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则 hope_wisdom 发出的红包 实付元 使用余额支付 点击重新获取 扫码支付 钱包余额 0 抵扣说明： 1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。 2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。 余额充值 EtherCAT - 以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术教程 - 知乎首发于IT技术专栏切换模式写文章登录/注册EtherCAT - 以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术教程iiidd777IT技术分享及教程EtherCAT - 以太网现场总线本文深入阐述了基于以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术。EtherCAT为现场总线技术领域树立了新的性能标准，具备灵活的网络拓扑结构，系统配置简单，和现场总线系统一样操作直观简便。另外，由于EtherCAT实施的成本低廉，因此使系统得以在过去无法应用现场总线网络的场合中选用该现场总线。1. 引言1.1 以太网和实时能力2. EtherCAT 运行原理3. EtherCAT 技术特征3.1 协议3.2 拓扑3.3 分布时钟3.4 性能3.5 诊断3.6 高可靠性3.7 安全性3.8 EtherCAT 取代PCI3.9 设备行规3.9.1 EtherCAT实现CAN总线应用层协议 (CoE)3.9.2 EtherCAT实现伺服驱动设备行规IEC61491 (SoE)3.10 EtherCAT实现以太网(EoE)3.11 EtherCAT实现文件读取(FoE)3.12 ADS over EtherCAT (AoE)4. 基础设施成本5. EtherCAT 实施5.1 主站5.1.1 主站实施服务5.1.2 主站样本代码5.2 从站5.2.1 EtherCAT Slave Controller5.2.2 从站评估工具包6. 小结7. 参考文献1. 引言页首现场总线已成为自动化技术的集成组件，通过大量的实践试验和测试，如今已获得广泛应用。正是由于现场总线技术的普及，才使基于PC的控制系统得以广泛应用。然而，虽然控制器CPU的性能（尤其是IPC的性能）发展迅猛，但传统的现场总线系统正日趋成为控制系统性能发展的“瓶颈”。急需技术革新的另一个因素则是由于传统的解决方案并不十分理想。传统的方案是，按层划分的控制体系通常都由几个辅助系统所组成（周期系统）：即实际控制任务、现场总线系统、I/O系统中的本地扩展总线或外围设备的简单本地固件周期。正常情况下，系统响应时间是控制器周期时间的3-5倍。 在现场总线系统之上的层面（即网络控制器）中，以太网往往在某种程度上代表着技术发展的水平。该方面目前较新的技术是驱动或I/O级的应用，即过去普遍采用现场总线系统的这些领域。这些应用类型要求系统具备良好的实时能力、适应小数据量通讯，并且价格经济。EtherCAT可以满足这些需求，并且还可以在I/O级实现因特网技术 （参见图1）。图1: 传统现场总线系统响应时间在现场总线系统 之上的层面（即网络控制器）中，以太网往往在某种程度上代表着技术发展的水平。该方面目前较新的技术是驱动或I/O级的应用，即过去普遍采用现场总线系统的这些领域。这些应用类型要求系统具备良好的实时能力、适应小数据量通讯，并且价格经济。EtherCAT可以满足这些需求，并且还可以在I/O级实现因特网技术。1.1 以太网和实时能力目前，有许多方案力求实现以太网的实时能力。例如，CSMA/CD介质存取过程方案，即禁止高层协议访问过程，而由时间片或轮循方式所取代的一种解决方案；另一种解决方案则是通过专用交换机精确控制时间的方式来分配以太网包。这些方案虽然可以在某种程度上快速准确地将数据包传送给所连接的以太网节点，但是，输出或驱动控制器重定向所需要的时间以及读取输入数据所需要的时间都要受制于具体的实现方式。如果将单个以太网 帧用于每个设备，那么，理论上讲，其可用数据率非常低。例如，最短的以太网帧为84字节（包括内部的包间隔IPG）。如果一个驱动器周期性地发送4字节的实际值和状态信息，并相应地同时接收4字节的命令值和控制字信息，那么，即便是总线负荷为100%（即：无限小的驱动响应时间)时，其可用数据率也只能达到4/84= 4.8%。如果按照10 µs的平均响应时间估计，则速率将下降到1.9%。对所有发送以太网 帧到每个设备(或期望帧来自每个设备)的实时以太网方式而言，都存在这些限制，但以太网帧内部所使用的协议则是例外。2. EtherCAT 运行原理页首EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制：通过该项技术，无需接收以太网数据包，将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时读取相应的编址数据，同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中（参见图2）。整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟。图 2: 过程数据插入至报文中由于发送和接收的以太网帧压缩了大量的设备数据，所以有效数据率可达90%以上。100 Mb/s TX的全双工特性完全得以利用，因此，有效数据率可 大于100 Mb/s（即大于2 x 100 Mb/s的90%）（参见图3）。图 3: 带宽利用率的比较符合IEEE 802.3标准的以太网协议无需附加任何总线即可访问各个设备。耦合设备中的物理层可以将双绞线或光纤转换为LVDS（一种可供选择的以太网物理层标准[4，5]），以满足电子端子块等模块化设备的需求。这样，就可以非常经济地对模块化设备进行扩展了。之后，便可以如普通以太网一样，随时进行从底板物理层LVDS到100 Mb/s TX物理层的转换。3. EtherCAT 技术特征页首3.1 协议EtherCAT是用于过程数据的优化协议，凭借特殊的以太网类型，它可以在以太网帧内直接传送。EtherCAT帧可包括几个EtherCAT报文，每个报文都服务于一块逻辑过程映像区的特定内存区域，该区域最大可达4GB字节。数据顺序不依赖于网络中以太网端子的物理顺序，可任意编址。从站之间的广播、多播和通讯均得以实现。当需要实现最佳性能，且要求EtherCAT组件和控制器在同一子网操作时，则直接以太网帧传输就将派上用场。然而，EtherCAT不仅限于单个子网的应用。EtherCAT UDP将EtherCAT协议封装为UDP/IP数据报文（参见图4），这就意味着，任何以太网协议堆栈的控制均可编址到EtherCAT系统之中，甚至通讯还可以通过路由器跨接到其它子网中。显然，在这种变体结构中，系统性能取决于控制的实时特性和以太网协议的实现方式。因为UDP数据报文仅在第一个站才完成解包，所以EtherCAT网络自身的响应时间基本不受影响。图 4: EtherCAT：符合IEEE 802.3 [3]的标准帧另外，根据主/从数据交换原理，EtherCAT也非常适合控制器之间（主/从）的通讯。自由编址的网络变量可用于过程数据以及参数、诊断、编程和各种远程控制服务，满足广泛的应用需求。主站/从站与主站/主站之间的数据通讯接口也相同。从站到从站的通讯则有两种机制以供选择。一种机制是，上游设备和下游设备可以在同一周期内实现通讯，速度非常快。由于这种方法与拓扑结构相关，因此适用于由设备架构设计所决定的从站到从站的通讯，如打印或包装应用等。而对于自由配置的从站到从站的通讯，则可以采用第二种机制—数据通过主站进行中继。这种机制需要两个周期才能完成，但由于EtherCAT的性能非常卓越，因此该过程耗时仍然快于采用其他方法所耗费的时间。按照文献[3]所述，EtherCAT仅使用标准的以太网帧，无任何压缩。因此，EtherCAT 以太网帧可以通过任何以太网MAC发送，并可以使用标准工具（如：监视器）。3.2 拓扑EtherCAT几乎支持任何拓扑类型，包括线型、树型、星型等（参见图5）。通过现场总线而得名的总线结构或线型结构也可用于以太网，并且不受限于级联交换机或集线器的数量。图 5: 灵活的拓扑结构：线型、树型或星型拓扑最有效的系统连线方法是对线型、分支或树叉结构进行拓扑组合。因为所需接口在I/O 模块等很多设备中都已存在，所以无需附加交换机。当然，仍然可以使用传统的、基于以太网的星型拓扑结构。还可以选择不同的电缆以提升连线的灵活性：灵活、经济的标准超五类以太网电缆可采用100BASE-TX模式传送信号；塑封光纤（PFO）则可用于特殊应用场合；还可通过交换机或介质转换器实现不同以太网连线（如：不同的光纤和铜电缆）的完整组合。快速以太网的物理层（100BASE-TX ）允许两个设备之间的最大电缆长度为100米。由于连接的设备数量可高达65535，因此，网络的容量几乎没有限制。3.3. 分布时钟精确同步对于同时动作的分布式过程而言尤为重要。例如，几个伺服轴同时执行协调运动时，便是如此。最有效的同步方法是精确排列分布时钟（请参阅IEEE 1588标准[6]）。与完全同步通讯中通讯出现故障会立刻影响同步品质的情况相比，分布排列的时钟对于通讯系统中可能存在的相关故障延迟具有极好的容错性。采用EtherCAT，数据交换就完全基于纯硬件机制。由于通讯采用了逻辑环结构 （借助于全双工快速以太网的物理层），主站时钟可以简单、精确地确定各个从站时钟传播的延迟偏移，反之亦然。分布时钟均基于该值进行调整，这意味着可以在网络范围内使用非常精确的、小于1 微秒的、确定性的同步误差时间基（参见图6）。而跨接工厂等外部同步则可以基于IEEE 1588 标准。图 6: 同步性与一致性：相距电缆长度为有120米的两个分布系统，带有300个节点的示波器比较此外，高分辨率的分布时钟不仅可以用于同步，还可以提供数据采集的本地时间精确信息。当采样时间非常短暂时，即使是出现一个很小的位置测量瞬时同步偏差，也会导致速度计算出现较大的阶跃变化，例如，运动控制器通过顺序检测的位置计算速度便是如此。而在EtherCAT中，引入时间戳数据类型作为一个逻辑扩展，以太网所提供的巨大带宽使得高分辨率的系统时间得以与测量值进行链接。这样，速度的精确计算就不再受到通讯系统的同步误差值影响，其精度要高于基于自由同步误差的通讯测量技术。3.4 性能EtherCAT使网络性能达到了一个新境界。借助于从站硬件集成和网络控制器主站的直接内存存取，整个协议的处理过程都在硬件中得以实现，因此，完全独立于协议堆栈的实时运行系统、CPU 性能或软件实现方式。1000个I/O的更新时间只需30 µs，其中还包括I/O周期时间（参见表1）。单个以太网帧最多可进行1486字节的过程数据交换，几乎相当于12000个数字输入和输出，而传送这些数据耗时仅为300 µs。表 1: EtherCAT性能概貌100个伺服轴的通讯也非常快速：可在每100µs中更新带有命令值和控制数据的所有轴的实际位置及状态，分布时钟技术使轴的同步偏差小于1微秒。而即使是在保证这种性能的情况下，带宽仍足以实现异步通讯，如TCP/IP、下载参数或上载诊断数据。超高性能的EtherCAT技术可以实现传统的现场总线系统无法迄及的控制理念。EtherCAT使通讯技术和现代工业PC所具有的超强计算能力相适应，总线系统不再是控制理念的瓶颈，分布式I/O可能比大多数本地I/O接口运行速度更快。EtherCAT技术原理具有可塑性，并不束缚于100 M bps的通讯速率，甚至有可能扩展为1000 M bps的以太网。 3.5 诊断现场总线系统的实际应用经验表明，有效性和试运行时间关键取决于诊断能力。只有快速而准确地检测出故障，并明确标明其所在位置，才能快速排除故障。因此，在EtherCAT的研发过程中，特别注重强化诊断特征。试运行期间，驱动或I/O 端子等节点的实际配置需要与指定的配置进行匹配性检查，拓扑结构也需要与配置相匹配。由于整合的拓扑识别过程已延伸至各个端子，因此，这种检查不仅可以在系统启动期间进行，也可以在网络自动读取时进行（配置上载）。可以通过评估CRC校验，有效检测出数据传送期间的位故障——32 位CRC多项式的最小汉明距为4。除断线检测和定位之外，EtherCAT系统的协议、物理层和拓扑结构还可以对各个传输段分别进行品质监视，与错误计数器关联的自动评估还可以对关键的网络段进行精确定位。此外，对于电磁干扰、连接器破损或电缆损坏等一些渐变或突变的错误源而言，即便它们尚未过度应变到网络自恢复能力的范围，也可对其进行检测与定位。3.6 高可靠性选择冗余电缆可以满足快速增长的系统可靠性需求，以保证设备更换时不会导致网络瘫痪。您可以很经济地增加冗余特性，仅需在主站设备端增加使用一个标准的以太网端口（无需专用网卡或接口），并将单一的电缆从总线型拓扑结构转变为环型拓扑结构即可（见图7）。当设备或电缆发生故障时，也仅需一个周期即可完成切换。因此，即使是针对运动控制要求的应用，电缆出现故障时也不会有任何问题。EtherCAT也支持热备份的主站冗余。由于在环路中断时EtherCAT从站控制器芯片将立刻自动返回数据帧，一个设备的失败不会导致整个网络的瘫痪。例如，拖链设备可以配置为分支拓扑以防线缆断开。图 7: 使用标准从站设备的低成本线缆冗余3.7 安全性为了实现EtherCAT安全数据通信，EtherCAT安全通信协议已经在ETG组织内部公开。EtherCAT被用作传输安全和非安全数据的单一通道。传输介质被认为是“黑色通道”而不被包括在安全协议中（见图8）。EtherCAT过程数据中的安全数据报文包括安全过程数据和所要求的数据备份。这个“容器”在设备的应用层被安全地解析。通信仍然是单一通道的。这符合IEC61784-3附件中的模型A。图 8: 使用黑色通道的EtherCAT安全通信软件构件EtherCAT安全协议已经由德国技术监督局（TÜV）评估为满足IEC61508定义的SIL3等级的安全设备之间传输过程数据的通信协议。设备上实施EtherCAT安全协议必须满足安全目标的需求。相应的产品相关要求也必须考虑进来。图 9: EtherCAT安全系统图9中的应用示例受益于这种技术。安全元件在自动化系统中所需要的任意地方都可以使用。系统中可以使用不同规模的本地输入和输出元件。可以根据需求使用安全或非安全总线端子扩展额外的输入和输出。安全逻辑也嵌入到网络当中。这样不用安全扩展的标准PLC可以继续处理控制任务。安全输入和输出功能需要的本地安全逻辑由智能化的安全总线端子实现。这节约了昂贵的安全PLC所带来的成本，并可以根据当前任务随意裁剪逻辑功能。只有安全EtherCAT主站和所分配的安全从站通过非安全的标准PLC路由。· 本协议在安全数据长度，通信介质或波特率方面么有限制。· EtherCAT被用作“黑色通道”，即，通信系统在安全处理中没有任何作用。· 协议被鉴定符合IEC61508定义的SIL3等级· 提供EtherCAT安全功能的产品已经于2005年就上市了。3.8 EtherCAT 取代PCI随着PC组件急剧向小型化方向发展，工业PC的体积日趋取决于插槽的数目。而快速以太网的带宽和EtherCAT通讯硬件的过程数据长度则为该领域的发展提供了新的可能性——IPC 中的传统接口现在可以转变为集成的EtherCAT接口端子（参见图10）。除了可以对分布式I/O进行编址，还可以对驱动和控制单元以及现场总线主站、快速串行接口、网关和其它通讯接口等复合系统进行编址。图 10: 分布式现场总线接口即使是其他无协议限制的以太网设备变体，也可以通过分布式交换机端口设备进行连接。由于一个以太网接口足以满足整个外围设备的通讯 （参见图11），因此，这不仅极大地精简了IPC主机的体积和外观，而且也降低了IPC主机的成本。图 11: EtherCAT使控制器的体积显著减小3.9 设备行规设备行规描述了设备的应用参数和功能特性，如设备类别相关的机器状态等。现场总线技术已经为I/O设备、驱动、阀等许多设备类别提供了可利用的设备行规。用户非常熟悉这些行规以及相关的参数和工具，因此，EtherCAT无需为这些设备类别重新开发设备行规，而是为现有的设备行规提供了简单的接口。该特性使得用户和设备制造商可以轻松完成从现有的现场总线到EtherCAT技术的转换过程。3.9.1 EtherCAT实现CANopen (CoE)CANopen©设备和应用行规广泛用于多种设备类别和应用，如I/O组件、驱动、编码器、比例阀、液压控制器，以及用于塑料或纺织行业的应用行规等。EtherCAT可以提供与CANopen机制[7]相同的通讯机制，包括对象字典、PDO（过程数据对象）、SDO（服务数据对象），甚至于网络管理。因此，在已经安装了CANopen的设备中，仅需稍加变动即可轻松实现EtherCAT，绝大部分的CANopen©固件都得以重复利用。并且，可以选择性地扩展对象，以便利用EtherCAT所提供的巨大带宽。3.9.2 EtherCAT实施伺服驱动 设备行规IEC 61491 (SoE)SERCOS interface™ 是全球公认的、用于高性能实时运行系统的通讯接口，尤其适用于运动控制的应用场合。用于伺服驱动和通讯技术的SERCOS™框架属于IEC 61491标准[8] 的范畴。该伺服驱动框架可以轻松地映射到 EtherCAT中，嵌入于驱动中的服务通道、全部参数存取以及功能都基于EtherCAT邮箱（参见图12）。在此，关注焦点还是EtherCAT与现有协议的兼容性（IDN的存取值、属性、名称、单位等），以及与数据长度限制相关的扩展性。过程数据，即形式为AT和MDT的SERCOS™数据，都使用EtherCAT从站控制器机制进行传送，其映射与SERCOS映射相似。并且，EtherCAT从站的设备状态也可以非常容易地映射为SERCOS™协议状态。EtherCAT从站状态机可以很容易地映射到SERCOS™协议的通信阶段。EtherCAT为这种在CNC行业中广泛使用的设备行规提供了先进的实时以太网技术。这种设备行规的优点与EtherCAT分布时钟提供的优点相结合，保证了网络范围内精确时钟同步。可以任意传输位置命令，速度命令或扭矩命令。取决于实现方式，甚至可能继续使用相同的设备配置工具。图 12: 同时并存的多个设备行规和协议3.10 EtherCAT实现以太网(EoE)EtherCAT技术不仅完全兼容以太网，而且在“设计”之初就具备良好的开放性特征——该协议可以在相同的物理层网络中包容其它基于以太网的服务和协议，通常可将其性能损失降到最小。对以太网的设备类型没有限制，设备可通过交换机端口在EtherCAT段内进行连接。以太网帧通过EtherCAT协议开通隧道，这也正是VPN、 PPPoE (DSL) 等因特网应用所普遍采取的方法。EtherCAT网络对以太网设备而言是完全透明的，其实时特性也不会发生畸变（参见图13）。图 13: 对所有以太网协议完全透明EtherCAT设备可以包容其它的以太网协议，因此具备标准以太网设备的一切特性。主站的作用与第2层交换机所起的作用一样，可按照编址信息将以太网帧重新定向到相应的设备。因此，集成万维网服务器、电子邮件和FTP 传送等所有的因特网技术都可以在EtherCAT的环境中得以应用。3.11 EtherCAT实现文件读取(FoE)这种简单的协议与TFTP类似，允许存取设备中的任何数据结构。因此，无论设备是否支持TCP/IP，都有可能将标准化固件上载到设备上。3.12 ADS over EtherCAT (AoE)ADS over EtherCAT (AoE)是由EtherCAT规范定义的客户端-服务器邮箱协议。尽管CoE协议提供了详尽的描述，但AoE则更适合路由与并行服务的应用：通过网关设备访问子网络，如EtherCAT至CANopen® 或 EtherCAT至IO-Link™ 网关设备。AoE使EtherCAT主站应用（如PLC程序）可以访问所属CANopen® 或 IO-Link™从站的各个参数。AoE路由机制开销远低于因特网协议（IP）所定义的开销，并且发送方和接收方寻址参数始终包含在AoE报文中。因此，EtherCAT主站和从站端的实施更为精简。AoE也通过EtherCAT自动化协议（EAP）进行非周期通信的标准化，从而为上位机MES系统或主计算机、EtherCAT主站及其从属的现有设备之间提供无缝通信。同时，AoE也提供了从远程诊断工具获取EtherCAT网络诊断信息的标准化方法。4. 基础设施成本页首由于EtherCAT无需集线器和交换机，因此，在环境条件允许的情况下，可以节省电源、安装费用等设备方面的投资，只需使用标准的以太网电缆和价格低廉的标准连接器即可。如果环境条件有特殊要求，则可以依照IEC标准，使用增强密封保护等级的连接器。5. EtherCAT 实施页首EtherCAT技术是面向经济的设备而开发的，如I/O 端子、传感器和嵌入式控制器等。EtherCAT使用遵循IEEE802.3标准的以太网帧。这些帧由主站设备发送，从站设备只是在以太网帧经过其所在位置时才提取和/或插入数据。因此，EtherCAT 使用标准的以太网MAC，这正是其在主站设备方面智能化的表现。同样，EtherCAT在从站控制器中使用专用芯片，这也是其在从站设备方面智能化的表现——无论本地处理能力是否强大或软件品质好坏与否，专用芯片均可在硬件中处理过程数据协议，并提供最佳实时性能。5.1 主站EtherCAT可以在单个以太网帧中最多实现1486字节的分布式过程数据通讯。其它解决方案一般是，主站设备需要在每个网络周期中为各个节点处理、发送和接收帧。而EtherCAT系统与此不同之处在于，在通常情况下，每周期仅需要一个或两个帧即可完成所有节点的全部通讯，因此，EtherCAT主站不需要专用的通讯处理器。主站功能几乎不会给主机CPU带来任何负担，轻松处理这些任务的同时，还可以处理应用程序，因此EtherCAT 无需使用昂贵的专用有源插接卡，只需使用无源的NIC卡或主板集成的以太网MAC设备即可。EtherCAT主站很容易实现，尤其适用于中小规模的控制系统和有明确规定的应用场合。例如，如果某个单个过程映像的PLC没有超过1486 字节，那么在其周期时间内循环发送这个以太网帧就足够了。因为报文头运行时不会发生变化，所以只需将常数报文头插入到过程映像中，并将结果传送到以太网控制器即可。EtherCAT映射不是在主站产生，而是在从站产生（外围设备将数据插入所经以太网帧的相应位置），因此，此时过程映像已经完成排序。该特性进一步减轻了主机CPU的负担。可以看到，EtherCAT主站完全在主机CPU中采用软件方式实现，相比之下，传统的慢速现场总线系统通过有源插接卡方可实现主站的方式则要占用更多的资源，甚至服务于DPRAM的有源卡本身也将占用可观的主机资源。系统配置工具（通过生产商获取）可提供包括相应的标准 XML 格式启动顺序在内的网络和设备参数。图 14: 主站实施的单个过程映像5.1.1 主站实施服务已经在各种实时操作系统上实现了EtherCAT主站，包括但并不限于：eCos, INtime, MICROWARE OS-9, MQX, On Time RTOS-32, Proconos OS, Real-Time Java, RT Kernel, RT-Linux, RTX, RTXC, RTAI Linux, PikeOS, Linux with RT-Preempt, QNX, VxWin + CeWin, VxWorks, Windows CE, Windows XP/XPE with CoDeSys SP RTE, Windows NT/NTE/2000/XP/XPE/Vista with TwinCAT RTE, Windows 7 and XENOMAI Linux.可以获得开源主站协议栈，作为示例代码或商业软件。也有各种公司提供各种硬件平台上的实施服务。可以在EtherCAT网站上的产品区找到快速增长的供应商信息[1]。5.1.2 主站样本代码另一种EtherCAT主站的实现方式是使用样本代码，花费不高。软件以源代码形式提供，包括所有的EtherCAT主站功能，甚至还包括EoE（EtherCAT实现以太网）功能（见图15）。开发人员只要把这些应用于Windows环境的代码与目标硬件及所使用的RTOS加以匹配就可以了。该软件代码已经成功应用于多个系统。图 15: 主站样本代码结构5.2 从站EtherCAT从站设备使用一个价格低廉的从站控制器芯片ESC。从站不需要微处理器就可以实现EtherCAT通信。可以通过I/O接口实现的简单设备可以只由ESC和其下的PHY，变压器和RJ45接头。给从站的过程数据接口是32位的I/O接口。这种从站没有可配置的参数，所以不需要软件或邮箱协议。EtherCAT状态机由ESC处理。ESC的启动信息从EEPROM中读取，它也支持从站的身份识别。更复杂的可配置从站有使用一个CPU。这个CPU和ESC之间使用8位或16位并行接口或串行SPI接口。要求的CPU性能取决于从站的应用，EtherCAT协议软件在其上运行。EtherCAT协议栈管理EtherCAT状态机和应用层协议，可以实现CoE协议和支持固件下载的FoE协议。EoE协议也可以实施。5.2.1 EtherCAT Slave Controller目前，有多家制造商均提供EtherCAT从站控制器。通过价格低廉的FPGA，也可实现从站控制器的功能，可以购买授权以获取相应的二进制代码。从站控制器通常都有一个内部的DPRAM，并提供存取这些应用内存的接口范围：· 串行SPI（串行外围接口）主要用于数量较小的过程数据设备，如模拟量I/O模块、传感器、编码器和简单驱动等。该接口通常使用8位微控制器，如微型芯片PIC、DSP、Intel 80C51等(见图16)。· 8/16位微控制器并行接口与带有DPRAM接口的传统现场总线控制器接口相对应，尤其适用于数据量较大的复杂设备。通常情况下，微控制器使用的接口包括Infineon 80C16x、Intel 80x86、Hitachi SH1、ST10、ARM和TI TMS320等系列(见图16)。· 32位并行I/O接口不仅可以连接多达32位数字输入/输出，而且也适用于简单的传感器或执行器的32位数据操作。这类设备无需主机CPU(见图17)。图 16: 从站硬件：带主机CPU的FPGA图 17: 从站硬件：带直接I/O的FPGA关于EtherCAT从站控制器的最新信息，请登录EtherCAT网站[1]。5.2.2 从站评估工具包倍福公司提供的从站评估工具包使接口操作变得简便易行。由于采用了EtherCAT，无需功能强大的通讯处理器，因此，可将从站评估工具包中的8位微处理器作为主机CPU使用。该工具包还包括源代码形式的从站主机软件（相当于协议堆栈）和参考主站软件包（TwinCAT）。6. 小结页首EtherCAT 拥有杰出的通讯性能，接线非常简单，并对其它协议开放。传统的现场总线系统已达到了极限，而EtherCAT则突破建立了新的技术标准——30 µs内可以更新1000个I/O数据，可选择双绞线或光纤，并利用以太网和因特网技术实现垂直优化集成。使用 EtherCAT，可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构，无需昂贵的基础组件。EtherCAT还可以使用传统的交换机连接方式，以集成其它的以太网设备。其它的实时以太网方案需要与控制器进行特殊连接，而EtherCAT只需要价格低廉的标准以太网卡(NIC) 便可实现。EtherCAT拥有多种机制，支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之间的通讯（参见图18）。它实现了安全功能，采用技术可行且经济实用的方法，使以太网技术可以向下延伸至I/O级。EtherCAT功能优越，可以完全兼容以太网，可将因特网技术嵌入到简单设备中，并最大化地利用了以太网所提供的巨大带宽，是一种实时性能优越且成本低廉的网络技术。图 19: 网络结构形式多样7. 参考文献页首[1]EtherCAT Technology Group (ETG) http://www.ethercat.org[2]IEC 61158-3/4/5/6-12 (Ed.1.0), Industrial communication networks – Fieldbus specifications – Part 3-12: Data-link layer service definition – Part 4-12: Data-link layer protocol specification – Part 5-12: Application layer service definition – Part 6-12: Application layer protocol specification – Type 12 elements (EtherCAT)[3]IEEE 802.3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications[4]IEEE 802.3ae-2002: CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications: Media Access Control (MAC) Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for 10 Gb/s Operation[5]ANSI/TIA/EIA-644-A, Electrical Characteristics of Low Voltage Differential Signaling (LVDS) Interface Circuits[6]IEEE 1588-2002: IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems[7]EN 50325-4: Industrial communications subsystem based on ISO 11898 (CAN) for controller-device interfaces. Part 4: CANopen[8]IEC 61800-7-301/304 (Ed.1.0), Adjustable speed electrical power drive systems – Part 7-301: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 1 to network technologies – Part 7-304: Generic interface and use of profiles for power drive systems – Mapping of profile type 4 to network technologies[9]SEMI E54.20: Standard for Sensor/Actuator Network Communications for EtherCAT.为何使用EtherCAT？EtherCAT独特的运行机制使其成为“工程师的明智之选”。此外，以下特点对某些应用具有特别的优势。1. 卓越的性能总的来说 EtherCAT 是最快的工业以太网技术，同时它提供纳秒级精确的同步。目标系统由总线系统控制或监测的所有应用都将从此大大获益。快速反应时间减少了处理步骤中的状态转换等待时间，从而显著提高了应用的效率。最后，相对于设定了相同循环时间的其他总线系统，EtherCAT 系统结构通常能减少 25%-30%的 CPU 负载。而最好的情况下，EtherCAT 性能可以改善精度，获得更高的吞吐量，并降低成本。2. 灵活的拓扑在 EtherCAT 应用中，机器结构决定网络拓扑结构，而非反之。在传统的工业以太网系统中，可安装的交换机和集线器的数量是有限的，从而限制了整个的网络拓扑结构。而 EtherCAT 无需交换机或集线器，因此没有这样的局限性。简而言之，EtherCAT 在网络拓扑方面没有任何限制。几乎无限数量的节点可以组成线型、树型、星型拓扑及任何拓扑的组合。由于自动链接检测功能，节点和网段可在运行中断开及重新连接——甚至连接到其他地方。线型拓扑可以拓展为环形拓扑，从而实现线缆冗余。主站设备仅需要第二个以太网口即可实现这种冗余功能，而从站设备已经具备了支持冗余功能的条件。因此可在机器运转过程中进行设备交换。3. 简单且耐用配置、检测、维护都与系统的成本息息相关。以太网现场总线使得所有这些任务变得异常简单：EtherCAT 可以自动配置地址，无需手动配置。低总线负载和点对点的物理层改善了抗电磁干扰的能力。网络可靠地定位检测潜在的干扰，从而大大减少了排除错误的时间。在启动时，网络将目标拓扑与现实拓扑对比从而检测差异。EtherCAT 出色的性能使得系统配置时降低对网络调试的需求。由于高带宽，可以将其他的 TCP/IP 与控制数据同时传输。然而，EtherCAT 并不是基于 TCP/IP 的，因此无需使用 MAC 地址或 IP 地址，更不需要 IT 专家配置交换机或路由器。4. 集成安全功能性安全作为一个网络结构的集成部分？对于 FSoE（Functional Safety over EtherCAT）来说不是问题。FSoE 是得到实际验证的，自 2005 年就有了通过 TÜV 认证的FSOE 设备。协议满足 SIL 3 系统要求，且适用于集中控制和分散控制系统。由于黑色通道的方式及特别精简的安全容器（Safety Container），FSoE 也可以应用于其他总线系统。该集成方案及精简的协议可降低系统成本。此外，一个非安全要求的控制器可以接受并处理安全数据。5. 低成本易实现EtherCAT 以相当甚至低于传统现场总线系统的价格水平提供工业以太网的特性。对于主站设备硬件仅需要一个以太网端口——而无需昂贵的接口卡或协处理器。不同形式的 EtherCAT 从站控制器可以从很多供应商获得：ASIC 芯片、FPGA，或标准微处理器的可选总线接口。由于这些便宜的控制器可以承担所有时间关键任务，EtherCAT 自身并不向从站设备 CPU 提出任何性能要求，从而降低了设备成本。因为 EtherCAT 不需要交换机或其他有源基础组件，从而节省了该类组件及其安装、配置和维护的成本。基于这些原因，EtherCAT广泛适用于：· 机器人· 机床· 包装机械· 印刷机· 塑料制造机器· 冲压机· 半导体制造机器· 试验台· 测试系统· 抓取机器· 电厂· 变电站· 材料处理应用· 行李运送系统· 舞台控制系统· 自动化装配系统· 纸浆和造纸机· 隧道控制系统· 焊接机· 起重机和升降机· 农场机械· 海岸应用· 锯木厂· 窗户生产设备· 楼宇控制系统· 钢铁厂· 风机· 家具生产设备· 铣床· 自动引导车· 娱乐自动化· 制药设备· 木材加工机器EtherCAT 常见问题1. EtherCAT技术· 1.1 EtherCAT性能远高于我的应用需求。为什么我还要使用该技术？· 1.2. 为何使用EtherCAT可以降低成本？· 1.3 EtherCAT是否仅局限于主站与从站的通讯应用？· 1.4 如何保证EtherCAT设备的兼容性?2. EtherCAT 技术协会· 2.1 我必须成为ETG会员才可以使用EtherCAT吗？· 2.2 我必须成为ETG会员才可以实施EtherCAT吗？· 2.3 如何成为EtherCAT技术协会的会员？· 2.4. 会员可以享有何种利益？· 2.5 为何ETG会员资格是免费的？· 2.6 将来会否收取会费？· 2.7 ETG会员如何影响该技术的发展？· 2.8 EtherCAT技术协会的法律地位？3. EtherCAT: 开放的技术· 3.1 EtherCAT是一个开放性的技术。这意味着什么？· 3.2 是否有专利权？· 3.3 如何授权？· 3.4 开放源代码是怎样的情况？· 3.5 是否有多种渠道获取EtherCAT从站控制器？4. 实施方面· 4.1 我们想实施一个EtherCAT从站设备，应该如何开始？· 4.2 我们想实施一个EtherCAT主站设备，应该怎么做呢？· 4.3 EtherCAT从站控制芯片的授权如何？· 4.4 FPGA的授权费用如何？· 4.5 是否必须 将我们的EtherCAT设备递交给一致性测试中心接受检测吗？5. EtherCAT Vendor ID· 5.1 什么是EtherCAT Vendor ID？· 5.2 我们的子公司/合作伙伴有EtherCAT Vendor ID。我们可以在我们的设备上使用它吗？· 5.3 我们正在使用技术提供商提供的接口板在我们的设备上增加EtherCAT接口。那么。我们可以在我们的设备上使用该技术提供商的Vendor ID吗？· 5.4 何谓二级Vendor ID?· 5.5 我们有一个CANopen® 的Vendor ID。我们可以在EtherCAT设备上使用它吗？· 5.6 我们如何申请Vendor ID？6. Safety over EtherCAT· 6.1 是否需要添加一个EtherCAT接口来连接我的FSoE设备？· 6.2 是否需要为我的FSoE设备实施一个独立的控制器结构？· 6.3 我是否可以在其他非EtherCAT通讯系统中使用Safety over EtherCAT？· 6.4 是否有经过认证的Safety over EtherCAT堆栈可供使用？· 6.5 是否有Safety over EtherCAT的一致性测试？· 6.6 我的Safety over EtherCAT设备是否需要经过相关机构（如TUV, BGIA）的认可？· 6.7 我是否需要在设备上市前在FSoE测试中心进行官方测试？· 6.8 为何我在设备上实施Safety over EtherCAT协议需要授权？· 6.9 我如何可以获得并使用Safety over EtherCAT的Logo？· 6.10 我是一个EtherCAT主站的提供商。我如何支持Safety over EtherCAT设备？· 6.11 我是机械设备制造商。我需要授权才可以使用Safety over EtherCAT的设备吗？· 1. EtherCAT技术· 1.1 EtherCAT性能远高于我的应用需求。为什么我还要使用该技术？卓越的现场总线性能决不会有坏处。即使对于慢速控制，使用EtherCAT也可以改善响应时间并简化配置工作，因为缺省配置就可以满足要求。此外，更短的响应时间可以改善您应用的性能，因为这缩减了传输等待时间（如，在下一个处理被初始化前对输入信号的等待时间）。如果您对性能要求并不苛刻，也可以因为EtherCAT的其它优势而选用它，比如，成本更低，更加灵活的拓扑结构，或者仅仅是使用方便。总而言之，您采用EtherCAT，就无需采用昂贵慢速的系统了。· 1.2. 为何使用EtherCAT可以降低成本？有这样几种原因：低成本的从站控制器降低了从站设备的成本。无需任何特殊的主站卡，主板集成的以太网控制器即可满足要求。无需交换机或集线器，因此降低了基础设施的成本。使用标准以太网线缆。实施简单，因此降低了实施成本。支持自动配置，无需任何手动设置地址，无需任何网络调整，因此降低了配置成本。· 1.3 EtherCAT是否仅局限于主站与从站的通讯应用？不是的。与其他实时工业以太网系统一样，一个设备（主站）必须要担任网络管理、组织介质读取控制的任务。对于EtherCAT，有两种方式可以实现从站与从站的通讯：在同一个循环周期内基于拓扑结构，其中上游设备可以与下游设备交换数据，而独立于拓扑结构的情况需要在两个总线周期实现数据交换。EtherCAT比其他的协议更具有速度优势，即使需要两个周期实现从站与从站的通讯，相对来讲也是高速高效的。· 1.4 如何保证EtherCAT设备的兼容性? 对于一个通讯技术来说，保证其实施的一致性及兼容性是该技术成功的重要因素。因此EtherCAT技术协会非常重视这些特性。技术实施协议方面的一致性是兼容性的前提，这意味着来自于不同厂商的设备可以在同一个应用网络中协同工作。为保证一致性，必须使用一致性测试工具（CTT）。此外，我们还有遍布全球的一致性测试中心（ETC）。对于通过EtherCAT一致性测试的设备，ETC将颁发官方一致性证书。更多关于一致性测试及设备认证的信息可以在一致性测试页面找到。· 2. EtherCAT 技术协会· 2.1 我必须成为ETG会员才可以使用EtherCAT吗？不需要。但是，您或许希望通过加入ETG来向您的客户或供应商展示您对该技术的支持。对于一个ETG会员，您将被邀请参加ETG会议，获取详细的技术规范及相关信息，并影响该技术的发展。· 2.2 我必须成为ETG会员才可以实施EtherCAT吗？虽然我们建议您加入ETG（见2.3/2.4），但如果您在您的机器或生产线上集成EtherCAT设备，那么我们认为您是最终用户，并不必须加入ETG。EtherCAT设备制造商必须要加入ETG，并获得一个EtherCAT Vendor ID。详情请在下载专区（请使用您的会员登录账号）下载EtherCAT Vendor ID政策（EtherCAT Vendor ID Policy）。会员资格免费获取（见2.5/2.6）。· 2.3 如何成为EtherCAT技术协会的会员？可以通过给ETG总部发邮件info@ethercat.org申请ETG的会员资格。您将得到所有必须的信息，如需求，会员申请表格等。在成为会员之前，请仔细阅读ETG By-Laws· 2.4. 会员可以享有何种利益？ETG会员优先享受技术支持，可获取仅提供给会员的EtherCAT规范、指南、免费从站代码和其他支持工具及相关信息。会员将被邀请参加ETG会议，如技术委员会（TC）或技术工作组（TWG），对规范进行审核和讨论。ETG会员有资格参加指定的EtherCAT培训和研发课程。此外，ETG会员还可以在EtherCAT官网上推广其产品，并作为合作伙伴参与我们的全球系列研讨会和全球重要展览会上的ETG联合展台。ETG会员权益· 2.5 为何ETG会员资格是免费的？会员年费或者其他的高额成本相对于获取一个开放的技术应该不是一个问题。因此，不仅没有ETG的会员费用，而且ETG会员获取协议堆栈，样本代码，评估套件，实施支持和其他的服务都是免费或者仅需很低的费用。· 2.6 将来会否收取会费？目前没有收取ETG会费的计划。如果将来需要收取会费（如，以支持ETG的外加服务），将由会员委员大会讨论通过决定。· 2.7 ETG会员如何影响该技术的发展？在ETG技术委员会会议上将对EtherCAT技术进行详细探讨，鼓励各ETG会员加入技术工作组和项目团队，并提出宝贵的建议和意见。 会员区有所有工作组的列表（需登录）ETG工作组欢迎各用户、OEM、系统集成商和设备制造商提供有价值的需求反馈，ETG的工作历史表明这种反馈非常有效。 技术使用者和开发者之间直接和个人的联系可以加强关于"Know-how"知识和技术信息的深层次交流。 查找ETG会员详细信息请点击这里：EtherCAT组织架构· 2.8 EtherCAT技术协会的法律地位？ETG是（类似于德国大多数工会或政党）受德国法律允许的非注册协会或社团组织。根据相关法规，由于ETG不销售任何产品，因此ETG是一个非盈利性组织。会员对协会资产共同承担有限责任——ETG无资产，因此事实负债为零。· 3. EtherCAT: 开放的技术· 3.1 EtherCAT是一个开放性的技术。这意味着什么？这意味着每一个人都可以使用，实施，并获利于该技术。还意味着EtherCAT实施应该是兼容的，任何人不应为防止他人使用而改变这种技术。EtherCAT是国际标准(IEC61158, IEC 61784, IEC 61800, ISO 15745)，同时也是SEMI标准(E54.20)。· 3.2 是否有专利权？是的，EtherCAT技术有专利权，如同其他任何值得拥有专利权的现场总线技术一样。 可以提供独特功能的技术需要专利权和授权以保护其不受复制和伪造的伤害。· 3.3 如何授权？对于EtherCAT主站实施的授权是免费的，但协议要求兼容性，以确保授权免费并提供法律效力。 对于从站设备，EtherCAT采用了CAN的授权模式（CAN是一个受专利保护的标准开放技术的出色样本）： 低额的授权费用已经“嵌入到”EtherCAT 从站控制器（ESC）芯片中，因此，设备制造商，最终用户，系统集成商，工具生产商等无需再付授权费用。· 3.4 开放源代码是怎样的情况？EtherCAT技术本身并不开源。 EtherCAT符合IEC，ISO和SEMI标准，因此每个人都可以平等地使用EtherCAT技术。 此外，无需缴纳主站使用授权费用。 ETG所有会员和EtherCAT用户组共同维护并促进EtherCAT技术的进一步发展。如果您有关于技术实施或者EtherCAT技术结合共享和开放源码系统方面的相关问题，请联系ETG总部或EtherCAT技术的专利方Beckhoff。· 3.5 是否有多种渠道获取EtherCAT从站控制器？有。EtherCAT从站控制器（ESC）实施可以从亚信电子、Beckhoff、Hilscher、HMS、英飞凌、Innovasic、Microchip、Profichip、德州仪器、Trinamics、瑞萨电子、Intel以及 Xilinx获取。更多实施也即将发布。EtherCAT从站控制器概述可在资料下载区进行查询：下载区· 4. 实施方面· 4.1 我们想实施一个EtherCAT从站设备，应该如何开始？可以参考EtherCAT Slave Implementation Guide（EtherCAT从站实施指南）作为从站实施的开始，请点击这里下载。该文件涵盖从站实施的起始步骤，包括开发硬件、软件、研讨会和培训、一致性，以及一步步的提示信息。 EtherCAT从站协议栈可以从多个供应商获取。 Beckhoff将从站协议栈代码(SSC)-源代码免费开放给所有ETG会员。 EtherCAT从站实施套件也可以从相关供应商获取。请在官方EtherCAT产品指南中查询更多从站评估套件：EtherCAT产品页面· 4.2 我们想实施一个EtherCAT主站设备，应该怎么做呢？对于主站来讲，你并不需要专用的硬件设备。任何以太网MAC都可以满足要求。EtherCAT对资源消耗非常小，因此也无需特殊的通讯处理器。主站代码可以从多种渠道获得，如一些通过样本代码包提供的免费开放代码，甚至一些包含了RTOS的主站产品。实施服务同样有不同的供应商可以提供。请点击此处了解EtherCAT产品情况。· 4.3 EtherCAT从站控制芯片的授权如何？当您从EtherCAT从站控制器供应商那里购买了ESC芯片，所有的EtherCAT功能已经包含在芯片中。对EtherCAT从站设备供应商来说，取得了ESC供应商资格则包含该授权，无需额外的EtherCAT授权费用。· 4.4 FPGA的授权费用如何？当您从您首选的半导体分销商那里购买了FPGA，EtherCAT代码尚未加载。EtherCAT IP核授权适用于Intel和Xilinx的FPGA。您只需支付一个授权即可制造尽可能多的EtherCAT从站设备。此外，也有基于数量的授权。· 4.5 是否必须 将我们的EtherCAT设备递交给一致性测试中心接受检测吗？不是。在官方EtherCAT测试中心进行一致性测试是可选的——但是，您的客户可能会需要一致性测试证书，而一致性测试证书只能通过官方测试后才能发放。您必须确保您的研发设施中应用了官方一致性测试工具（CTT）。每年，ETG都会维护和进一步发展CTT，CTT以订阅的方式提供。关于一致性的更多详情，请点击此处获得。· 5. EtherCAT Vendor ID· 5.1 什么是EtherCAT Vendor ID？EtherCAT Vendor ID是由EtherCAT技术协会为每一个供应商分配的唯一的标识号码。它与产品编码（product code ）一同将包含在EtherCAT设备的 标识对象中。EtherCAT Vendor ID 列表· 5.2 我们的子公司/合作伙伴有EtherCAT Vendor ID。我们可以在我们的设备上使用它吗？如果要求将Vendor ID授予合作伙伴公司，请联系ETG总部。但是，我们建议每个EtherCAT设备用户使用自己单独的Vendor ID。· 5.3 我们正在使用技术提供商提供的接口板在我们的设备上增加EtherCAT接口。那么。我们可以在我们的设备上使用该技术提供商的Vendor ID吗？不可以。该技术提供商的通信设备上附带有Vendor ID。您应使用自己独有的Vendor ID来替代它，以便于您的设备可以在网络中被识别。· 5.4 何谓二级Vendor ID?二级Vendor ID是从原Vendor ID派生出来的，专门用来标识通讯接口设备类产品的Vendor ID，但这类产品无法参加后续的一致性测试。· 5.5 我们有一个CANopen® 的Vendor ID。我们可以在EtherCAT设备上使用它吗？对于您的EtherCAT产品，你需要一个EtherCAT Vendor ID。然而，在您申请EtherCAT Vendor ID时，您可以提出申请与您CANopen® 的Vendor ID相同的号码，如果您申请的号码仍然可用，ETG则会分配给您。· 5.6 我们如何申请Vendor ID？非常简单，您仅需到EtherCAT网站的会员页面下载:EtherCAT Vendor ID 申请表格· 6. Safety over EtherCAT· 6.1 是否需要添加一个EtherCAT接口来连接我的FSoE设备？不需要。RSoE协议采用一个黑色通道实现；无需为此设置安全相关的标准通讯接口。控制器，ASIC以及链接，耦合器相关的通讯接口都可以保留使用。· 6.2 是否需要为我的FSoE设备实施一个独立的控制器结构？使用两个微控制器是实现SIL 3安全设备的常用方式。但这并不是Safety over EtherCAT规范的要求。实现这个协议必须满足以下要求：- 完全符合IEC 61508和IEC 61784-3；- 完全符合FSoE协议规范；- 完全符合安全完整性等级（SIL）要求和相应产品的指定需求。· 6.3 我是否可以在其他非EtherCAT通讯系统中使用Safety over EtherCAT？可以。该协议可以在任何通讯中使用，可以是EtherCAT通讯，现场总线系统，以太网或类似的通讯，光纤，同轴线缆，甚至无线传输。对于通讯总线耦合器或其他设备没有限制或特别要求。· 6.4 是否有经过认证的Safety over EtherCAT堆栈可供使用？有，在ETG内部有服务提供商能够提供预先认证的FSoE协议栈和安全研发服务。Safety over EtherCAT协议非常简洁，协议状态机有明确的界定。经验表明，使用或不使用预认证的堆栈都可以在短时间内轻松实施。· 6.5 是否有Safety over EtherCAT的一致性测试？是的。FSoE测试案例规范适用于FSoE设备，并通过TUV批准。对于FSoE从站，测试案例与EtherCAT测试工具配合使用，可以执行一个自动的测试。通常情况下，由于灵活的主站配置，对于主站堆栈的自动检测更复杂。因此，可用的测试案例规范可以用于对主站的认可。Safety over EtherCAT规则ETG.9100包括了对一个设备验收的完整测试流程。· 6.6 我的Safety over EtherCAT设备是否需要经过相关机构（如TUV, BGIA）的认可？是的。Safety over EtherCAT设备的研发需要评估。设备的实现包括通过EMC报告，Safety over EtherCAT一致性测试，并通过所有符合IEC 61508的安全周期流程。该评估将由机构实现。· 6.7 我是否需要在设备上市前在FSoE测试中心进行官方测试？是的。FSoE测试政策是需要通过官方FSoE测试中心测试的。进行FSoE一致性测试的前提是拥有有效的EtherCAT协议实施认证。FSoE测试中心的所有测试都可以在内部进行准备。· 6.8 为何我在设备上实施Safety over EtherCAT协议需要授权？Safety over EtherCAT是一种为很多设备制造商所采用的技术。对于这样一种技术来说，兼容性是保证在应用领域能进行互操作的重要功能。取得授权的设备制造商都有权实施这一技术，但其设备必须具有符合规范的兼容性。授权是免费的。使用FSoE最终设备的机器制造商及控制系统提供商则无需该项授权。· 6.9 我如何可以获得并使用Safety over EtherCAT的Logo？Safety over EtherCAT的logo可以从ETG总部获取。使用Safety over EtherCAT Logo的产品必须遵循由ETG发布的ETG9001 EtherCAT标识规则。· 6.10 我是一个EtherCAT主站的提供商。我如何支持Safety over EtherCAT设备？如果您只是想在EtherCAT环节支持现有的Safety over EtherCAT设备，则无需在主站上进行任何安全相关的实施。可采用带一个EtherCAT从站接口的FSoE主站，同时也可以被用作安全逻辑设备。只有从-从通信必须由EtherCAT主站支持，将安全数据报从FSoE主站路由至FSoE从站，反之亦然。· 6.11 我是机械设备制造商。我需要授权才可以使用Safety over EtherCAT的设备吗？不。您可以在机械设备中直接使用最终的Safety over EtherCAT产品，而无需授权。您务必留意产品中是否有SIL或PL认证，产品必须执行相关标准（IEC 62061, ISO 13849）或产品标准，以及与其他相关标准的兼容性，如必须符合国际的或国家的法律要求（如Directive of machinery, OSHA, UL等）。Vendor ID每个EtherCAT兼容设备必须使用由ETG分配的全球唯一的Vendor ID。EtherCAT Vendor ID的使用必须符合EtherCAT规范，并由ETG Vendor ID政策和相应的Vendor ID协议约束管理。为明确这一政策，一般规则如下：· 每个EtherCAT设备供应商必须是ETG会员，必须从EtherCAT技术协会取得有效的Vendor ID。· Vendor ID是免费的。· 在EtherCAT设备上市前，供应商必须实现Vendor ID。· 在机器中集成或使用EtherCAT设备的机器制造商，无需申请和使用Vendor ID。发布于 2021-05-28 14:08开放式 IEC 61131 控制系统设计（书籍）以太网（Ethernet）以太网协议赞同 181 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录IT技术专栏IT技术分享 【虹科干货】使用Profishark进行EtherCAT主站性能测试 - 知乎首发于网络流量监控切换模式写文章登录/注册【虹科干货】使用Profishark进行EtherCAT主站性能测试艾特保IT提供数据存储、数据智能、安全与合规性，网络监控与优化解决方案EtherCAT 主站性能测试一般情况下EtherCAT主站性能测试会关注主站通讯周期，circle time是否稳定，抖动多少，因此可以设置在不同的circle time，比如2ms，1ms，500us，250us，125us等条件下测试抖动，可以采用第三方的抓包工具+wireshark进行报文分析，不同主站周期，需要修改代码以及ENI文件的circle time，此处以1ms主站周期，有些任务周期是5ms（主站周期的5倍）。EtherCAT报文抓取抓包方式，主站和从站直接接入第三方的抓包工具，连接方式如下示意图，可以先运行主站，待主从通讯稳定后，再进行数据抓包，这样抓出来的数据包就是pdo数据/过程数据，也可以主站启动前，开始抓包，这样就可以把整个启动过程的数据抓取出来，但是过滤时，op前的报文数据就不是我们需要分析的数据了。虹科提供最简单的EtherCAT抓包工具， ProfiShark，帮助网络工程师轻松访问网络并以正确的时间戳记捕获每个单个数据包。通过Profishark抓包可以得到高质量的数据，这些数据可在数据包分析器软件（如Wireshark）中用于网络分析，或直接存储到磁盘以供以后分析。（详细信息请查看文末） 在Wireshark上进行EtherCAT报文分析1、 设置wireshark时间格式如下2、 使用ecat.ado == 0x130命令，过滤出从站在第几条报文处进入op状态的，这里是33900，意味着33900前的报文不能用于分析circle time，因为pdo数据/周期性数据只在从站进入op后才被发送3、 分析周期性报文，注意到每个周期性报文包含三个子报文(逻辑寻址)以及一个DC相关的ARMW命令4、 过滤出周期性报文，使用该指令ecat.sub1.cmd == LRD && ecat.sub1.cnt == 0，过滤出子报文1为LRD且计算器值为0（表示从主站发出，未经过从站）的周期性报文，选择三角进行报文排序，可以是从小到大，或者从大到小。最小周期是999.496us最大周期1000.536us结论：可以看出1ms主站周期下，基于zcu102开发板，测试出来的主站周期的抖动是ns级别，实际在500us和250us，125us条件下，抖动都是在ns级别。发布于 2022-05-13 10:11性能分析性能测试赞同添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录网络流量监控基于数据包的网络流量监控，性能分析及故障排
EtherCAT - 以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术教程 - 知乎
【虹科干货】使用Profishark进行EtherCAT主站性能测试 - 知乎