倍福BECKHOFF控制器CX9001-0001详细介绍

运行原理

目前有多种用于提供实时能力的以太网方案： 例如，通过较***的协议层禁止 CSMA/CD 存取过程，并使用时间分片或轮询技术来取代它。其它方案使用专用交换机，并采用***的时间控制方式分配以太网报文。尽管这些解决方案能够比较快和准确地将数据包传送到所连接的以太网节点，但带宽的利用率却很低，特别是对于典型的自动化设备，因为即使是对于非常小的数据量，也必须要发送一个完整的以太网帧。而且，重新定向到输出或驱动控制器以及读取输入数据所需的时间主要取决于执行方式。通常也需要使用一条子总线，特别是在模块化 I/O 系统中，这些系统与 Beckhoff K-bus 一样，通过同步子总线系统加快传输速度，尽管如此，这样的同步还是无法避免通讯总线传输的延迟。

通过采用 EtherCAT 技术，Beckhoff 突破了其它以太网解决方案的这些系统限制： 不必再像从前那样在每个连接点接收以太网数据包，然后进行解码并复制过程数据。当帧通过每一个设备（直达 I/O 端子模块）时，EtherCAT 从站控制器读取与该设备相关的数据。同样，输入数据可以飞速插入至数据流中。帧被传递（仅被延迟几位）过去的时候，从站会识别出相关命令，并进行相应处理。此过程是在从站控制器中通过硬件实现的，因此与协议堆栈软件的 Run-Time 系统或处理器性能无关。网段中的***一个 EtherCAT 从站将经过充分处理的报文发回，这样该报文就作为一种响应报文由***个从站返回到主站。

从以太网的角度看，Ether?CAT 总线网段是一个可接收和发送以太网帧的大型以太网设备。但是，该“设备“不包含带下游微处理器的单个以太网控制器，而只包含大量的 EtherCAT 从站。与其它任何以太网设备一样，EtherCAT 不需要通过交换机就可以建立通讯，因而产生一个纯粹的 EtherCAT 系统。

以太网直达端子模块

以太网系统直达系统中的每个设备，即直达每个 I/O 端子模块；无需使用子总线。只需将耦合器的传输介质由双绞线（100BASE-TX）转换为 E-bus 总线即可满足电子端子排的要求。端子排内的 E-bus 信号类型（LVDS）并不是专用的，它还可用于 10 千兆位以太网。在端子排末端，物理总线特性被转换回 100BASE-TX 标准。

标准以太网 MAC 或便宜的标准网卡（NIC）足以作为控制器中的硬件使用。DMA（直接存储器存取）用于将数据传输到 PC。这意味着网络访问对 CPU 性能没有影响。在 Beckhoff 多端口卡中运用了相同的原理，它在一个 PCI 插槽中捆绑最多 4 个以太网通道。

协议

EtherCAT 协议针对过程数据进行了优化，它被直接传送到以太网帧，或被压缩到 UDP/IP 报文中。UDP 协议在其它子网中的 EtherCAT 网段由路由器进行寻址的情况下使用。以太网帧可能包含若干个 EtherCAT 报文，每个报文专门用于特定存储区域，该存储区域可编制大小达 4GB 的逻辑过程镜像。由于数据链独立于网络中 EtherCAT 端子模块的物理顺序；可进行任意寻址。从站之间可进行广播、多点传送和通讯。

该协议还可处理通常为非循环的参数通讯。参数的结构和含义通过 CANopen 设备行规进行设定，这些设备行规用于各种设备类别和应用。EtherCAT 还支持符合 IEC61491 标准的从属行规。该行规以 SERCOS 命名，获得全球运动控制应用领域的普遍认可。