EtherCAT伺服驱动器
EtherCAT ® 是 Beckhoff 开发的一种基于以太网的高性能确定性网络协议。经行业证明，它可以通过标准 100 base-T 硬件提供高速、确定性控制，并在要求苛刻的应用中实现超快、一致的结果。EtherCAT 是一种开放技术，这意味着每个人都可以使用、实施并受益于该技术。因此，EtherCAT 伺服驱动器已成为运动控制行业的重要组成部分。
EtherCAT 可用于我们所有的 FlexPro™ 系列和我们的许多 DigiFlex ® Performance™ （DP 系列）数字伺服驱动器，它们在扭矩、速度和位置模式下运行，并提供对所有伺服回路的全面调谐控制，以实现最高您的应用程序的性能。
支持 PCB 安装的 EtherCAT 伺服驱动器还利用
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Motion Controls 独特的专有高速多轴通信接口和 I/O 扩展功能（“DxM”™ 和“DxI/O”™ 技术）。现在，单个 EtherCAT ® 节点可以容纳多达 4 个运动轴的组合，每个轴具有 32 个数字输入、32 个数字输出、4 个模拟输入和 2 个模拟输出。结果是用于单轴或多轴应用的高度集成的高价值运动控制解决方案。
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Motion Controls 的插件模块 EtherCAT 伺服驱动器在 Design News 的年度金捕鼠器奖中被评为获奖者，以表彰我们在产品设计中的工程创新和创造力！
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Motion Controls 最新的伺服驱动器系列 FlexPro™是第一个从一开始就考虑到 EtherCAT ® 的伺服驱动器系列。
EtherCAT®的优势
最大带宽利用率
EtherCAT 的基本原理是透读。与其他主节点单独轮询每个节点的协议不同，EtherCAT 向一个节点发送一条消息，然后将该消息传递到下一个节点和后续节点，直到网络中的所有节点都接收到该消息。这是有效的，因为消息包含网络中所有节点的信息和指令。每个节点只读取和响应自己的数据，每个节点还可以通过在消息通过时将数据插入到消息中，将信息发送回 Master。例如，它可以在消息中添加位置、速度和状态信息。一旦消息通过所有节点并返回给主节点，主节点就会读取添加的数据。
当消息返回 EtherCAT 主站时，网络中的每个节点都从主站接收到新的输入数据，并将新的输出数据返回给主站。可以将 EtherCAT 网络比作铁路，其中每个车站都可以在火车保持行驶状态时卸载和重新装载火车车厢。在没有针对特定节点的小负载或消息的不足的情况下，EtherCAT 伺服驱动网络可以实现最大的带宽利用率。
速度和实时性
所有 EtherCAT 数据包均由主站使用全双工传输生成和发送。网络上的所有 EtherCAT 电机控制器都可以在 EtherCAT 数据包经过时从 EtherCAT 数据包读取数据并将数据写入数据，每个从设备（与数据包的大小无关）只有很短的恒定延迟（通常小于 500 ns）。通常，仅使用一个数据包即可容纳大量从设备，从而优化带宽使用并降低中断率。一项研究表明，在具有 50 台设备和每台设备 100 字节有效负载的千兆网络上，最小循环时间为 50 微秒。即使在这个节点数和有效负载远高于典型伺服系统的示例中，循环时间仍然比伺服驱动器的位置环和电流环更新速率更快。
EtherCAT 足够快，可以通过分布式或集中式控制运行
分布式控制
通过分布式运动控制，伺服驱动器以速度模式或位置模式（与扭矩模式相反）运行。这允许主控制器专注于外部控制回路，让伺服驱动器担心内部回路。结果是控制器命令和控制运动所需的计算开销更少，因为伺服驱动器通过关闭速度环和/或位置环来分担一些责任。此外，伺服驱动器和控制器之间的网络流量也减少了，因为需要发送的命令更少。
如果驱动器在 PVT 模式下运行，则可以进一步减少网络流量。在这种模式下，驱动器会收到一系列位置、速度和时间值。每个 PVT 点定义在给定时间，电机将处于指定位置并以指定速度移动。PVT 点的“T”元素可以间隔超过 10 毫秒，从而大大减少网络流量。然后驱动器在点之间进行插值。可以将多个 PVT 点发送到伺服驱动器并存储在缓冲区中，以便在适当的时间使用。使用 PVT，驱动器处理所有运动控制任务，而控制器只定义运动路径。CANopen 等较慢的网络可以极大地受益于 PVT 控制。使用 EtherCAT，
集中控制
在集中控制中，控制器向电机驱动器发送扭矩命令并关闭所有回路。在计算要求和网络流量方面，集中控制的开销比分布式控制要高得多。幸运的是，EtherCAT 的速度足够快，可以使用集中控制方案进行操作。那么回报是什么？为什么要集中控制运行？在高性能应用中，系统设计人员可能希望使用专门的控制算法、过滤器、前馈，或者希望比插补移动更紧密地遵循运动路径。集中控制使系统设计人员可以完全控制系统中的运动控制。
减少 I/O、反馈和外围设备的接线
在运动控制中的高速网络之前，来自电机和其他设备的反馈和信号线必须一路回到控制器。如果您查看传统的集中式多轴控制器，您不会惊讶地发现所有信号线都有 50 到 100 个端子。在传统系统中，每个伺服轴至少需要 11 根电线才能返回到控制器：
带差分信号的编码器 – A、B、I、电源 = 8 线
命令信号 = 2 线
禁止线 = 1 线
例如：具有 3 轴运动控制的机械臂很容易成为布线和可靠性的噩梦。使用嵌入在每个关节中的集成伺服电机和驱动器，您必须将至少 33 根电线从手臂向下馈入控制器。当线束到达肩关节时，它将最大并且拥有最多的电线。整个捆绑仍然需要可靠并承受手臂的所有弯曲和扭曲。在一个真正的机械臂中，考虑到制动继电器、传感器、伺服驱动电源和其他组件，这个数字实际上更接近 50-75。每增加一根电线都会降低可靠性并使安装更加困难。
幸运的是，对于 EtherCAT 等高速网络，这不再是问题。如果需要，可以将 EtherCAT 信号加上逻辑电源的信号线数量减少到 6 根。通过位于每个臂关节处的集成伺服电机和伺服驱动器，EtherCAT 伺服驱动器可以充当所有外围设备和控制器之间的接口。这些设备甚至不需要与 EtherCAT 兼容，只要它们与伺服驱动器兼容即可。伺服驱动器看到的任何信号都可以被解释并发送到控制器。包括电机位置、速度、电机电流和 I/O 状态。通过使用伺服驱动器上的模拟输入，甚至模拟传感器也可以用作网络 I/O。驱动器的 A/D 转换器可以将模拟信号转换为数字信号，然后通过 EtherCAT 将值发送到控制器。
好处
基于 100baseT 的标准以太网
实时到 I/O 级别
可能的多种拓扑结构 - 线型、星型、树型、菊花链、分支线 - 可以任意组合使用
不需要特殊的以太网硬件 - 可以使用标准网络接口卡 (NIC)
CANopen over EtherCAT (CoE) 允许通过 EtherCAT 使用 CANopen 协议和功能集
Ethernet over EtherCAT (EoE) 允许在同一物理网络上使用其他基于以太网的服务和协议
高级运动控制功能
2x100 Mbit/sec 最大速度
10 kHz 更新率
< 1 毫秒抖动
结论
由于其快速的循环速率，EtherCAT 可用于实时运动控制系统中的集中式和分布式控制方案。EtherCAT 的速度足够快，不仅可以进行运动控制，还可以传输来自外围设备的数据。通过 EtherCAT 传输所有数据需求可以显着减少易受故障影响的电线数量，从而提高可靠性。EtherCAT 是一种所有人都可以使用的开放技术。
