工业以太网时代，该如何选择总线运动控制器？

发布日期： 2023-04-26 作者：雄霸珊妮

EtherCAT是EtherCAT基金会基于以太网基础开发的一种开放式的、先进的现场总线，它通过一系列独特的机制来保证数据传输的高效与可靠。

EtherCAT只需要使用一根百兆网线就可以实现数据的传输，常见拓扑如下（菊花链），主站（控制器）接第一个从站（电机，IO模块等），第一个从站接第二个从站，一直接到第N个（当然EtherCAT也支持其他拓扑）。

虽然大家只看到一根网线串了下去，但百兆网线里其实包含4根线，其中两根是用来做输出数据（TX），两根是用来返回数据（RX），所以其实内部是组成了一个环网，如下图。

EtherCAT主站需要使用实时操作系统 + 标准的以太网芯片 + EtherCAT协议栈，从站则需要使用专门的通信芯片（ESC）来保证通信的高速和稳定。

所以，虽说它们对外的接口都是网口（RJ45接口），但EtherCAT和EtherNET在硬件层面是有很大不同的，不仅仅是数据层的不同哦。

EtherCAT正式工作的期间（PDO通信），只有一个数据帧在主站和从站之间高速传输，经过每个从站时，每个从站取下自己需要的数据（命令位置，控制字等），塞入自己需要上报的数据（反馈位置，电机状态等），就像一列高速的列车经过每个车站都要上客下客一样。

但比高铁更快的是，EtherCAT通过专用芯片（ESC）实现在飞行中处理数据（process on the fly），而不用等到完全收到数据后再处理，再发送。所以可以实现高速的数据交换，让我们看看官方给的这组让人震惊的数据吧。

前面提到了，EtherCAT从站芯片（ESC）有分布式时钟，这个到底是什么东西呢？我们接着往下看。

现场总线一般都是串行通信，到达各个从站肯定是有时差的，高铁再快，也不能同时到达上海和昆山。

那么EtherCAT怎么保证从站统一行动，而没有掉队呢？答案就是分布式时钟。

EtherCAT主站会挑选第一个带时钟（DC）功能的从站作为时钟主站（DC Master），各从站按照时钟主站的时间统一步调。这样，如果多个电机做多轴插补的时候，就可以参考精准的时钟信号统一时间采样（采集命令数据），统一时间动作，就像这样：

每个从站都有一个自己的手表，像不像香港警匪片，长官说：现在对表，晚上8:50一起行动（说的时候表情一定要严肃）。

当然，EtherCAT的时钟（DC）对表可不是靠手拨的（是因为忘了设计拨钮了？）， EtherCAT是通过复杂的机制计算各个从站之间的时钟误差，实时修正，保证各从站时间保持非常小的误差（远小于1us，官方测试数据约20ns）。

再回到最初的问题，和脉冲电机对比的问题，脉冲驱动虽然在同一时间收到了数据，但因为驱动之间没有办法统一协调时钟信号，所以从理论上肯定是不如EtherCAT的。

当然，实际上大部分应用都制约在电机调试性能上，所以小伙伴们的感受并不明显，和脉冲对比也是，和某千兆总线对比也是。但EtherCAT在底层已经为精准同步打好了基础。

（有的小伙伴可能说，别吹牛了，我都知道EtherCAT的下一代标准就是EtherCAT G，也是千兆总线，说明还是千兆更好。事实是EtherCAT G的设计并不是为了提高同步性的（目前已经很好了），那它的意义是什么，将会在下一期中详细介绍）。

除了上的优势，EtherCAT还有很多其他优势，包括接线简单，排查干扰方便，没有丢脉冲的烦恼，传输数据丰富（例如绝对值数据，力矩状态）等。

最后，当然还是要为我们的正运动控制器做下广告，正运动在国产控制器中最早支持EtherCAT，目前支持的从站最多，兼容性最好。

ZMC408CE产品亮点

1.高性能处理器，提升运算速度、响应时间和扫描周期等；

2.一维/二维/三维、多通道视觉飞拍，高速高精；

3.位置同步输出PSO，连续轨迹加工中对精密点胶胶量控制和激光能量控制等；

4.多轴同步控制，多坐标系独立控制等；

5.EtherCAT同步周期可快至125us；

6.EtherCAT总线和脉冲轴混合插补；

7.直线插补、任意空间圆弧插补、螺旋插补、样条插补等；

8.应用灵活，可PC上位机开发，也可脱机独立运行；
FBM233 现场设备系统集成模块