0 导言
根据以太网的通讯体系已经成为工业自动化技能的开展趋势。其更快的通讯功用能够获得更短、更紧凑的操控循环，更好的和更高的产品品质。EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)技能于2003年由德国BECKHOFF自动化公司提出，2007年12月被世界电工委员会制定为IEC61158-12(Typel2)世界规范，并在短短几年内获得了巨大的开展。其更高的功用，更低的本钱，灵敏的拓扑结构，使得EtherCAT技能在工厂自动化和流程自动化范畴都得到了广泛应用。
北京和利时电机技能有限公司和北京航空航天大学用EtherCAT通讯完成现场设备层数据通讯，开宣布DCS(Distributed Control System，集散型操控体系)体系设备层现场总线，能够大幅度进步DCS体系设备层现场总线的数据传输才能，并规划了一套实例体系。
1 EtherCAT技能
EtherCAT运用主从形式介质拜访机制(MAC Media Access Contr01)，主站发送以太网帧到各从站，数据帧遍历一切的从站设备，如图1所示。从站并不是存储数据包之后再进行处理，而是在数据帧传输的进程中从数据帧中抽取数据或将数据刺进数据帧，一起将数据帧传输到下一个EtherCAT从站。最终一个EtherCAT从站发回通过彻底处理的数据帧，并由第一个从站作为呼应报文发送给操控单元。整个进程只要几纳秒的推迟。
图1 EtherCAT作业原理图
EtherCAT数据直接运用以太网数据帧传输，数据帧运用以太类型0x88A4，也能够用UDP／IP协议格局数据传输EtherCAT数据，运用UDP端口0x88A4。EtherCAT数据包含2个字节的数据头和44-1498字节的数据。数据区由一个或多个EtherCAT子报文组成，报文结构如图2所示。
图2 EtherCAT数据帧结构
每个子报文对应独立的设备或从站存储区域，包含子报文头、数据域和相应的作业计数器(WKC，Working Counter)。子报文结构如图3所示。子报文结构界说如表1所示。
图3 子报文结构
表1 子报文结构界说
EtherCAT主站可由PC计算机或许其它嵌入式计算机完成，运用PC计算机构成EtherCAT主站时，通常用规范的以太网网卡N%&&&&&%(Network Interface Card)作为主站硬件接口。主站功用一般由软件完成。从站运用专门的EtherCAT从站操控器ESC(EtherCAT Slave Controller)。借助于从站中的EtheTCAT专用芯片和主站中读取网卡数据的DMA(Direct Memory Access，直接存储器拜访)技能，整个协议处理进程都在硬件中进行。EtherCAT主站最多能够在30 u s内改写1000个I／O 2．1主操控器(EtherCAT主站)点，能够在300μS内交流一帧多达1486个字节的协议数据，这相当于12000个数据量的输入输出。操控100个输入输出数据均为8字节的伺服轴只需用100μS。EtherCAT的数据帧处理机制答应在EtEtherCAT网段内的任一方位运用分支结构，一起不打破逻辑环路。分支结构能够构成各种物理拓扑，如线型、树型、星型、菊花链型，以及各种拓扑结构的组合。
