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速率与供电,EtherCAT全都要

E4Life 来源:电子发烧友原创 作者:Leland 2022-06-23 09:34 次阅读
电子发烧友网报道(文/周凯扬)EtherCAT作为一项高性能、低成本且结构灵活的工业以太网技术,虽然最初是由倍福开发,但在EtherCAT技术协会、各大自动化厂商和芯片厂商的推广下,如今已经成了工业通信中增长最快的一项技术。在其优越的性能、开放性和越来越多产品选择的支持下,我国也早在2014年将其批准为推荐性国家标准。

但如果仅仅是靠标准EtherCAT提供的这些优势,还不能称之为全场景覆盖的,也正因如此,EtherCAT技术在发展的这十多年来演化出了一些扩展。我们就来聊聊EtherCAT协议的两大补充扩展,EtherCAT P和EtherCAT G/G10。

EtherCAT P单电缆解决通信与供电

在过去的EtherCAT系统环境中,无论是从站、执行器、传感器等,都需要独立的电源和电源电缆,即便在EtherCAT带来的灵活布线拓扑下,也会占用部分空间。为了进一步简化系统布线,EtherCAT技术协会推出了EtherCAT P,将EtherCAT的通信与电源整合在一根以太网电缆中。

EtherCAT与EtherCAT P的电缆对比/ 倍福

在传统的PoE中,PoE输出48V的DC电源电压,但只能做到点对点的连接。而利用EtherCAT P的话,可以提供两个独立可切换的24V/3A电源,Us和Up,前者用于系统和传感器,后者用于外设和执行器。EtherCAT P同样继承了EtherCAT 的灵活性,可在线型、星型、树形拓扑结构下完成级联,只用一个电源单元完成供电,从而减少材料和系统成本。

更重要的是,EtherCAT节省的了大量的空间。这里的空间不只是拖链、控制柜的空间,传感器和执行器在只需考虑单电缆连接的情况下,也可以进一步减小其物理尺寸。在该技术的支持下,那些远程独立运行于系统之外的机械部件均能通过单根电缆完成供电和通信。

尽管如此,EtherCAT P本身并不是新的EtherCAT协议,其协议还是一样的,只不过是在物理层上做了扩展。不过由于EtherCAT P同时提供电源和通信,所以与不支持的网络相连可能会有危险,所以必须得使用特定的M8 EtherCAT连接器,避免错误连接到标准的EtherCAT从站上。但EtherCAT P还是可以与EtherCAT共存于同一网络中的,只不过需要用到将传统EtherCAT物理层转换为EtherCAT P的设备。

EtherCAT G/G10万兆EtherCAT

为了进一步扩展EtherCAT在一些复杂工业场景中的应用,EtherCAT G/G10面世了,将EtherCAT的速率进一步推向了千兆和万兆。对于一些实时机器视觉、复杂运动控制和高采样率的超采样测量等应用来说,EtherCAT虽然同样吸引力十足,但在这些应用动辄上百兆每秒的要求下,EtherCAT在速率上确实开始有些落后了。

EK1400 EtherCAT G耦合器/ 倍福

与EtherCAT P不同的是,EtherCAT G/G10是与传统EtherCAT兼容的,只不过EtherCAT G/G10从站在EtherCAT网络中工作时,将会作为一个标准的EtherCAT从站,并将速率限制在100Mb/s。EtherCAT设备接入EtherCAT G/G10网络时,也会使得整个网络自动切换至百兆的速率,这时就得用到分支控制器组成并行网络,来让EtherCAT G/G10设备继续工作在千兆/万兆网络下。这种组网方式显著降低了通信和周期时间,在多数应用中带来的性能增益反而大于从百兆到千兆的提升。

主站一直都是EtherCAT要求最少的一块,EtherCAT G/G10也不例外,其主站在标准模式下,不需要对EtherCAT G/G10有软件适配的要求,只需要主站上有千兆或万兆接口即可,电缆也可以用我们熟悉的Cat.5e(8芯)和Cat.6网线

但EtherCAT G/G10仍面临着成本上的限制,固然从性能和效率提升带来的成本降低是显而易见的,但由于该技术推出没多久,是以符合其规范的产品少之又少,就连倍福自己也是如此,而且这一部分新产品的价格肯定不便宜,得其他自动化厂商纷纷跟进、从站ASIC芯片厂商纷纷推出对应产品之后,成本可能才会降下来。
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