Feature Packs - EtherCAT Master Options

EtherCAT用户都希望EtherCAT主站能够提供明确的功能和良好的互操作性。当然,也并非所有用户应用都需要有同样的需求。因此,并非每个主站都必须支持Ether CAT技术的所有功能。
EC-Master Class A和Class B版本完全符合ETG1500 EtherCAT主站规范,它已经可以覆盖许多通用的Ether CAT主站的需求。
但是EC-Master还包含了一些控制器、工厂和机械设备使用EtherCAT技术时可能需要的其他功能。
这些功能是可选功能,在ETG1500规范中定义为Feature Packs。Feature Packs描述了强制要求主站功能之外的一些特殊功能,例如:冗余。EC-Master包含所有Feature Packs定义,甚至提供超出定义部分的功能。下面内容列出支持的所有Feature Packs以及相应的用例。

Overview

 

分帧处理

分帧处理特性包允许在单独的应用程序线程中处理多个EtherCAT循环任务。从应用程序的角度来看,这使得跨多个线程构造EtherCAT Process data成为可能。因此,可以在不同的周期处理相应的Precess data。

此外,非循环通信的处理也可以外包给单独的线程。

举个例子,分帧处理特性包的典型应用程序是:有一个用于伺服驱动器的任务,要求非常快的周期时间,另一个任务处理I/O数据,不需要非常快的处理或特殊的周期时间要求。

EC-Engineer 可以轻松创建多个EtherCAT循环任务的配置:

一个应用程序的时间利用分帧处理应用程序看起来如下:

  • 线程O以250微秒的周期时间运行,并处理EtherCAT任务O的处理。这个线程还为所有其他任务发送进程数据。
  • 线程1以500微秒的周期时间运行,并且只处理EtherCAT task 1的运算。
  • 线程Acyc以1毫秒的周期时间运行,并且只处理非循环通信和主管理任务。

外部同步和多个EtherCAT网段的同步

系统组件或包含若干Ether CAT段的生产线的同步,可以通过不同的方案来实现:

  • 使用IEEE 1588 协议与外部根时钟同步
  • 通过桥接设备实现同步

不同的应用,对同步精度有不同的要求。就两条生产线而言,通常毫秒级的精度就足够了。
但是,如果有两个或者更多的运动控制网络需要同步时,则可能有必要在所有设备中同时精确同步信号(例如,一个信息广泛交换的网络)。——这意味着可能需要比微秒更好的精度。
在一个EtherCAT网段内,可以使用分布式时钟(DC)机制来同步网络设备。 DC提供的精度比微秒要好得多。
被同步的第一台设备,用作该网段的参考时钟。
多个EtherCAT网段的高精度同步,意味着必须调整网段中的DC参考时钟。
主时钟被称为根时钟,它可以是外部时间信息,例如 GPS或DCF77接收器(见图27),但它也可以是DC参考时钟之一。

EC-Engineer EtherCAT configuration tool

如图所示,两个或多个EtherCAT网段的同步可以通过桥接设备完成。

桥接器具有两个EtherCAT连接(使用内部的两个EtherCAT从站控制器)。主端口连接到第一个网段;辅助端口连接到第二段。可以将两个端口之一配置为主时钟参考。桥接器可以计算时差并将其提供给主站,然后主站可以调整参考时钟。在启动过程中,这两部分可以在不同时间开启,这意味着两部分之间将存在绝对时间差。

要同步次要网段,需要使用两种软件算法:

  • DCX:将参考时钟同步到桥接设备
  • DCM:将主计时器与参考时钟同步

扩展功能包 - 热插拔(Hot Connect)

通过“热插拔(Hot Connect)”功能获取最大的灵活性。

 

“Hot Connect”的概念首先是指在运行中的系统实现连接和断开从站设备。

但是,这只是其中的一种可能性。

更常见的是,在EtherCAT总线配置(ENI文件)与实际连接的从设备或接线之间没有完美匹配的情况下,需要操作EtherCAT总线。

 

因此,可以涵盖以下几种情况(无需更改ENI配置文件):

- 设置复杂的控制系统,而系统的某些部分不可用、断电或断开连接。

- 由强制连接的设备和可选连接设备组成的运行系统(例如,在测试和测量环境中比较常见)

- 灵活的内部布线:可以连接到从站的不同端口(例如:模拟CAN连接)。

 

使用”Hot Connect“时,不需要添加从站中的特殊EtherCAT功能;事实上,任何EtherCAT从站都可以是HotConnect Group(HC组)的一部分。

每个HC组都必须是唯一可识别的,通常这是使用DIP开关实现的。

然后,该唯一从站地址出现在站别名寄存器或从存储器内的某个地址位置。

EtherCAT Master支持这两种方法。

此外,应用程序可以通过主设备对从站别名地址进行编程(例如,用于第一次系统初始化)。

 

“Hot Connect”功能包至少需要EC-Master主站协议栈的2.0版本。

支持HC所需的所有EtherCAT功能都由主站协议栈在后台自动处理。应用程序无需进行交互。

此外,只要连接或断开从站设备,主站协议栈将通过回调功能(通知)通知应用程序。

在任何时候,应用程序都可以使用适当的主站协议栈API函数来确定实际连接的从设备。

 

在HC功能部件包中,“边界关闭”功能提供了额外的安全性,防止从设备连接到错误的端口。

通过激活该功能,除了配置允许的端口除外,所有EtherCAT端口都将关闭。因此,主站协议栈可以简单地忽略连接到这些端口的从站,系统继续完全不受干扰地运行。

 

我们还可以回答您有关“Hot Connect”主题的任何进一步问题。

扩展功能包 - 线缆冗余

线缆冗余主要设计用于EtherCAT系统在通讯过程中出现通讯线缆失效的补救工作。一般情况下,它被设计成环形、双向操作。当环形网络中某点断开时,断开的两个分支可以同时工作。

详细描述

在EtherCAT主站控制系统中需要添加第二个网口用于组成闭环网络。循环和非循环帧同时通过两个端口发送并传递到整个系统。

在没有任何失效出现的情况下,所有的从站将通过主端口正向传递数据。这就意味着EtherCAT从站控制器(ESC)只传递正向传来的数据。
没有失效时,所有从站从第二个端口接收反向数据 - 数据在“冗余”数据帧中没有任何变化。

在这种情况下,EtherCAT数据帧可以传递、修改并被主站监控。当出现断线的情况时,数据分别在失效的两边传递。因为两边数据帧都会包含输入数据。主站必须重新组织两边的数据帧,然后将其组织为一组输入数据。两边的数据帧要加在一起以便进行WKC校验。从站的数据帧究竟是从主端口还是冗余端口接收的并不重要。EtherCAT主站必须考虑这些数据帧可能从一边丢失,但是另一半还是返回。为了找到所有匹配的数据帧,需要给数据帧添加一些识别码或者使用对应的机制解决。

线缆冗余是一种故障容忍度为1的机制,例如,如果网络中线缆有1处短线,网络通信仍然可以继续。当网络通信恢复,原始通讯状态也就恢复了。如果网络通信不止一处断开,则需要恢复所有的连接才能继续。

功能性

在线路断开的情况下同样支持所有EtherCAT通讯(过程数据和mailbox协议)。
处理如下情况:

  • 普通操作
  • 在两个从站之间网线断开的状态下保持可操作
  • 在主站的主端口和第一个从站端口连接断开时保持可操作
  • 在主站的备用端口和最后一个从站端口连接断开时保持可操作
  • 在线缆修复时保持可操作
  • 线缆断开的情况下启动/停止(状态机切换)
  • 在线缆断开时调整自动增量地址
  • 在线缆断开时数据帧丢失(一部分数据帧没有收到)

主站冗余

为了增加EtherCAT系统的可用性并能够提供故障场景,可以通过acontis的主冗余特性将第二个完全冗余的主系统添加到网络中。这个新特性将创建一个活跃主站和一个非活跃备份主站。在正常的操作中,非活跃的备份主站简单地转发帧通过和回到网络使用acontis的优化以太网驱动的快速数据包转发:

数据同步和主站间通信

通过快速分组转发的方式,活跃的主站仍然及时接收到下一个周期的所有帧。不活跃的备份主站可以访问所有进程数据。它对接收到的帧进行解析和修改,并在循环从帧之后自己添加帧。活动的和非活动的备份主站可以使用Ethernet-over-EtherCAT (EoE)相互通信。

故障转移

如果活跃主站故障,不活跃的备份主站可以接管并激活。由于不活跃的备份主站一直连接在网络,所以在故障转移的情况时,它可以在活跃后控制总线。

主冗余和电缆冗余结合

电缆冗余可以和主站冗余相结合使用。活跃的主站直接与EtherCAT从站的一段网络通信,不活跃的主站间接与EtherCAT从站的另一段网络通信:

无需附加电缆即可配置连接到EtherCAT网络的驱动器

使用邮箱协议,可以通过EtherCAT网络在EtherCAT(EoE)标准以太网上建立隧道。基于此,可以与在本地运行基于TCP / IP应用程序(例如Web服务器)的从站建立通信。越来越多的EtherCAT驱动器制造商在其驱动器设置和调试工具中都支持此连接。

EC-Engineer EtherCAT configuration tool

Acontis提供了所有必需的软件模块,以实现Windows上的第三方软件与支持EoE的EtherCAT从站之间的TCP通信。 在主控制器上,只需启用经过验证的RAS服务器。 RAS服务器包含在EC-Master核心许可证中,并且在许多操作系统上都可用。

扩展功能包 - UDP Mailbox 网关

 

主站设备中的Mailbox网关功能可以用于将EtherCAT mailbox协议从外部设备的配置工具通过Mailbox网关路由到EtherCAT设备,反之亦然。EtherCAT规范中定义的所有Mailbox协议都可以使用,即CoE、FoE、VoE、SoE。

根据“ETG.8200 EtherCAT Mailbox 网关”功能指南,没有为Mailbox网关功能指定错误处理。所以对于不存在的从站设备的请求可能导致主站设备没有错误响应。

Mailbox 网关结构