EtherCATNET－100M主站控制设备的软硬件详解

2021-01-13 14:30

为激活更丰富的EtherCAT应用场景和创新产品，ZLG致远电子研发团队推出系统的EtherCAT主站解决方案，本篇将从软硬件方面详细介绍EtherCATNET－100M主站控制设备。

EtherCAT是当今主流的高速现场总线解决方案，也是工业4.0智能制造的先进技术核心。现场总线技术适合于大数据量传输，但不适合于测控工程领域中的确定性进程通讯以及高速数据传输。因此，EtherCAT的设计目标是支持标准的以太网，并且能够以最小的硬件成本在实时控制领域开展使用，更新周期快，稳定性高。

致远电子EtherCAT主站性能如何？

EtherCATNET－100M是一款多功能以太网转EtherCAT主站设备，EtherCAT总线传输速率可达100Mb／s，可实现闭环伺服系统的实时控制与实时数据传输，具有高性能、高传输速度、高可靠性通讯等优点。集成2路EtherCAT接口，具有线缆冗余的机能。

图1 EtherCATNET－100M

EtherCAT主站产品功能特性概览：

支持多达32轴同步和1024个EtherCAT I／O应用；

运动控制伺服通讯周期不超过500us，I／O主站资料更新周期不超过200us；

采用大规模可编程器件FPGA实现专用以太网MAC以优化实时性能；

丰富的外设接口：主站集成1路千兆通用以太网接口、2路专用EtherCAT接口、1路CAN（FD）接口、2路USB2．0接口、1路HDMI接口、1路RS－232接口、1路SD卡接口、2路DI／DO数字输入输出；

采用4GB工业级EMMC，掉电非易丢失数据；

内置RTC，断电可完成计时或事件记录功能；

宽输入9－48V直流供电电压，额定功耗6W；

工作温度：－40℃～＋85℃。

主站系统构成

EtherCATNET－100M可快速实现EtherCAT主站控制通讯，集成1路千兆通用以太网接口、2路专用EtherCAT接口、1路CAN（FD）接口、1路HDMI接口、1路SD卡接口、2路DI／DO数字输入输出等。丰富的外设接口可实现更智能化的EtherCAT主站控制。

图2 主站系统构成

环型拓扑冗余技术

冗余以太网的拓扑结构包括环型、网络型和混合型拓扑，对于一般的工业以太网系统，可直接用较为简单实用的环型拓扑结构。EtherCAT主站提供两路EtherCAT专用网口，在环型拓扑结构中，将LAN1接到从站（ESC）节点1的IN口，然后从站节点1的OUT口接到下一个从站节点的IN口，依次连接，直到最后一个从站节点连接到EtherCAT主站的LAN2口，如下图所示。由于ESC从站控制器具有自动回环功能，当环形结构中出现单点故障时，EtherCAT网络信息流能在故障断点处自动回环，主站仍然可以与各个从站保持数据传输，大大增强了EtherCAT网络的可靠性与可维护性。

图3 环型拓扑冗余技术

搭载HDMI和CANFD接口，满足更多应用需求

EtherCATNET－100M设备提供1路HDMI接口，用于与人机界面或PC显示器的接口通信，接口物理形式为HDMI－Type A。HDMI接口特点与电气参数：

高清晰、无损压缩的数字信号传输，其分辨率达到1280x720；

支持HDMI 2．0向下兼容版本规范；

支持EDID和DDC2B标准；

支持热插拔；

具有更好抗干扰能力，实现最长10m无增益传输。

设备提供1路隔离CAN（FD）接口，接口物理形式为DB9插座。支持CAN波特率40K～5Mbps，支持CAN、CANFD ISO或CANFD Non－ISO多种控制器类型，内置软件设置CAN（FD）通道120欧姆终端电阻使能开关。可高效进行CAN FD总线二次开发，满足多总线应用需求。

图4 CANFD接口应用

化繁为简的函数库

EtherCAT主站库以Linux下动态链接库（so）的方式提供，可以实现EtherCAT主站控制等功能。主站可以通过函数库启动主站RPC服务器，RPC客户端可以通过网络连接到主站RPC服务器，控制主站完成EhterCAT相关的功能。函数库包含zecm．h头文件和libzecm．so动态连接库文件。zecm．h文件包含了EtherCAT主站的数据类型，数据结构以及函数声明，用户开发自定义主站需要配置交叉编译环境，将编译好的程序下载到主站上，在主站运行编译后的程序以完成EtherCAT的通信控制功能。