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1、77 Pages手术室各项规章制度+77 Pages手术室各项规章制度EtherCAT 技术 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 EtherCAT 通用超高速以太网现场总线 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology EtherCAT 特点概述 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供

2、技术 及市场支持 ? ? ? ? ? ? 速度更快，性能更高 低成本 拓扑灵活 易用性及易实施性 成功的应用案例 来自ETG的广泛支持 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology EtherCAT 速度更快 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 传输速率: 2 x 100 Mbaud （全双工） 循环时间: ? 256 开关量 I/O ：11 ?s ? 分布于 100 节点的 1000 开关量

3、I/O ：30 ?s = 0.03 ms ? 200 模拟量 I/O (16 bit) ：50 ?s, 20 kHz 采样频率 ? 100 伺服轴 (每个 8 Byte IN+OUT) ：100 ?s = 0.1 ms ? 12000 数字量 I/O：350 ?s 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology EtherCAT 速度更快 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 响应发送输入数据 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 2

4、2 Bytes I/O和驱动使用的以太网带宽： 以太网帧: 84 Bytes (包括：帧前导 + 帧间间隙) 有效数据 e.g. 2Bit6Byte 4 Bytes 12 Bytes Ethernet Header Data: 46 Bytes CRC IPG I/O 节点响 应时间 通过输出数据发送请求 Ethernet Header Data: 46 Bytes CRC IPG I/O 每节点 4 Byte 输入 + 4 Byte 输出 : 应用数据所占比例 4,75% 节点响应时间0?s 应用数据所占比例 1,9% 节点响应时间10?s 08/11/2006 EtherCAT: Ethe

5、rnet Control Automation Technology EtherCAT 速度更快 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 不同通信方式的带宽使用率比较： 每节点4 Byte用户数据： ? 轮询 / 时间片: 约 2.5% ? 广播 (主站 从站): 约 2030% 每节点2 Bit 用户数据： ? EtherCAT: 8097% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Polling / Broadcast EtherCAT T

6、imeslice 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 运行原理：飞速传输的以太网协议 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 Car 27 如同一个高速火车： ? “火车” (以太网帧) 不停地飞速行使 ? 即便从狭窄的窗户也可以看到整个“火车” ? “车厢”（子报文）长度可变 ? 可以在每列“火车”经过时“提取”或“插入”单独的“乘客” （Bit）或整个“一组乘客”甚至是多组乘客 08

7、/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 运行原理：飞速传输的以太网协议 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 EtherCAT 从站 控制器 EtherCAT 从站 控制器 从站设备 从站设备 在帧的传输过程中过程数据被提取或插入 ? 每个从站对过程数据的大小几乎无限制（1 Bit60 Kbyte, 如果需要则使用几个以太网帧传输） ? 每一个循环中帧的报文数据构成可以不同。如：超短循环时 间

8、用于轴数据，稍长循环用于I/O刷新 ? 并支持异步的、事件触发的通信 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 运行原理：飞速传输的以太网协议 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 . . DVI 通过隐含式寻址，实现最小的协议开销 IPC 成本更低 WKC WKC 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 Ethernet HDR FH Data Data Data WKC EH EH EH CRC ? ? ? ? ? 针对分布式I/O的优

9、化报文结构 通讯完全在硬件中完成最优性能 若网络中全部为EtherCAT设备，则无需交换机 出色的诊断功能 保留对以太网的兼容性 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 运行原理：飞速传输的以太网协议 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 . . DVI IPC 交换机 (可选!) ? 可使用标准交换机 ? 通过交换机: 一个Mac地址可访问多达65535 个节点（网段寻址） ? 可选：带

10、有VLAN Tagging（标记虚网）的交换机允许网 段寻址而无需MAC地址 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 性能：应用举例 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 ? ? ? ? ? 40 轴 (每轴6字节输入/ 输出数据) 50个 I/O 站，总共560个 EtherCAT 总线端子 2000个数字量 + 200个模拟量I/O, 总线长度 500 m EtherCAT性能 : 循

11、环时间 230?s 33% 总线负荷，报文长度77?s 对比： 1 CAN 帧 (8 Byte 过程数据) 500 kBit/s: 250?s 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 性能：应用举例 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 ? ? ? ? 40 轴 (每轴 20 Byte 输入及输出数据) 50个 I/O 站，总共560个 EtherCAT 总线端子 2000个数字量 + 2

12、00个模拟量I/O, 总线长度 500 m EtherCAT性能 : 循环时间 276?s 44 % 总线负荷，报文长度122?s 在这样短的循环时间下，仍有56%的 带宽为其他通讯保留，如TCP/IP。 * Source: Ethernet Powerlink Spec V 2.0, App.3 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology EtherCAT 性能 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及

13、市场支持 grid 0,02 ms Output switches End of Frame Telegram Time: 7?s Cycle Time 50 ?s = 0,05 ms 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology “慢速”控制系统同样受益于此！ EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 总线循环 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 输入 (最坏情况) TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/

14、O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O 传统现场总线I/O的响应时间 I PLC 任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 Tmpd 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 最佳情况响应时间 最坏情况响应时间 输入 (最佳情况) 输出 Tmpd: 主站处理延时 TI/O: 本地 I/O 刷新时间 (本地扩展总线+固件) 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology “慢速”控制系统同样受益于此！ EtherCAT：

15、 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 总线循环 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O EtherCAT系统结构 I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 不再需要专用的主站设备（如总线接口卡） Tmpd 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 总线循环 无需底层扩展总线 08/11/2006 EtherCAT:

16、Ethernet Control Automation Technology “慢速”控制系统同样受益于此！ EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 EtherCAT系统结构 I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology “慢速”控制系统同样受益于此！ EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵

17、活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 EtherCAT系统结构 I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 T T TDMA (数据在以太网控制器与 的 DMA (NIC) DMA之间的传输时间): 可被忽略 EtherCAT Cycle 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology “慢速”控制系统同样受益于此！ EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更

18、易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 最坏情况的 响应时间 输入 (最坏情况) 最佳情况 EtherCAT的响应时间 I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 O I PLC任务 输入 (最佳情况) 输出 ? 显著减少响应时间控制器性能相同的情况下 ? 无底层本地I/O循环及扩展总线延时 ? 非常简单的协议使得无需再使用专用的主站系统（如主站插卡） 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 现场总线：控制系统主站内进行映射 Ether

19、CAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 逻辑过程映像区 Data n PLC Data NC Data ? 传统现场总线系统生成物理过程映像区 ? 该物理映像区必须映射为逻辑过程映像区 IPC控制系统 现场总线扫描卡/ 主站 DPRAM node 1 node 2 node 1 node 2 node 3 node 4 node 3 映射 node 4 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 现场总线

20、：控制系统主站内进行映射 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 逻辑过程映像区 ? 控制系统使用一个过程映像区实现同一个应用 ? 同样要求重新排列过程数据 PLC控制系统 现场总线扫描卡/ 主站 DPRAM node 1 node 2 过程数据 node 1 node 2 node 3 node 4 node 3 映射 node 4 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology EtherCAT

21、: 映射转移到从站设备 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 . . DVI IPC 接线更灵活 逻辑过程映像区: 高达 4G Byte 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 232 报文结构 Ethernet HDR HDR 1 PLC Data HDR 2 NC Data HDR n Data n CRC Data n PLC Data NC Data 子报文 1 子报文 2 子报文 n ? 大大减轻控制系统负担，主站变得非常简单 0 ? 数据根据应用要求被传输：非常快速，灵活，高效 08/11/2006 Eth

22、erCAT: Ethernet Control Automation Technology DMA 节省时间 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 现场总线卡: 高达 30% 的 CPU 时间 用于数据备份 现场总线卡实现的PC控制 PC RAM 控制任务 Scanner card, DP RAM PCI bus CPU 内存 EtherCAT: NIC 是 PCI 总线主控设备, 数据由 DMA提供, 直接传送到 PC RAM : ? 解放CPU ? 更佳性能 Et

23、herCAT实现 PC 控制 NIC card, DMA transfer PC RAM 控制任务 CPU PCI bus DMA 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology EtherCAT 传输延时的测量 (I) EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 vom Master EtherCAT Frame EtherCAT节点可测试帧发出和返回的时间差 08/11/2006 EtherCAT:

24、 Ethernet Control Automation Technology EtherCAT 传输延时的测量 (II) EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 . . DVI 可以计算出任何节点之间的传输延时 IPC 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology EtherCAT 分布时钟 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 . . DVI 精

25、准同步 ( 1 ?s!) 通过分布时钟的精确校准实现 M IPC ?t S S S 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 S S S S S 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology EtherCAT 分布时钟 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 同时性: 15 ns 抖动: +/-20ns 使用SCOPE VIEW长期观察两个独立设备 间距300

26、个节点， 节点间电缆长度120米 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 外部时钟同步: IEEE 1588 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 . . DVI 交换机端口集成了 IEEE 1588 边界时钟 M IPC IEEE 1588 主时钟 S S 边界时钟 S 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 S S S S S 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation

27、Technology EtherCAT 是工业以太网！ EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 48 Bit 48 Bit 16 Bit 16 Bit 32 Bit ? EtherCAT 使用标准帧: IEEE 802.3 ? 可替换为 UDP/IP (若需要IP路由) ? 保持标准的以太网帧 MTU: max. 1514 Byte 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 Destination Source EtherType Header CRC 嵌入到标准以太网帧中， 即以太类型 88A4h 160 B

28、it 64 Bit 1.n EtherCAT 报文 Ethernet H. 或者：通过UDP/IP 即UDP端口88A4h IP Header UDP H. Header CRC 11 Bit 1 Bit 4 Bit Length 0 Res. 11 12 Type 15 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology EtherCAT 是工业以太网！ EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 ? 对

29、TCP/IP完全透明 ? 所有因特网技术都可实现：HTTP, FTP, ? 并没有降低实时性能！ EtherCAT 从站设备 Ethernet Application Real Time Application 标准 TCP/IP 堆栈 TCP IP UDP 非周期性 数据 Mailbox Process Data EtherCAT MAC / DLL Ethernet PHY Ethernet PHY 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation TechnologyEtherCAT 是工业以太网！ EtherCAT： 速度更快 工业以太网

30、 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 . . DVI ? 任何以太网设备都可以连接到交换机端口 ? 通过标准浏览器可以直接读取网络服务器 虚拟以太网 交换机功能 IPC 网络服务器 交换机端口 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 交换机端口：支持任何以太网协议 EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持

31、TX2 TX3 TX1 RX1 TX RX2 RX RX3 ? 接口可连接以太网设备或网络 ? 以太网报文插入EtherCAT 帧 ? EtherCAT实现以太网通讯 EtherCAT 交换机端口 Ethernet MAC PHY ?C RX4 Fragmentation Mailbox Process Data PHY EtherCAT MAC / DLL TX1 TX3 TX2 PHY 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology EtherCAT 是工业以太网！ EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活

32、 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 Switch . . DVI ? 虚拟以太网交换机可转发任何以太网帧 ? 网段的内部与外部的以太网帧同样都被转发 虚拟以太网 交换机功能 IPC 交换机端口 Switch 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 纵向集成 (I) EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 IPC .通过交换机 Switch 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ET

33、G 提供技术 及市场支持 . . DVI + 可使用任何以太网协议 + 仅需一个以太网端口（IPC/控制器端） - 但是: 经过交换机，性能会有所降低 (并出现通常的以太网冲突) 08/11/2006 EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology 纵向集成 (II) EtherCAT： 速度更快 工业以太网 接线更灵活 IPC .通过交换机端子 组态更轻松 成本更低 更易实施 安全性能 冗余性能 适用于各种场合 经受实践考验 ETG 提供技术 及市场支持 . . DVI + 可使用任何以太网协议 + 仅需一个以太网端口（IPC/控制器端） + EtherCAT性能不受影响 08/11/20