EtherCAT交換機(jī)概述

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，EtherCAT技術(shù)憑借其高速度、靈活性和高效性，已成為眾多自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的首選。為了適應(yīng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多設(shè)備連接的需求，EtherCAT四口分支器應(yīng)運(yùn)而生。EtherCAT四口分支器是一種專為EtherCAT網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備分支連接與環(huán)網(wǎng)冗余。它通常配備一個(gè)輸入端口和三個(gè)輸出端口，數(shù)據(jù)幀在分支器內(nèi)部經(jīng)過特定的端口順序，確保各個(gè)分支路徑上的設(shè)備能夠順暢通信。本文將深入探討EtherCAT四口分支器的方案特點(diǎn)、應(yīng)用優(yōu)勢以及在實(shí)際部署時(shí)需要考慮的因素。

四口EtherCAT交換機(jī)方案介紹

FCE1100四口交換機(jī)方案

FCE1100是一顆對標(biāo)倍福ET1100的EtherCAT的從站芯片，它具備2-4個(gè)以太網(wǎng)端口（可配置為LVDS或MII接口），擁有8個(gè)FMMU、8個(gè)同步管理器SM，內(nèi)置8KB RAM，集成64位分布式時(shí)鐘DC，提供32位數(shù)字量I/O信號接口（可單向或雙向），支持SPI從站接口，以及8/16位同步/異步微處理器接口。而FCE1100的四口EtherCAT交換機(jī)方案使用一顆FCE1100與PHY芯片即可實(shí)現(xiàn)高速、低延遲的實(shí)時(shí)通信?？蓪CE1100的四個(gè)端口均配置為MII接口，其中邏輯端口0作為EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的輸入端口；邏輯端口1、2和3則可用于連接其他耦合器或EtherCAT從站模塊。各端口支持網(wǎng)線熱插拔功能，使得在不中斷網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的情況下，可以隨時(shí)連接或斷開設(shè)備。

基于方芯FCE1100芯片的四口交換機(jī)方案示意圖

基于方芯FCE1100芯片的四口交換機(jī)方案板卡

FCE1353四口交換機(jī)方案

FCE1353是一款與Microchip LAN9253/2對標(biāo)的EtherCAT從站芯片，它支持2/3端口的EtherCAT從站控制功能。該芯片的資源包括8KB的雙端口存儲(chǔ)器（DPRAM）、8個(gè)SyncManager、8個(gè)現(xiàn)場總線內(nèi)存管理單元（FMMU）以及一個(gè)64位分布式時(shí)鐘。芯片內(nèi)部集成了兩個(gè)以太網(wǎng)PHY，每個(gè)PHY均支持全雙工100BASE-TX收發(fā)功能，能夠以100Mbps的速度運(yùn)行。通過使用兩顆FCE1353芯片，可以實(shí)現(xiàn)四口EtherCAT分支器的功能。與FCE1100相比，F(xiàn)CE1353在四口分支器方案上的優(yōu)勢在于其內(nèi)部集成了兩顆PHY芯片，無需額外的PHY芯片。將FCE1353_A配置為下行模式，F(xiàn)CE1353_B配置為上行模式，并通過BACK-TO-BACK方式連接這兩顆芯片，即可實(shí)現(xiàn)四口EtherCAT分支器的功能。

基于FCE1353芯片的四口分支器方案示意圖

方案特點(diǎn)

高性能處理：采用高性能的ASIC芯片，例如FCE1100或FCE1353，EtherCAT四口分支器能夠高效處理EtherCAT數(shù)據(jù)幀，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完整性。

靈活配置：分支器的端口支持熱插拔技術(shù)，使得在系統(tǒng)運(yùn)行期間可以安全地進(jìn)行連接或斷開操作。

支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：EtherCAT四口分支器支持星型、線型和樹型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供了靈活的布線解決方案。

高穩(wěn)定性：分支器內(nèi)部具備自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)和回環(huán)功能，確保各個(gè)分支路徑的連接狀態(tài)獨(dú)立運(yùn)作。即使某一路徑出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響其他路徑，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

方案優(yōu)勢

簡化布線：利用EtherCAT四口分支器，多個(gè)設(shè)備能夠連接至單一主站，顯著簡化了布線流程，同時(shí)降低了布線成本。

提升擴(kuò)展性：分支器具備級聯(lián)功能，便于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的靈活擴(kuò)展，以適應(yīng)未來設(shè)備數(shù)量的增加。

降低維護(hù)成本：分支器支持熱插拔和自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)功能，允許在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)安全地更換或維護(hù)設(shè)備，從而減少維護(hù)成本和時(shí)間。

增強(qiáng)系統(tǒng)性能：采用高性能分支器芯片和靈活的接口配置，確保了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和高效處理，進(jìn)而提升了整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的性能。

實(shí)際部署中的考慮因素

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：部署EtherCAT四口分支器時(shí)，應(yīng)依據(jù)具體應(yīng)用場景挑選恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如，在多個(gè)設(shè)備需共用同一主站的場合，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)理想的選擇。

設(shè)備兼容性：在選擇EtherCAT四口分支器時(shí)，必須確保其與現(xiàn)有的PLC主站及其他從站設(shè)備兼容，涵蓋硬件接口、通信協(xié)議以及數(shù)據(jù)格式等關(guān)鍵方面。

環(huán)境適應(yīng)性：分支器的工作環(huán)境，考慮溫度、濕度、電磁干擾等要素。選擇具備金屬外殼、抗電磁干擾等特性的分支器，以保障其在嚴(yán)苛工業(yè)環(huán)境中的穩(wěn)定性能。

FCE1100_DP83848四口分支器測試實(shí)例

準(zhǔn)備工作

1.打開TwinCAT，將xml文件拷到:C:TwinCAT3.1ConfigIoEtherCAT。點(diǎn)擊“TwinCAT”→“EtherCAT Devices”→“Reload Device Descriptions”重新讀取XML文件庫。

2.在Twincat內(nèi)安裝EtherCAT的主站網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)：點(diǎn)擊 “TwinCAT”→“Show Realtime...”。這里推薦使用Intel的CPU和網(wǎng)卡。

3.選擇網(wǎng)卡，點(diǎn)擊install，若安裝成功則會(huì)顯示在安裝成功等待使用的列表下。

新建工程

1.點(diǎn)擊“文件”→“新建”→“項(xiàng)目”

2.選擇“TwinCAT projects”，自定義名稱后點(diǎn)擊確定。

從站測試

1.從站設(shè)備如下圖

2.級聯(lián)關(guān)系示意圖如下

3.設(shè)備上電，右鍵“Devices”，點(diǎn)擊scan，掃描從站。

4.點(diǎn)擊“確定”

5.點(diǎn)擊“OK”

6. 依次點(diǎn)擊“是”

XML文件燒錄

1.右鍵從站設(shè)備，燒錄對應(yīng)的XML文件到從站板載EEPROM中

2.燒錄四口分支器對應(yīng)的XML文件

3.右下角會(huì)顯示燒錄與驗(yàn)證進(jìn)度條，進(jìn)度條跑滿2輪代表完成，若中途進(jìn)度條卡住建議重新燒錄。

4.燒錄完成后移除設(shè)備重新掃描，從站正常進(jìn)入OP。

結(jié)語

方芯的FCE1100與FCE1353EtherCAT四口分支器方案是方芯推出的在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域較為高效、靈活且可靠的網(wǎng)絡(luò)解決方案。它通過簡化布線、提升擴(kuò)展性、降低維護(hù)成本以及增強(qiáng)系統(tǒng)性能等優(yōu)勢，成為連接眾多設(shè)備和構(gòu)建復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組件。在實(shí)際應(yīng)用部署時(shí)，須綜合考慮應(yīng)用場景、設(shè)備兼容性以及性能需求等因素，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性能。如要獲取原理圖以及方案信息，可評論留言。

審核編輯 黃宇