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基于EtherCAT的工业以太网数据采集系统

更新时间：2019-10-17 06:48:18 大小：1M 上传用户：杨义查看TA发布的资源 标签：ethercat工业以太网数据采集系统 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

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文档为基于EtherCAT的工业以太网数据采集系统总结文档，是一份不错的参考资料，感兴趣的可以下载看看，，，，，，，，，，，，，

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基于EtherCAT的工业以太网数据采集系统.pdf 1M

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2010 年 2 月  
计
算
机
工
程
第 36 卷 第 3 期  
Vol.36 No.3  
·工程应用技术与实现·  
February 2010  
Computer Engineering  
文章编号：1000—3428(2010)03—0237—03  
文献标识码：A  
中图分类号：N945  
基于  
的工业以太网数据采集系统  
EtherCAT  
李木国 1，王 磊 2，王 静 1，张 群 1  
(1. 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，大连 116024；2. 大连理工大学电子与信息工程学院，大连 116024)  
摘
要：针对工业以太网分布式数据采集系统实时性差、兼容性差、成本高等问题，提出一种采用 EtherCAT 总线实现多路数据采集的方  
法。分析 EtherCAT 总线的特性，给出工业以太网数据采集系统的总体设计方案及软硬件的具体设计。对构建的系统进行性能测试，结果  
证明该系统能实现高速、实时的数据采集。  
关键词：EtherCAT 总线；工业以太网；数据采集  
Industry Ethernet Data Gathering System Based on EtherCAT  
LI Mu-guo1, WANG Lei2, WANG Jing1, ZHANG Qun1  
(1. Sate Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024;  
2. School of Electronic & Information Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024)  
【Abstract】Aiming at bad real-time performance, low reliability and high cost of distributed industry Ethernet data gathering system, this paper  
uses EtherCAT bus to realize multichannel data gathering system. It analyzes the characteristics of EtherCAT bus, and gives the general design  
scheme and the design of hardware and software. System performance is tested, and the result proves that the system can realize high-speed and  
real-time data gathering.  
【Key words】EtherCAT bus; industry Ethernet; data gathering  
16 进制值 88A4H  
；PAD 域和 FCS 域分别为以太网的填充位  
1
概述  
和校验位；Ethernet Header 域为标准以太网帧头；EtherCAT  
Telegram 域为 EtherCAT 数据报文，可以包含多个子报文；  
Datagrams Header 域为 EtherCAT 子报文头；Data 域为要传送  
的数据值；WKC 域为从站计数器。  
数据采集是以前端的模拟信号处理、数字化、数字信号  
处理和计算机等高科技为基础而形成的一门综合技术[1]。数  
据采集卡是目前广泛采用的数据采集方式[2]。然而，一块数  
据采集卡只能实现有限数量通道的数据采集，对大量的位置  
分散的数据进行采集，只能通过增加采集卡数量来解决。这  
不但使项目实现成本大幅增加，系统的可靠性也大大降低。  
现场总线的采用在一定程度上解决了上述问题。但大部分现  
场总线都定义了特定的数据帧格式，使得不同的现场总线网  
络很难兼容。此外，目前现场总线产品运行速率比较低，最  
快的 Profibus 总线数据传输率也只能达到 12 Mb/s[3]，因此，  
大部分现场总线只能应用在速率较低、对网络的实时性能要  
求不高的场合。  
Ethernet Header  
ECAT  
EtherCAT Telegram  
Ethernet  
Frame  
HDR  
EtherCAT  
HDR  
DA SA TYPE  
ECATdatagrams CTR PAD FCS  
(2)  
(6) (6)  
(2)  
(2)  
(10)  
(0…1 486)  
(0…32) (4)  
1st ECAT datagrams 2nd ECAT datagrams  
…
nth ECAT Datagrams  
Datagrams Header  
Data  
WKC  
EtherCAT 是一种直达 I/O 级的、高实时性、高可靠性、  
拓扑结构灵活的高速工业以太网总线。它具有高达 100 Mb/s  
的带宽，数据通信采用标准以太网数据帧，能够方便地实现  
与以太网的互联[4]，具有很好的兼容性，尤其适用于高速的  
分布式数据采集。因此，本文在其基础上设计了高速多路数  
据采集系统。  
图
1
标准的 IEEE802.3 以太网帧与 EtherCAT 数据帧的关系  
2.2 数据帧的收发  
在帧的处理方式上，EtherCAT 突破了其他现场总线解决  
方案的限制，不必在每个连接点接收以太网数据包，然后进  
行解码并复制过程数据。在 EtherCAT 中，系统控制周期由主  
站发起，主站发出下行数据报文，报文的最大有效长度为  
2
EherCAT 网络架构特点  
2.1 数据帧构成  
EtherCAT 使用标准的 IEEE802.3 以太网帧，在主站一侧  
1 498 Byte。当数据帧通过每一个设备(包括底层端子设备)时，  
EtherCAT 从站控制器分析寻址到本机的报文，根据报文头中  
使用标准的以太网控制器，不需要额外的硬件。并使用保留  
的以太网类型 0x88A4 与其他以太网帧相区别，因此，  
EtherCAT 可以和其他以太网协议平行地运行在一条线路上。  
标准的 IEEE802.3 以太网帧中数据部分为 EtherCAT 的数据，  
的命令读入数据或写入数据到报文指定的位置，然后从站硬  
作者简介：李木国(1953－)，男，教授，主研方向：网络控制，运动  
控制，图像测量，机器视觉；王 磊，博士；王 静、张 群，  
工程师  
标准的 IEEE802.3 以太网帧与 EtherCAT 数据帧关系[4]如图  
1
收稿日期：2009-06-30  
E-mail：
所示，其中，ECAT 域为 EtherCAT 总线类型标志位，为固定  
—237—  

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