我们近期收到来自ETG会员的反馈,在网络上流传的某些比较各种工业以太网通讯技术的文章中,针对EtherCAT部分的描述有误,会员希望ETG对相应错误部分给予纠正,防止读者被。此外,针对该文章中指出的TSN技术适用于现场层的应用的观点,我们借此机会给予我们的解读。
以某一家现场总线组织为名的关于多家工业以太网现场总线的对比只是站在某一种总线角度进行技术比较,对于广大用户来说并不具有代表性和权威性,且因其对EtherCAT技术了解的片面性,文章中在技术层面出现很多错误,为工业以太网用户带来诸多困扰。
我们在此列举了以下技术错误并进行了相应的纠正,以帮助用户正确理解工业以太网以及EtherCAT技术。
1000个开关量分布在100个节点上,循环周期为30微秒100个伺服轴,每个轴8字节的输入/输出数据,循环周期为100微秒
对于通常的EtherCAT系统中含有的三类设备:输入设备、输出设备、输入输出混合设备。对于含有以上三类设备的EtherCAT系统的最小循环周期公式应为:
说明: EtherCAT协议定义数据帧结构,可以将数据报文分成多个子报文,每个子报文可以对应一个到多个从站。一般情况下子报文都是对应同类的一系列设备,例如所有输入模块对应一个子报文,所有输出模块对应一个子报文,所有输入输出的模块对应一个子报文。这样如果系统中以上三类设备,外加一个用于设备状态机的广博子报文后,公式应该是4×(x+12)。文中提到的是将每一个从站都对应一个子报文,这不是必须的,绝大多数情况都不会使用到这种极限方式。
“这里介绍的所有方程都是假设了简单的情况,其中输入和输出数据量相等,拓扑结构为完美的总线型。然而在实际应用中,这种比较取决于许多其他参数:输入数据与输出数据的比率
EtherCAT的性能有很好的确定性,对于确定了节点数和负载的应用,就有确定的EtherCAT系统性能,而无需考虑其他不必要的因素。
EtheCAT性能与直接交叉通信的设备的百分比无关。EtherCAT从站物理层选择交叉索引自适应的PHY,所以和“直接交叉通信的设备的百分比”无关,并且系统中无需全双工的交换机及半双工的HUB设备。
TSN是Time Sensitive Networking(时间性网络)的缩写,是一个IEEE桥接(“交换技术”)的工作组的项目。因为传统的基于“Best effort”方式对普通以太网的应用不能够满足广泛的实时性需求(例如在音频/视频和广泛的IT通信与EtherCAT系统通讯),所以该工作组旨在通过确定性的研究提升以太网的实时性。它有如下特点:
TSN真正的用意在于异构网络的搭建。在未来的工业网络或者泛工业的应用中,同一个网络需要集成不同类型的设备、不同类型的通讯,这些通讯设备之间需要进行实时互时,正是TSN的用武之地。TSN通过对TSN交换机的配置链接不同的设备或者网段,实现数据实时交互。这种实时性通过TSN配置给每个网段或者设备的“数据高速通道”实现。因此,TSN嵌入在IEEE 802技术中有助于协调通信,它会消除一些不必要的冲突,但不会改变基本规则。TSN的两个主要性能缺陷是无法改变的,即针对小数据量的以太网帧处理效率以及复杂且耗时的转发进程。
这种用法非常高效,基于共享帧方式的EtherCAT由于网络中多个从站设备的数据可以在同一个数据帧中传输,EtherCAT连到TSN网络中后,使得TSN配置更加容易并高效。整个EtherCAT网段仅利用了TSN的一个“高速通道”,并了在异构网络中EtherCAT网段中所有设备与其他类型设备及EtherCAT主站的实时通讯。
为了EtherCAT技术与TSN的适用性,EtherCAT技术协会已经在2017年底发布了EtherCAT关于TSN的设备行规。该行规规范用于EtherCAT和TSN的使用,文档中对已发布的TSN规范和EtherCAT技术的结合进行了定义,此文档可以在ETG网站下载,随着TSN规范的完善,此文档也会相应的更新版本,当前版本是ETG.1700 S (D) V0.9.0。