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基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统

朱鸿巍19920111152814

摘要：本文总体介绍了基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统的性能特点及其

运用情况，对市场上各种不同数控系统进行了对比，并对基于开放式EtherCAT

总线的PC数控系统的发展前景进行了分析。

1基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统的介绍

1.1EtherCAT总线技术特点

EtherCAT是开放的实时以太网络通讯协议，最初由德国倍福自动化有限公

司(BeckhoffAutomationGmbH)研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵

活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT

建立了新的技术标准——30µs内可以更新1000个I/O数据，并利用以太网和因

特网技术实现垂直优化集成。使用EtherCAT，可以用简单的线型拓扑结构替代

昂贵的星型以太网拓扑结构，无需昂贵的基础组件。EtherCAT还可以使用传统

的交换机连接方式，以集成其它的以太网设备。其它的实时以太网方案需要与控

制器进行特殊连接，而EtherCAT只需要价格低廉的标准以太网卡(NIC)便可实

现。EtherCAT拥有多种机制，支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之

间的通讯,从站的输入数据插入到同一数据帧的相关报文中当该数据帧经过所

有从站并完成数据交换后，由EtherCAT系统的末端从站将数据帧返回如图所

示，整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟发送和接受的以太帧压缩了大量的

设备数据可用数据率达90%以上。它实现了安全功能，采用技术可行且经济实

用的方法，使以太网技术可以向下延伸至I/O级。

1.2EtherCAT总线的PC数控系统

目前，采用以太网化现场总线的数控系统已经大量应用在生产现场，基于开

放式EtherCAT总线的PC数控系统具有很好的通讯性能，接线简单，协议开发性

好，I/O响应速度快，等优点，但当前的主流的数控系统除了采用以太网化的现

场总线，一般还混合采用多种总线，根据不同层次的需要使用不同的总线，

EtherCAT总线目前主要用于伺服部分。由于各种原因，EtherCAT总线还没有实

现“一网到底”，典型的系统如：西门子SIEMENS840Di,采用工业以太网和工

厂以太网相连接，采用profinet连接现场控制设备，采用profibus连接数控

系统i/o、mcp、hmi等，采用driverCLiQ连接驱动和电机单元。FANUCCNC单

元与伺服放大器之间的信号传输采用FANUC串行伺服总线FSSB和高速HSSB，

I/O接口采用FanucI/OLink或Profibus。其高档的30i/31i/32i系列还可

选择FL-net、PROFIBUS-DP、DeviceNet、I/OLink-II等。

2基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统与目前数控系统的对

比

2.1基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统

国内已有华中数控数、浙大中控、大连光洋、沈阳高精、广州数控等都对

基于以太网的现场总线技术的数控系统进行了研发。且都是采用基于以太网物理

层的技术路线。华中数控在星形和环形网数控系统结构上都进行了探索性的研

究，并与浙大中控合作进行了基于EPA的下一代数控系统体系结构的研究。华

中世纪星HNC-210数控装置中伺服部分，广州数控GSK983M-S/V加工中心数控

系统伺服指令接口使用EtherCAT，广州数控采用EtherCAT的GSK983M-S/V性

能及其参数如下：

EMI抑制：变压器隔离，节点间距离：100M，最小周期125—250us，带宽2

×100M，传送方式：全双工，抖动：1us。它的一些其他性能参数如下：存储空

间：3000KB、192个零件程序16位CPU，刷新速度不太快，快移/进给速

度：7600mm/min30000mm/min（选配），直线7600