[实用新型]一种基于EtherCAT技术的输入输出模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及EtherCAT技术与输入输出设备，具体地，涉及一种基于EtherCAT技术的输入输出模块。

背景技术

总线(Bus)作为一种内部结构，是计算机的CPU、内存、以及输入/输出设备等种功能部件之间传送信息的公共通信干线，计算机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统；Bus是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线(DB)、地址总线(AB)和控制总线(CB)，分别用来传输数据信号、地址信号和控制信号。

目前，高速现场总线技术是实现远程控制和分布式自动化控制的关键性核心技术，通俗地讲，现场总线就像人们熟知的公路和铁路，连接着各个城市和村庄；高速现场总线就像人们正在大规模建设的高速公路和高速铁路，高速公路和高速铁路改变了人们许多生活居住方式和商业经营方式，而高速现场总线技术将引起自动控制系统结构和方式的革命性变化。

例如，现有技术中不具有现场总线的控制系统包括控制器、第1至第n控制单元，第1至第n执行机构，第1至第n控制单元、以及第1至第n执行机构均需直接与控制器连接。

现有技术中具有现场总线的控制系统包括远程控制器、第1至第m远程I/O组件模块、第1至第m远程控制元件、以及第1至第m远程执行机构，第1至第m远程控制元件、以及第1至第m远程执行机构分别通过相应的第1至第m远程I/O组件模块与远程控制器连接。可见，使用现场总线的控制系统至少具有分散控制与集中管理的优点，有利于极大提高控制系统的稳定性和抗干扰能力，大大地节省能源、材料、以及设备的安装费用，同时极大地增强控制系统的功能和性能。

过去十几年中，现场总线是工厂自动化和过程自动化领域中现场级通讯系统的主流解决方案。但随着自动化控制系统的不断进步和发展，传统的现场总线技术在许多应用场合已经难以满足用户不断增长的需求。以太网已经在局域网和Internet上取得了巨大的成功，在整个企业的信息系统中，以太网已经非常成功的应用于市场经营管理层、生产管理层和过程监控层。如果能够在底层设备网络上引入以太网不仅可以使现场设备层、过程控制层和管理层在垂直层面方便集成，更能降低不同厂家设备在水平层面上的集成成本。

目前，工业以太网技术已经成为工业控制领域中的一个研究热点，多家自动化公司推出了自己的工业以太网解决方案。目前主要的工业以太网标准有以下几种：Modbus/TCP、EtherNet/IP、Profinet、Powerlink、EtherCAT以及我国研制的EPA等。与传统控制网络相比，工业以太网具有应用广泛、为所有的编程语言所支持、软硬件资源丰富、易于与Internet连接、可实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接等诸多优点。

EtherCAT(Ethernetfor Control Automation Technology)是由德国自动控制公司Beckhoff开发的一种工业以太网技术，该技术以其高速、简单、易于实现正在获得越来越多的产品研发人员的关注。2003年底ETG(Ethernet Technology Group)组织成立，负责EtherCAT技术的推广和宣传。目前，该组织目前已经拥有700多个成员，很多成员组织已经开发出基于EtherCAT的产品。

工业以太网技术是工业控制行业中的研究热点。EtherCAT技术以其高速、简单、易于实现正在获得越来越多的研发人员的关注。EtherCAT是一种实时以太网现场总线系统，该协议可以用于过程数据的优化传输。EtherCAT协议可以包括几个EtherCAT报文，每个报文都服务于一块逻辑过程映像区的特定内存区域，该区域最大可达4GB字节。要发送和接收的数据顺序不依赖于网络中以太网端子的物理顺序，可以任意编址。

作为一种实时以太网协议，EtherCAT从站的OSI模型可以用图1简单描述。在图1中，ISO国际标准组织所定义的开放系统互连七层OSI模型被压缩成了具有物理层、数据链路层和应用层的3层模型。物理层为网络信号的传输提供了物理链路。数据链路层的主要任务是在特定的“时间窗”内从以太网帧中提取数据并把要输出的数据插入到以太网帧内，同时对数据进行检查校验。如果动作在特定的时间窗内不能完成，就会认为动作失败。应用层的作用是处理数据链路层的请求，并作出适当的反应。