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1 引言
EtherCAT是一項(xiàng)高性能、低成本、應(yīng)用簡(jiǎn)單、拓?fù)潇`活且開(kāi)源的確定性工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。該技術(shù)突破了其他以太網(wǎng)解決方案的系統(tǒng)限制：通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)，無(wú)需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過(guò)程數(shù)據(jù)復(fù)制到各個(gè)設(shè)備。其關(guān)鍵工作原理在于其節(jié)點(diǎn)對(duì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的處理：在數(shù)據(jù)幀向下游傳輸?shù)倪^(guò)程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)讀取尋址到該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并將它的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)幀。這種傳輸方式提高了帶寬利用率，使得每個(gè)周期通常用一個(gè)數(shù)據(jù)幀就足以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)刷新，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)無(wú)需使用交換機(jī)或集線器，從而確保了實(shí)時(shí)操作并避免延遲。
EtherCAT的運(yùn)行機(jī)制決定了它比其他標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)具備更大的優(yōu)勢(shì)：響應(yīng)時(shí)間快，每臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)要求最低且實(shí)施成本低。此外，EtherCAT幾乎支持所有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得帶有成百上千個(gè)節(jié)點(diǎn)的純總線型或線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成為可能。因此，EtherCAT成為高性能的分散式I/O系統(tǒng)的理想選擇。EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)可連接多達(dá) 65535 個(gè)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)容量幾乎沒(méi)有限制，因此可以將模塊化的 I/O 設(shè)備設(shè)計(jì)為每個(gè) I/O 片都是一個(gè)獨(dú)立的 EtherCAT 從站，而包含一千個(gè)分散式數(shù)位輸入/輸出的程序資料交換只需30us。
2 集成在PCB板上的EtherCAT遠(yuǎn)程I/O模塊
2.1 虹科HK-MXB I/O模塊概述
虹科HK-MXB系列是一款EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)總線接口，集成數(shù)字量輸入和輸出的混合I/O模塊，可以為更高層級(jí)的EtherCAT主站控制器提供理想通道。HK-MXB采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)24V NPN/PNP型數(shù)字邏輯輸入信號(hào)，并對(duì)捕獲的信號(hào)進(jìn)行限流、電氣隔離的安全保護(hù)。
同時(shí)，HK-MXB還可以將主站控制器發(fā)出的指令信號(hào)轉(zhuǎn)換為NPN/PNP型工業(yè)24V數(shù)字邏輯信號(hào)輸出，最大具備0.5A/CH的驅(qū)動(dòng)電流，可用于對(duì)繼電器、指示燈以及數(shù)字邏輯信號(hào)的驅(qū)動(dòng)。
HK-MXB的輸入通道與輸出通道，EtherCAT通信接口以及電源接口，都擁有對(duì)應(yīng)的LED指示燈，用于快速觀察和診斷信號(hào)與指令狀態(tài)。
2.2 主要特性：
虹科HK-MXB I/O模塊關(guān)鍵特性：
1)支持16、32或48通道24V NPN/PNP型數(shù)字量輸入
2)支持16、32或48通道24V NPN/PNP型數(shù)字量輸出
3)輸入限流保護(hù)
4)輸出限流與短路保護(hù)
5)總線通信故障指示燈
6)插拔式接線端子
7)DIN35導(dǎo)軌安裝
虹科HK-MXB I/O模塊基于PCB布線的概念，將EtherCAT遠(yuǎn)程I/O有關(guān)的I/O信號(hào)通道、RJ45通訊端口、電源信號(hào)端子等集成在PCB板上，無(wú)需額外的接線板和耦合器，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝與布線。
3 HK-MXB I/O模塊現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施
3.1 設(shè)備安裝
模塊支持DIN35導(dǎo)軌安裝，可以比較便利的放置在電氣柜中。
3.2 連接電源
模塊供電設(shè)計(jì)為Us、Up兩部分，分別對(duì)應(yīng)通信系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備側(cè)。Us用于模塊通訊系統(tǒng)供電，Up用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備測(cè)供電，用戶使用時(shí)，可采用2路相互隔離的電源轉(zhuǎn)換器分別為Us、Up進(jìn)行供電。從而當(dāng)MXB系列模塊的現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出信號(hào)部分電路產(chǎn)生異常情況（如電源異常、負(fù)載短路、浪涌）時(shí)，能夠保護(hù)通信部分電路能夠不受影響，以及防止現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)影響到通信電路。
3.3 總線拓?fù)?/strong>
模塊將EtherCAT遠(yuǎn)程I/O有關(guān)RJ45通訊端口集成在了PCB板上，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)可與其他設(shè)備通過(guò)CAT5e的線纜直接連接。
1) 當(dāng)模塊為第一個(gè)與主站相連的從站設(shè)備時(shí)，必須使用模塊上的IN端口與主站連接。
2) 當(dāng)模塊為中間位置的從站設(shè)備是，必須使用IN端口與前一級(jí)從站設(shè)備連接，使用OUT端口與后一級(jí)從站設(shè)備連接。
3) 當(dāng)模塊為最后一個(gè)從站設(shè)備時(shí)，必須使用IN端口與前一級(jí)從站設(shè)備連接，并空置OUT端口。
3.4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
1)首次使用時(shí)，需要將從站XML配置文件導(dǎo)入主站，具體方案請(qǐng)查閱各廠家主站使用手冊(cè)。
2)連接電源供電，使用帶屏蔽的CAT5e以太網(wǎng)線連接模塊與主站
3)DI數(shù)字量信號(hào)輸入接線
4)DO數(shù)字量信號(hào)輸出接線
5)啟動(dòng)電源，通過(guò)主站掃描從站
6)主站通過(guò)PDO操作，可對(duì)DI、DO分別的16個(gè)進(jìn)行操作
7)觀察模塊上對(duì)應(yīng)通道的輸入、輸出指示燈狀態(tài)以確認(rèn)信號(hào)通斷
4 典型應(yīng)用
4.1 機(jī)器人控制
HK-MXB I/O模塊可以將I/O信號(hào)與機(jī)器人系統(tǒng)的一些特殊功能相關(guān)聯(lián)，用于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行某種控制和監(jiān)控機(jī)器人系統(tǒng)的狀態(tài)。同時(shí)，MXB模塊可以安裝在遠(yuǎn)程機(jī)架柜中，在合適的地方布置遠(yuǎn)程I/O站點(diǎn)。一個(gè)區(qū)域的信號(hào)都接到這個(gè)站點(diǎn)中，然后站點(diǎn)和主電柜PLC進(jìn)行通訊。這樣的方式可以減少成本，方便布線。
4.2 半導(dǎo)體生產(chǎn)
EtherCAT由于其通訊速率高，通訊質(zhì)量好，通訊介質(zhì)廣，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>結(jié)構(gòu)靈活，可應(yīng)用于安全等級(jí)較高的危險(xiǎn)場(chǎng)合。半導(dǎo)體生產(chǎn)制造中，常常有著許多閥島、驅(qū)動(dòng)器、傳感器和氣控或電控設(shè)備，HK-MXB I/O模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)信號(hào)的采集、控制或遠(yuǎn)程維護(hù)。
4.3 光伏與風(fēng)電
光伏產(chǎn)業(yè)是基于半導(dǎo)體技術(shù)和新能源需求而興起的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，也是未來(lái)全球先進(jìn)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。在光伏跟蹤控制中，控制中心會(huì)接受多臺(tái)光伏跟蹤設(shè)備上傳的各種數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果發(fā)出跟蹤控制信號(hào)。HK-MXB I/O模塊可以承擔(dān)設(shè)備內(nèi)傳感器到位信號(hào)檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)繼電器等相關(guān)設(shè)備向控制中心上傳數(shù)據(jù)、接受指令的功能。
5 總結(jié)
隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，提高工廠生產(chǎn)效率的需求日漸增強(qiáng)。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在工廠的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)，連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量，比如制造設(shè)備，也在迅速增加。提供高效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的EtherCAT使高速率高精度控制成為可能，十分適用于用于需要高速率和高精度控制的如工業(yè)機(jī)器人、半導(dǎo)體生產(chǎn)、數(shù)控機(jī)床、光伏與風(fēng)電以及過(guò)程控制等領(lǐng)域。
虹科活動(dòng)預(yù)告
虹科是一家在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，特別是工業(yè)總線通訊行業(yè)經(jīng)驗(yàn)超過(guò)15年的高科技公司。虹科智能自動(dòng)化事業(yè)部與歐洲和美國(guó)的世界知名工業(yè)自動(dòng)化、能源管理與樓宇自動(dòng)化專家展開(kāi)深度合作，提供業(yè)內(nèi)頂尖水平的通信協(xié)議的軟硬件解決方案，通信技術(shù)類型涉及工業(yè)自動(dòng)化通訊協(xié)議【CAN、CANopen、EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP、IO-Link、OPC UA、MQTT、TSN】等，能源管理與樓宇自動(dòng)化通訊協(xié)議【ASCII、BACnet、KNX、Modbus】等，解決方案包含：代碼、芯片/模塊、板卡、網(wǎng)關(guān)、IO、工控機(jī)、繼電器、測(cè)試方案、培訓(xùn)和開(kāi)發(fā)服務(wù)等。因此，虹科是國(guó)內(nèi)為數(shù)極少的在OT領(lǐng)域深耕多年并技術(shù)經(jīng)驗(yàn)全面的供應(yīng)商。
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