EtherCAT交換機概述

在工業自動化領域，EtherCAT技術憑借其高速度、靈活性和高效性，已成為眾多自動化控制系統中的首選。為了適應復雜網絡拓撲結構和多設備連接的需求，EtherCAT四口分支器應運而生。EtherCAT四口分支器是一種專為EtherCAT網絡設計的網絡設備，可實現設備分支連接與環網冗余。它通常配備一個輸入端口和三個輸出端口，數據幀在分支器內部經過特定的端口順序，確保各個分支路徑上的設備能夠順暢通信。本文將深入探討EtherCAT四口分支器的方案特點、應用優勢以及在實際部署時需要考慮的因素。

四口EtherCAT交換機方案介紹

FCE1100四口交換機方案

FCE1100是一顆對標倍福ET1100的EtherCAT的從站芯片，它具備2-4個以太網端口（可配置為LVDS或MII接口），擁有8個FMMU、8個同步管理器SM，內置8KB RAM，集成64位分布式時鐘DC，提供32位數字量I/O信號接口（可單向或雙向），支持SPI從站接口，以及8/16位同步/異步微處理器接口。而FCE1100的四口EtherCAT交換機方案使用一顆FCE1100與PHY芯片即可實現高速、低延遲的實時通信。可將FCE1100的四個端口均配置為MII接口，其中邏輯端口0作為EtherCAT網絡的輸入端口；邏輯端口1、2和3則可用于連接其他耦合器或EtherCAT從站模塊。各端口支持網線熱插拔功能，使得在不中斷網絡運行的情況下，可以隨時連接或斷開設備。

基于方芯FCE1100芯片的四口交換機方案示意圖

基于方芯FCE1100芯片的四口交換機方案板卡

FCE1353四口交換機方案

FCE1353是一款與Microchip LAN9253/2對標的EtherCAT從站芯片，它支持2/3端口的EtherCAT從站控制功能。該芯片的資源包括8KB的雙端口存儲器（DPRAM）、8個SyncManager、8個現場總線內存管理單元（FMMU）以及一個64位分布式時鐘。芯片內部集成了兩個以太網PHY，每個PHY均支持全雙工100BASE-TX收發功能，能夠以100Mbps的速度運行。通過使用兩顆FCE1353芯片，可以實現四口EtherCAT分支器的功能。與FCE1100相比，FCE1353在四口分支器方案上的優勢在于其內部集成了兩顆PHY芯片，無需額外的PHY芯片。將FCE1353_A配置為下行模式，FCE1353_B配置為上行模式，并通過BACK-TO-BACK方式連接這兩顆芯片，即可實現四口EtherCAT分支器的功能。

基于FCE1353芯片的四口分支器方案示意圖

方案特點

高性能處理：采用高性能的ASIC芯片，例如FCE1100或FCE1353，EtherCAT四口分支器能夠高效處理EtherCAT數據幀，確保數據的實時性和完整性。

靈活配置：分支器的端口支持熱插拔技術，使得在系統運行期間可以安全地進行連接或斷開操作。

支持多種拓撲結構：EtherCAT四口分支器支持星型、線型和樹型等多種拓撲結構，為復雜的自動化控制系統提供了靈活的布線解決方案。

高穩定性：分支器內部具備自動轉發和回環功能，確保各個分支路徑的連接狀態獨立運作。即使某一路徑出現故障，也不會影響其他路徑，從而提高了系統的穩定性和可靠性。

方案優勢

簡化布線：利用EtherCAT四口分支器，多個設備能夠連接至單一主站，顯著簡化了布線流程，同時降低了布線成本。

提升擴展性：分支器具備級聯功能，便于網絡規模的靈活擴展，以適應未來設備數量的增加。

降低維護成本：分支器支持熱插拔和自動轉發功能，允許在系統運行時安全地更換或維護設備，從而減少維護成本和時間。

增強系統性能：采用高性能分支器芯片和靈活的接口配置，確保了數據的實時傳輸和高效處理，進而提升了整個自動化控制系統的性能。

實際部署中的考慮因素

網絡拓撲結構：部署EtherCAT四口分支器時，應依據具體應用場景挑選恰當的網絡拓撲結構。例如，在多個設備需共用同一主站的場合，星型拓撲結構是一個理想的選擇。

設備兼容性：在選擇EtherCAT四口分支器時，必須確保其與現有的PLC主站及其他從站設備兼容，涵蓋硬件接口、通信協議以及數據格式等關鍵方面。

環境適應性：分支器的工作環境，考慮溫度、濕度、電磁干擾等要素。選擇具備金屬外殼、抗電磁干擾等特性的分支器，以保障其在嚴苛工業環境中的穩定性能。

FCE1100_DP83848四口分支器測試實例

準備工作

1.打開TwinCAT，將xml文件拷到:C:TwinCAT3.1ConfigIoEtherCAT。點擊“TwinCAT”→“EtherCAT Devices”→“Reload Device Descriptions”重新讀取XML文件庫。

2.在Twincat內安裝EtherCAT的主站網卡驅動：點擊 “TwinCAT”→“Show Realtime...”。這里推薦使用Intel的CPU和網卡。

3.選擇網卡，點擊install，若安裝成功則會顯示在安裝成功等待使用的列表下。

新建工程

1.點擊“文件”→“新建”→“項目”

2.選擇“TwinCAT projects”，自定義名稱后點擊確定。

從站測試

1.從站設備如下圖

2.級聯關系示意圖如下

3.設備上電，右鍵“Devices”，點擊scan，掃描從站。

4.點擊“確定”

5.點擊“OK”

6. 依次點擊“是”

XML文件燒錄

1.右鍵從站設備，燒錄對應的XML文件到從站板載EEPROM中

2.燒錄四口分支器對應的XML文件

3.右下角會顯示燒錄與驗證進度條，進度條跑滿2輪代表完成，若中途進度條卡住建議重新燒錄。

4.燒錄完成后移除設備重新掃描，從站正常進入OP。

結語

方芯的FCE1100與FCE1353EtherCAT四口分支器方案是方芯推出的在工業自動化領域較為高效、靈活且可靠的網絡解決方案。它通過簡化布線、提升擴展性、降低維護成本以及增強系統性能等優勢，成為連接眾多設備和構建復雜網絡拓撲結構的關鍵組件。在實際應用部署時，須綜合考慮應用場景、設備兼容性以及性能需求等因素，以確保系統的穩定性和高效性能。如要獲取原理圖以及方案信息，可評論留言。

審核編輯 黃宇