倍福的EtherCAT单电缆实现自动化

　　倍福的EtherCAT P将超高速通讯和动力系统整合在一根电缆中

作者：Thomas Rettig，德国倍福自动化有效公司资深EtherCAT产品经理

　　随着EtherCAT P的推出，倍福进一步完善了其业已成为全球标准的EtherCAT技术。EtherCATP将超高速EtherCAT通讯与用于系统和外围设备的24V电整合在一起—也可以选择另配电源。这表示单电缆自动化（OCA）现在也可以在现场层实施，使得机器或其它设备可以采用即插即用的方式连接从24V的传感器到600V的驱动器，无需控制柜。

　　EtherCAT P将用于EtherCAT P从站及所连接的传感器和执行器的24V DC电源整合在一根4芯标准以太网电缆中。US（系统和传感器电源）和Up（执行器P（执行器外围电压）相互电气隔离，并可分别为所连接的组件提供最大3A的电流。

　　EtherCATP—适用于传感器、执行器及测量技术组件的理想总线

　　有了EtherCATPUS和UP电流直接馈入100 Mbit/s 电缆的导线中，从而能够实现非常经济且紧凑的连接。这使得EtherCATP总线非常适合用于传感器、执行器及测量技术组件，具有能够将小型I/O站接入到端子盒以及可以连接分布式I/O组件的优点。倍福为EtherCATP开发了一款专用的M8连接器，其机械编码可以防止它与标准EtherCAT从站的连接器混淆。

　　双电缆连接：EtherCAT 和供电

EtherCAT P（右）在一根4芯标准以太网电缆中将强大的EtherCAT通讯与之前单独的供电系统整合于一体

　　若要连接组件和更高的电压和/或电流，需要一个完整的设计时已涵盖所有应用需求的EtherCAT P连接器系列，最大可支持400V　AC或600V DC直到64A级的驱动器。因此，新的连接器可以轻松连接所有现场层组件。对于I/O应用，有防护等级为IP20和IP67的接口可提供。系统也非常适合用于交流和直流电机、执行器、阀岛及传感器，如接近开关、光栅或旋转编码器。对于视觉应用，可以连接摄像头、条形码扫描仪和3D扫描仪。

　　EtherCAT P简化了系统布线工作

　　EtherCAT P的基本想法是通过减少自动化组件及设备的连接器数量简化系统布线工作。可以很好地满足个性化电源需求并具有高度可扩展性的单电缆解决方案能够安置在整个现场层。对于24 V应用，可以使用一根标准的以太网电缆。而对于较高的电压和电流，可以将 EtherCAT P集成在各自的电源电缆中。倍福可为这些应用提供各种电缆和连接器。

　　由于无需使用单独的电源电缆，这显著降低了材料和装配成本，减少了安装时出错的可能性。同时，它也最大限度地减少了电缆线路、控制柜中以及机器本身的空间要求。其它优点包括体积更小、更清楚布置的电缆运行以及更小巧的传感器和执行器。这让机器制造商在设计上有更多选择，同时通过方便、需要工具辅助的系统布局降低硬件和系统成本。

EtherCAT P 为整个现场层提供了一个高效的单电缆解决方案

　　给设备直接供电，拓扑结构灵活

　　EtherCAT P的拓扑结构与工程师们非常熟悉的 EtherCAT 的拓扑结构完全一样，在选择上也一样很灵活。线型、树型和星型拓扑结构可以自由组合，以实现最经济高效的系统布局。与传统的Power over Ethernet（PoE）不同，EtherCAT-P 用户也可以通过一台馈电设备级联。EtherCAT P设备的级联仅受电压跌落限制，但这可以通过添加馈电点的方式弥补。

　　对于构建定制的 EtherCAT P 拓扑结构，我们已经可以提供多款防护等级为IP20和IP67的基础组件及I/O组件。由于采用EtherCATP后，可以桥接50米甚至更远的距离，因此可以轻松链接范围更宽泛的分布式机器模块。也可以从EtherCAT无缝转换到EtherCATP网络。相反，EtherCATP网络上的系统和外设电压可以使用一个简单的适配器阻断，以便用它们自己的电源运行EtherCAT设备。

　　在设计或规划一台机器时，可以使用一个专用的 TwinCAT 设计工具配置单个用户及电缆长度。由于系统知道所有用户数据，它也可以长期计算单台设备的功耗。例如，如果由于逻辑上的原因，2 个执行器永远不会在同一时间切换，则它们也永远不需要在同一时间内全功率。这样可以进一步节省所需的馈电和电源模块。

随着大量防护等级为IP 20和IP　67的EtherCAT P组件已经可以供货，用户能够以最佳可能的方式为其应用实施网络拓扑结构

　　针对现场级的单电缆自动化

　　EtherCAT P开发用于实现现场级的单电缆自动化。由于它简化了系统布线工作，机器设计不再那么复杂，从而显著降低了工程和生产成本。自动化组件、分布式端子盒，甚至各个机器模块和机器人都通过一根电缆供电及传输控制信号。过去无可避免要使用的大型控制柜的尺寸可以大大减少甚至无需再使用。因此，模块化的机器和系统方案现在也可以用更低的装配和启动成本实施，减少了占地面积，同时提高了灵活性。

　　可插拔的自动化未来可以带来更高的效率。随着针对各种功率要求的EtherCAT P连接器成为标准，24 V 及更高功率等级的工业连接器排插不再遥不可及，而是一个可行的解决方案。机器设计师可以非常灵活地以较低成本在一台机器内分配这些排插，或更具具体的应用需求安装。采用这样一个即插即用设计，只需要插入一根匹配的EtherCAT电缆即可轻松连接所有所需的传感器和执行器，以及分布式端子盒和标准机器模块。

由于EtherCAT P布线适用于各种性能等级的自动化组件，单电缆自动化为模块化设备和机器设计提供了最佳基础

　　EtherCAT P：技术亮点和优势

　　EtherCAT是由倍福开发的一种开放式以太网技术，自2007年起成为国际IEC及SEMI标准。近期推出先进并已经由EtherCAT技术协会（ETG）以成熟的方式发布的EtherCATP技术与传统的EtherCAT完全兼容。因此，EtherCAT的出色性能，如直达传感器或执行器的100Mbit/s全双工通讯、实时数据处理、与分布式时钟的高精度同步以及低于100ms的周期时间，将继续可无限制使用。其它EtherCATP特有的优点包括：

– 通过一根4芯电缆实现EtherCAT通讯及每台设备获得2组独立的24V电，每组最大提供3A的电流

– 给所连接的设备供电

– 从24V到600V的可扩展的连接器系列，最大电流64A

– 由于具有级联能力，在拓扑结构选择上具有很大的灵活性

– 以低连接成本实现出色的EtherCAT性能

– 降低硬件和安装成本

– 减少接线出错可能，降低布线成本

– 优化电缆线路、控制柜及机器的空间利用率

– 无需使用单独的电源电缆，从而可以使用体积更小的传感器和执行器