EtherCAT时钟同步的误差仿真分析.pdf

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1、《自动化技术与应用》2011年第30卷第7期计算机应用ComputerApplicationsEtherCAT时钟同步的误差仿真分析汪雅楠，谭南林(北京交通大学，北京100044)摘要：建立了工业以太网EtherCAT的时钟同步延时误差模型，并设计了时钟同步算法及仿真程序。基于EtherCAT网络的三种基本拓扑结构，进行同步误差仿真及分析，总结出三种拓扑结构的同步误差累积规律公式及累积参数。累积规律公式为实际应用中构建复杂拓扑结构提供r理论参考，并可以用于改进主站的时钟同步算法。关键词：EtherCAT；工业以太网；时钟同步；误差；仿真中图分类号：TP

2、939．19文献标识码：A文章编号：1003—7241(2011)070022—05SimulationandAnalysisofEtherCATClockSynchronizationErrorWANGYa-nan，TANNan—lin(BeijingJiaotongUniversity，Bei]ing100044China)Abstract：ThispaperestablishestheEthernetclocksynchrOnizatiOnerrormodel，anddesignestheclocksynchr0nizatiOnalgo—rith

3、mandsimulationprogram．BasedonthreebasictopologystructureofEtherCAT,carriesO1simulationandanalysisofthesynchrOnizatiOnerrOr．SummarizestheruleformulaandparameteroftheaccumulationsynchrOnizatiOnerrorforeachkindoftopology．Itaccumulatesruleformulaandprovidesatheoreticalreferenceforbu

4、ildingcomplextopologiesinpracticalapplication，andcanbeusedtoimprovetheclocksynchrOnizatiOnalgorithm．Keywords：EtherCAT；industria1ethernet；synchronization；error；simulation1引言太类型(Ethertype)[2l。这个类型可以使控制数据直接随着工业通信需求的提高，传统的现场总线渐渐不传输至以太网帧内而无须重新定义标准以太网帧。能满足增长的需求。工业以太网EtherCAT是IEC61158E

5、therCAT的以太网帧可以由多个子报文组成，每个报和IEC61784中收入的一种工业以太网标准【¨。EtherCAT文都服务于一个特定的逻辑映像区(Logicprocessimage)，协议在通信速率、节点数量、拓扑结构、时钟同步这4该逻辑映像区最大可达4GB[引。由于数据链独立于物理个方面较其它工业以太网协议有明显的优势。顺序，因此可以对EtherCAT端子进行任意编址。广播EtherCAT采用分布时钟技术实现从站节点之间的精确式、多播式和从站间的通讯均可进行。时钟同步，精确时钟同步在广泛要求同时动作的分布过EtherCAT协议解决了传统以太网协议

6、的实时性问程中显得尤为重要，并可以提供数据采集时本地时间的题。1000个I／O的刷新只需30S，包括端子的循环时精确时钟基源。间。它可以在一个以太网帧中交换最多达l468个字节的协议数据，这几乎相当于12000个数字输入或输出，这2EtherCAT分布时钟协议些数据的传输仅需l50us【驯。分布式时钟技术保证了2．1EtherCAT简介端子之间的同步时间偏差小于1s。EtherCAT协议在以太网帧内使用了一个特殊的以2．2EtherCAT分布时钟EtherCAT时钟同步技术参考IEEE1588标准，实现收稿日期：2011—03—30计算机应用自动化技术

7、与应用》2011年第30卷第7期ComputerApplications精确排列的分布时钟口。每个EtherCAT从站都有一个独立运行的硬件时钟源，所有从站的本地时钟相对于系统参考时钟各有独立的偏移和漂移误差，经过主站的同步算法补偿后，实现从站之间精确时钟同步。以系统时间小于本地时间为例，说明EtherCAT分布时钟同步过程IJ，如图1所示。图2分布时钟传输延时流程图1．

8、罄——H瞳I．l“柏-·：从站处理时间·：报文在从站x内经过处理的传输延时百I．延时辛·关系：=]L率地时闻偏移丰逍·y：报文从x出口到Y入口的线路传输延时糸筑时阿■谶d'漂移丰·，

9、，：报文从x人口到Y入口的全部延时·0：报文到达x端口0时的本地时间记录在EtherCAT协议