EtherCAT性能与业界领先的DAQ技术的结合：您可能错过的5大优势

什么是 EtherCAT？

EtherCAT（控制自动化技术以太网）是一种基于以太网的通信协议，专为工业自动化而开发。 凭借其高速传输、高效的数据交换以及低廉的实施成本，EtherCAT 现已成为地面车辆、航空航天及工业测试应用领域中，实现不同厂商数据采集与控制系统无缝集成最受欢迎的网络之一。以下是其五大主要优势。

1.以太网向下延伸到实地一级

以太网的优势在于，每台台式机、笔记本电脑或其他设备都配备了以太网接口。它能够利用低成本的硬件实现长距离高速数据传输。 其缺点在于，标准以太网采用的碰撞检测原理会导致数据传输速率不稳定；因此，它不适用于实时、同步的数据采集与控制应用。EtherCAT 通过标准以太网线缆实现了主从架构。 EtherCAT 基于“即时”处理原理，具有高速和确定性。

这可以比作铁路系统：当列车以高速通过车站时，各车站均可对铁路车厢进行卸载和装载。一个 EtherCAT 帧中包含多个网络节点的数据。每个 EtherCAT 节点在帧以全速通过该节点时，会从帧中读取专门发送给自己的数据，并将数据写入帧中。 由于帧在每个节点中经过处理之前就已经被传递，因此EtherCAT能够以极高的速度和效率运行。对于具有大量I/O的测试台，传输开销可以显著降低，这使得EtherCAT成为多通道、混合信号数据采集的理想解决方案。

2.适用于任何测试应用的混合信号数据采集

由于EtherCAT是专为工业自动化而开发的，因此要找到能够兼容各类传感器的高精度数据采集设备，可能是一项颇具挑战性的任务。 如果您需要在发动机试验台上测量温度、压力和高频加速度，该怎么办？或者在电池充放电测试中，需要通过带高压隔离输入的通道测量电压、电流和温度，又该如何应对？别担心！

像Gantner Instruments这样的现代数据采集系统供应商可提供带有直接 EtherCAT 接口的全系列测量模块。 基于EtherCAT的数据采集系统对可使用的传感器类型没有限制：热电偶、Pt100、LVDT、应变片、IEPE/ICP©、压电（电荷）传感器，甚至光纤布拉格光栅传感器。 此外，由于EtherCAT具备过采样技术，数据采样率最高可达100 kS/s（千样本/秒）。

3.消除分布式测量的复杂性

多年来，测试工程师们一直将长长的模拟传感器电缆铺设回测试实验室的中央位置。为了避免长距离传输模拟信号时出现的问题（例如噪声干扰和信号衰减），必须使用高质量的定制传感器电缆。 随着测试方案中使用的传感器数量不断增加，长距离模拟电缆的安装变得越来越困难且成本越来越高。采用分布式测量方案后，模拟信号的数字化转换就在传感器附近进行。通过网络协议，测量数据可高效传输至数据用户，以便进行进一步处理或控制。 在设计分布式测量系统时，必须考虑一些不同且不太熟悉的方面，例如带宽、连接可靠性和时间同步。

通过将具备本地实时信号处理能力的预制数据采集模块与 EtherCAT 测量总线相结合，可以简化分布式测量系统的复杂性。模拟信号在靠近传感器的位置被采集，从而将信号失真降至最低。 先进的信号调理算法会将模拟信号转换为经过校准的工程单位值，随后通过一条简单的以太网电缆将该信号传输至整个测试实验室。

4.真正同步的多通道数据采集

被测对象越大，所需的传感器数量和产生的测量数据就越多。此外，随着测试复杂度的增加，测试计划中与时间延迟和成本相关的风险也会以超过比例的速度上升。 在多通道混合信号数据采集系统中，由时间偏移引起的测量误差是测试过程中主要的不确定性之一。通常，数据采集设备需要通过FPGA编程、不精确的网络时间协议或额外的模块间同步线路来实现同步。 EtherCAT 设备同步解决方案基于分布式时钟。设备内部时钟的校准完全由硬件完成。由此产生的时间误差远小于 1 µs，从而确保了高度同步的测量。

5.数据采集与控制系统的紧密集成

Data acquisition challenges fall into two categories: those resulting from DAQ system flexibility and those related to system integration. Limitations in DAQ system flexibility can reduce testing capacity, shrink test system architecture options, and drive up costs. On the other hand, system integration challenges often result from using data acquisition and control systems that are not specifically designed to work together.

虽然可以从单一供应商处购买数据采集和控制产品，但鉴于控制与数据采集如同“苹果和橘子”般截然不同，仅靠单一供应商可能无法为您的应用提供最佳解决方案。 正因如此，许多知名控制系统供应商现在为专用数据采集产品提供了EtherCAT连接。当将数据采集与控制集成在同一条EtherCAT总线上时，您可以确信每个时间戳都完全对齐，从而消除测试结果中的不确定性。

您的先进检测实验室应该拥有这两方面的最佳优势！

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