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EtherCAT简介 软件研发部杨继桐 EtherCAT简介 EtherCAT伺服驱动控制应用协议 CIA402 现场操作演示 主要内容 将计算机网络中的以太网技术应用于工业自动化领域构成的工业控制以太网 简称工业以太网或以太网现场总线 它是当前工业控制现场总线技术的一个重要发展方向 1实时工业以太网概述 与传统技术的现场总线相比 以太网现场总线具有以下优点 传输速度快 数据包容量大 传输距离长 使用通用以太网元器件 性价比高 可以接入标准以太网端口 1 1EtherCAT传输协议 SlaveDevice EtherCATSlaveController SlaveDevice EtherCATSlaveController Onthefly 的传输方式 数据的提取由协议芯片实现 只提取 在提取后不立即对数据进行处理 而是将数据继续传递 1 2EtherCATSlaveController ESC EtherCAT底层数据交换完全基于纯硬件机制 1 3EtherCAT从站结构 EtherCAT吸收采纳了Interbus 集总帧 的技术思想 它无需将以太网数据包接受下来 然后将其解码 再将过程数据复制到各个设备 EtherCAT采取将不同设备的过程数据集合在一个以太网数据包中 在报文经过从站设备时读取相应的输出编址数据 同样输入数据也在报文经过是插入报文中 1 4EtherCAT数据帧结构 EtherCAT报文头包含一个32位的地址区 可用于节点寻址或逻辑寻址 EtherCAT有网段寻址 设备寻址和逻辑寻址 网段寻址 网段寻址是由基于ISO IEC8802 3的MAC地址 设备地址 EtherCAT报文的32位地址区将分为16位的从站设备地址和16为的物理地址 使每个节点有64KB本地地址空间 逻辑寻址 逻辑寻址模式下 整个32位地址空间都将作为地址值 网段内有4GB的地址空间可以被寻址 现场总线存储管理单元 FMMU 将从设备的物理存储地址映射到网段的逻辑地址 1 5EtherCAT报文寻址 1 6逻辑寻址和现场总线存储管理单元 FMMU FMMU将逻辑地址转换为物理地址 FMMU允许由逻辑地址找到位于多个从站设备内的数据段 一个报文地址数据位于几个任意分布的从站内 EtherCAT设备的物理顺序完全独立且仅与最初的初始化阶段有关 FMMU的逻辑地址区最大4GB 从主站角度讲 一个EtherCAT系统可以被人为是一个大型分布式存储区 可以在该区域中无限制进行读写操作 EthernetHeader ECATHDR PLCData NCData Datan Ethernet logicalprocessimagesupto4GByte HDR1 HDR2 HDR2 Datagram1 Datagram2 Datagramn PLCData Datan NCData Master 1 7分布时钟 DC DistributedClock 分布时钟 DC 可以使所有EtherCAT设备使用相同的系统时间 从而控制个设备任务的同步执行 从站设备可以根据同步的系统时间产生同步信号 用于中断控制或触发数字量输入输出 实现从站之间的时钟同步 为主站实现同步时钟 产生同步的输出信号SYNC 为输入事件产生精确的时间标记 产生同步的中断 同步更新数字量输出 同步采样数字量输入 DC主要有以下主要功能 1 8同步管理器SyncManager SM SyncManager来保证主站与本地应用数据交换的一致性和安全性 并在数据状态改变时通知双方 定义了两种SM运行模式 A缓存类型 常用于过程数据通信 B邮箱类型 A缓存类型 常用于过程数据通信 B邮箱类型 状态改变请求通常有主站执行 主站向应用层控制服务提出请求 后者在从站中产生应用层控制事件 从站在状态改变请求成功或失败后通过本地的应用层状态写服务来响应应用层控制服务 如果状态改变请求失败 则从站将保持原状态并且置位错误标志 1 引导状态 bootstrap 2 初始化状态 init 3 预操作状态 pre operational 4 安全操作状态 safe operational 5 操作状态 operational 1 9ESM 从站状态机 EtherCAT状态机 ESM EtherCATStateMachine 负责协调主站与从站应用程序在初始化和运行时的状态关系 2 EtherCAT伺服驱动器控制应用协议 CIA402 EtherCAT从站 复杂从站 ConfigurableRAM 2 1CoE CANopenoverEtherCAT 对CANopne协议做了相应的扩充 定义了CoE对象字典 使用邮箱访问CANopen对象字典及其对象 使用CANopen紧急事假对象和可选的事件驱动PDO消息 使用对象字典映射过程数据 周期性传输指令数据和状态数据 2 2CoE对象字典 EtherCAT过程数据的内容有PDO映射和CoE接口的SM PDO Assign对象来描述 2 3周期性过程数据通讯 2 4CoE非周期性数据通信 2 5EtherCAT的网络状态机与DS402规范的对应关系 1 周期性同步位置模式csp 2 6同步运行模式 2 周期性同步速度模式csv 3 周期性同步转矩模式cst 3 现场操作演示 添加TwinCATRT Ethernetnetworkservice TwinCAT主站添加设