工业以太网EtherCAT协议分析与研究

发布时间：2017-06-03 22:09

  本文关键词：工业以太网EtherCAT协议分析与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着自动控制在工业中的快速发展,传统的总线技术已经不能满足工业上的需求,许多具有较好可靠性、实时性、传输速度、和传输距离等优点的实时工业以太网被广泛应用。本文根据项目要求,选择合适的工业以太网协议,用于实时系统控制。论文首先通过对几种主要的实时工业以太网进行对比,分析了Ether CAT相比其他实时工业以太网所具有的优势。其次,深入研究了Ether CAT系统运行原理,包括系统组成、数据帧结构、寻址方式、通信模式、应用层协议、分布时钟及状态机。再次,详细阐述了专用的Ether CAT从站控制器,对FMMU(Fieldbus Memory Management Unit)、SM(Sync Manager)功能进行详细分析,提出配置方法;对Ether CAT的实时性进行仿真研究。最后,搭建了Ether CAT网络。测试了状态机功能、可扩展性。测试了Ether CAT网络的实时性可靠性。通过这些工作验证了Ether CAT协议满足了项目的要求,为项目工作的进一步开展提供了理论基础。
【关键词】：工业以太网 EtherCAT FMMU SM
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273;TP393.04
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-11
• 1.1 选题意义及课题来源8-9
• 1.2 国内外研究和发展现状9
• 1.3 主要内容及章节安排9-11
• 2 主流工业以太网技术对比11-16
• 2.1 工业以太网概述11-12
• 2.2 项目实际要求12
• 2.3 几种主要的工业以太网12-14
• 2.3.1 Ethernet/IP12-13
• 2.3.2 Powerlink13
• 2.3.3 ProfiNet13-14
• 2.3.4 EtherCAT14
• 2.4 实时工业以太网的比较14-16
• 3 EtherCAT系统运行原理16-36
• 3.1 EtherCAT系统组成16-18
• 3.1.1 EtherCAT协议系统主站17
• 3.1.2 EtherCAT协议系统从站17-18
• 3.2 EtherCAT数据帧18-19
• 3.3 EtherCAT寻址方式和通信服务19-22
• 3.3.1 EtherCAT网段寻址19-20
• 3.3.2 设备寻址20-21
• 3.3.3 逻辑寻址21
• 3.3.4 通信服务和WKC21-22
• 3.4 应用层22-23
• 3.4.1 CoE (CANopen over EtherCAT)22-23
• 3.4.2 SoE(SERCOS over EtherCAT)23
• 3.5 分布时钟23-25
• 3.6 通信模式25-29
• 3.6.1 周期性过程数据通信25-28
• 3.6.2 非周期性通信28-29
• 3.7 状态机29-36
• 3.7.1 操作状态机29-31
• 3.7.2 空闲状态机31-32
• 3.7.3 从站扫描状态机32-33
• 3.7.4 从站配置状态机33-36
• 4 EtherCAT硬件分析与配置36-44
• 4.1 ESC概述36-38
• 4.2 FMMU功能分析38-39
• 4.3 SM功能分析39-40
• 4.4 FMMU和SM的配置方法40-41
• 4.5 具体实例分析41-44
• 5 EtherCAT实时功能仿真44-52
• 5.1 仿真结构44-49
• 5.1.1 主站仿真45-46
• 5.1.2 从站仿真46-49
• 5.2 仿真时序图49-51
• 5.3 本章小结51-52
• 6 系统测试52-68
• 6.0 测试方案52
• 6.1 测试网络的搭建52-54
• 6.2 网络功能测试54-62
• 6.2.1 状态机功能的测试54-59
• 6.2.2 过程数据通信测试59-62
• 6.3 网络性能测试62-67
• 6.3.1 网络实时性能测试62-64
• 6.3.2 网络可靠性能测试64-67
• 6.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果73

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