工业以太网EtherCAT的IO从站设计与实现
发布时间：2020-12-20 16:01
随着“中国制造2025”纲要的全面推进,现代高端制造业兴盛崛起,工业自动化控制技术持续进步。互联智能、分布协同的运动控制系统展现出强大的活力。然而,传统现场总线因其兼容性差、通信速率低而不能满足需求;与此同时,工业以太网以实时性高、通用性好、数据传输速度快、配套产品丰富等优势迅猛发展。倍福自动化（Beckhoff）公司研发的EtherCAT总线因其性能优异而备受青睐。为满足工业以太网技术在激光切割机高速高精度运动控制系统中的应用需求,本文深入学习EtherCAT协议原理,设计开发了一款基于ARM+ESC结构的从站系统。首先,通过查阅文献资料,讨论工业以太网与EtherCAT总线技术的发展现状,对比已有解决方案并根据自身项目需求确定从站系统方案,对EtherCAT协议原理按照其通信模型分层进行研究。在此基础上采用模块化理念进行硬件系统设计,使用LAN9252芯片作为从站控制器,实现EtherCAT的物理层与数据链路层;采用ST公司开发的STM32F407ZGT6作为从站微控制器,用以完成应用层协议和功能逻辑单元;设计外围电路对从站系统实际项目应用提供支持,包括电源、隔离驱动、差分通信等电...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
以太网原型手绘图
智能制造装备产业使其在国际上具备竞争力，完成装备提升产业效率与技术水平。当前，工业自动化领域向着实时化的方向快速发展[7]；PLC 的一体化网络化发展、能化控制的发展共同描绘出工业自动化控制领域的前进技术的繁荣发展使其具有硬件产品配套完善，生产成本频率高带宽大传输速率快，软件资源成熟稳定品类丰富诸多优势。以上工控领域的发展需求与以太网的优势条控制技术，形成工业以太网。网又名以太网现场总线技术，一般指兼容普通标准以太[9]。为了克服传统以太网所采用 CSMA/CD 协议带来的，工业以太网需要在 IEEE802.3 协议的基础上适当修改目前，国际上各厂商的工业以太网按照所使用的原理可基于 TCP/IP、以太网、修改以太网等方式实现。
第二章 EtherCAT 协议原理第二章 EtherCAT 协议原理2.1 EtherCAT 系统概述实时工业以太网 EtherCAT 使用标准以太网传输介质连接主从站构成系统[23]，以介质访问控制机制解决信道竞争与分配，采用数据收发同时进行的全双工模式。EtherCAT 主站设备利用标准以太网接口硬件发送 0x88A4 类型数据帧，报文依次经过网络中的每一个从站设备时由硬件直接读取插入数据帧中属于自己的子报文[24]。从站采用“ON-THE-FLY”技术，利用硬件动态的完成报文的读写操作以提高数据传输速率，数据在从站中的停留时间缩短至 200ns。如图 2-1 所示，最后一个从站 n处理报文后将数据帧沿原路回传，由从站 1 上传回主站控制单元。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈我国工业自动化控制的现状及发展趋势[J]. 李磊,彭超. 山东工业技术. 2018(01)
[2]高速平滑S曲线加减速速度控制算法研究[J]. 许光彬,余道洋. 控制工程. 2017(10)
[3]EtherCAT分布时钟机制在数控系统中的研究与应用[J]. 李备备,林浒,郑飂默. 计算机工程与应用. 2018(05)
[4]全面实施“中国制造2025” 着力振兴实体经济[J]. 苗圩. 智慧中国. 2017(04)
[5]EtherCAT技术协会中国大陆会员突破500家[J]. 自动化应用. 2016(08)
[6]以太网技术发展综述[J]. 伍均玺. 计算机与网络. 2015(17)
[7]工业以太网现场总线EtherCAT的应用[J]. 姚胜东. 仪表技术. 2014(08)
[8]十年辉煌——EtherCAT助力工业新未来——访EtherCAT技术协会执行董事Martin Rostan[J]. 中国仪器仪表. 2014(05)
[9]柔性S型加减速控制算法研究[J]. 刘筱,吴文江,郑飂默. 组合机床与自动化加工技术. 2014(03)
[10]CANopen对象字典的分析与具体实现[J]. 金超,夏继强,满庆丰. 单片机与嵌入式系统应用. 2012(08)
博士论文
[1]多轴联动系统的运动规划与结构变形补偿[D]. 刘振忠.天津大学 2012
硕士论文
[1]蓝光光盘库多轴运动控制系统研究与应用[D]. 程映奇.广东工业大学 2018
[2]基于EtherCAT主站的运动控制系统设计[D]. 张桐.山东大学 2017
[3]基于EtherCAT总线的多轴运动控制系统研究与开发[D]. 栾伟.广东工业大学 2017
[4]基于国产PLC的从站固件开发及CoE协议的应用研究[D]. 尹敏.西安电子科技大学 2017
[5]基于Linux嵌入式平台的EtherCAT主站系统研究与设计[D]. 高恩博.浙江大学 2017
[6]基于EtherCAT的多轴运动控制系统的研究与设计[D]. 金瑶.浙江工业大学 2016
[7]基于EtherCAT的工业机器人通信技术研究[D]. 曹辉.西南科技大学 2016
[8]伺服驱动器EtherCAT网络控制设计与实现[D]. 咸明辉.华中科技大学 2016
[9]基于EtherCAT的开放式工业机器人控制系统研究[D]. 刘志鑫.华南理工大学 2016
[10]基于EtherCAT的伺服控制系统研究和设计[D]. 周长城.浙江工业大学 2015
本文编号：2928147
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
以太网原型手绘图
智能制造装备产业使其在国际上具备竞争力，完成装备提升产业效率与技术水平。当前，工业自动化领域向着实时化的方向快速发展[7]；PLC 的一体化网络化发展、能化控制的发展共同描绘出工业自动化控制领域的前进技术的繁荣发展使其具有硬件产品配套完善，生产成本频率高带宽大传输速率快，软件资源成熟稳定品类丰富诸多优势。以上工控领域的发展需求与以太网的优势条控制技术，形成工业以太网。网又名以太网现场总线技术，一般指兼容普通标准以太[9]。为了克服传统以太网所采用 CSMA/CD 协议带来的，工业以太网需要在 IEEE802.3 协议的基础上适当修改目前，国际上各厂商的工业以太网按照所使用的原理可基于 TCP/IP、以太网、修改以太网等方式实现。
第二章 EtherCAT 协议原理第二章 EtherCAT 协议原理2.1 EtherCAT 系统概述实时工业以太网 EtherCAT 使用标准以太网传输介质连接主从站构成系统[23]，以介质访问控制机制解决信道竞争与分配，采用数据收发同时进行的全双工模式。EtherCAT 主站设备利用标准以太网接口硬件发送 0x88A4 类型数据帧，报文依次经过网络中的每一个从站设备时由硬件直接读取插入数据帧中属于自己的子报文[24]。从站采用“ON-THE-FLY”技术，利用硬件动态的完成报文的读写操作以提高数据传输速率，数据在从站中的停留时间缩短至 200ns。如图 2-1 所示，最后一个从站 n处理报文后将数据帧沿原路回传，由从站 1 上传回主站控制单元。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈我国工业自动化控制的现状及发展趋势[J]. 李磊,彭超. 山东工业技术. 2018(01)
[2]高速平滑S曲线加减速速度控制算法研究[J]. 许光彬,余道洋. 控制工程. 2017(10)
[3]EtherCAT分布时钟机制在数控系统中的研究与应用[J]. 李备备,林浒,郑飂默. 计算机工程与应用. 2018(05)
[4]全面实施“中国制造2025” 着力振兴实体经济[J]. 苗圩. 智慧中国. 2017(04)
[5]EtherCAT技术协会中国大陆会员突破500家[J]. 自动化应用. 2016(08)
[6]以太网技术发展综述[J]. 伍均玺. 计算机与网络. 2015(17)
[7]工业以太网现场总线EtherCAT的应用[J]. 姚胜东. 仪表技术. 2014(08)
[8]十年辉煌——EtherCAT助力工业新未来——访EtherCAT技术协会执行董事Martin Rostan[J]. 中国仪器仪表. 2014(05)
[9]柔性S型加减速控制算法研究[J]. 刘筱,吴文江,郑飂默. 组合机床与自动化加工技术. 2014(03)
[10]CANopen对象字典的分析与具体实现[J]. 金超,夏继强,满庆丰. 单片机与嵌入式系统应用. 2012(08)
博士论文
[1]多轴联动系统的运动规划与结构变形补偿[D]. 刘振忠.天津大学 2012
硕士论文
[1]蓝光光盘库多轴运动控制系统研究与应用[D]. 程映奇.广东工业大学 2018
[2]基于EtherCAT主站的运动控制系统设计[D]. 张桐.山东大学 2017
[3]基于EtherCAT总线的多轴运动控制系统研究与开发[D]. 栾伟.广东工业大学 2017
[4]基于国产PLC的从站固件开发及CoE协议的应用研究[D]. 尹敏.西安电子科技大学 2017
[5]基于Linux嵌入式平台的EtherCAT主站系统研究与设计[D]. 高恩博.浙江大学 2017
[6]基于EtherCAT的多轴运动控制系统的研究与设计[D]. 金瑶.浙江工业大学 2016
[7]基于EtherCAT的工业机器人通信技术研究[D]. 曹辉.西南科技大学 2016
[8]伺服驱动器EtherCAT网络控制设计与实现[D]. 咸明辉.华中科技大学 2016
[9]基于EtherCAT的开放式工业机器人控制系统研究[D]. 刘志鑫.华南理工大学 2016
[10]基于EtherCAT的伺服控制系统研究和设计[D]. 周长城.浙江工业大学 2015
本文编号：2928147
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