EtherCAT主站协议SoE的研究与实现

发布时间：2017-04-20 01:10

  本文关键词：EtherCAT主站协议SoE的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着计算机技术和微电子技术的发展,数控技术为满足工业生产的需求将朝着运行高速化、加工精密化、控制智能化、功能复合化、通讯网络化的方向发展。为了打破国内数控市场被垄断的局面和满足工业生产的需求,在对国际上先进的数控系统所采用的总线技术做了分析之后我们对传统的数控系统的通信方式进行了改进引入了EtherCAT协议。目前,EtherCAT应用层协议CoE已经应用在高档数控国家工程研究中心开发的高档数控系统GJ400上,经试验验证其性能良好。基于已经在GJ400数控系统上取得的成果,而多种方法实现EtherCAT应用层协又将有利于GJ400数控系统的发展,提高产品的竞争力。基于此本文选择了SoE协议作为研究课题。本文首先根据物理层、数据链路层和应用层这三个层次对EtherCAT协议进行了详细的分析,其次根据EtherCAT协议传输的两大类数据即周期性数据和非周期性数据分别实现了So E协议的服务通道和过程数据传输功能,SoE协议服务通道的实现借助于EtherCAT数据链路层的邮箱通信,SoE协议的过程数据传输也是调用EtherCAT数据链路层的过程数据通信。最后搭建了主从站测试系统对主站协议SoE进行功能测试、性能测试和电机控制测试,功能测试验证了运行了SoE协议的主从站能正常工作,性能测试验证了SoE协议的时延和主从站通信时的时钟同步性能,电机控制测试验证了主站对电机的控制。通过实验验证了SoE协议的可用性、实时性,为SoE协议可以实际应用到GJ400数控系统之上奠定了基础。
【关键词】：EtherCAT协议邮箱通信 SoE协议 SSC 状态机
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 引言9-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题背景11-13
• 1.2 国内外研究现状及研究意义13-15
• 1.3 本文组织结构和预期目标15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 EtherCAT协议及相关理论的研究16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 EtherCAT运行原理16-17
• 2.3 EtherCAT物理层17
• 2.4 EtherCAT数据链路层17-25
• 2.4.1 EtherCAT数据帧17-19
• 2.4.2 EtherCAT报文寻址19-21
• 2.4.3 通信服务和WKC21-22
• 2.4.4 分布时钟22-25
• 2.5 EtherCAT应用层25-27
• 2.5.1 状态机25-26
• 2.5.2 应用层协议26-27
• 2.6 SoE协议27-28
• 2.6.1 SERCOS协议简介27-28
• 2.6.2 SERCOS over EtherCAT28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 SoE服务通道的实现29-45
• 3.1 引言29
• 3.2 EtherCAT邮箱数据通信的实现29-36
• 3.2.1 EtherCAT邮箱通信的报文格式29-30
• 3.2.2 邮箱数据通信实现机制30-36
• 3.3 SoE协议的主要内容36-38
• 3.4 SoE服务通道的实现38-44
• 3.4.1 SSC读操作的实现39-41
• 3.4.2 SSC写操作的实现41-42
• 3.4.3 SSC过程命令42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 SoE过程数据通信的实现45-54
• 4.1 引言45-46
• 4.2 过程数据通信的实现机制46-48
• 4.2.1 过程数据发送函数的实现46-47
• 4.2.2 过程数据接收函数的实现47-48
• 4.3 SoE过程数据映射的实现48-50
• 4.3.1 主站输出过程数据映射49
• 4.3.2 从站反馈数据映射49-50
• 4.4 其它50-53
• 4.4.1 主站读取EEPROM信息的改进50-51
• 4.4.2 分布时钟的实现51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 SoE协议的测试54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 测试平台搭建54-55
• 5.3 EtherCAT状态机测试55-57
• 5.4 SoE协议数据传输测试57-59
• 5.4.1 服务通道SSC测试57-58
• 5.4.2 SoE过程数据通信测试58-59
• 5.5 EtherCAT协议关键性能指标测试59-61
• 5.5.1 时延测试59-60
• 5.5.2 时钟同步性能的测试60-61
• 5.6 电机控制实验61-63
• 5.7 本章小节63-64
• 结束语64-66
• 参考文献66-68
• 发表文章68-69
• 致谢69

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