EtherCAT总线用于大规模控制装置的技术论证

发布时间：2022-08-12 10:20

　　现代控制系统和控制装置的规模、复杂度越来越大、集成化越来越深,其对数据传输量、传输的实时性、传输距离等性能指标也有了更高的要求。传统的现场总线技术已经无法满足这些要求,基于此,国际各大自动化厂商提出了各自的新一代现场总线技术方案,这其中德国倍福公司的EtherCAT技术方案凭借其实时性好、使用简单、与以太网技术兼容、拓扑结构灵活等特点而受到用户的青睐,得到迅速发展。本文面向大型控制装置对新一代现场总线的应用需求,论证了将EtherCAT工业以太网引入大型装置的可能性。实现了 EtherCAT从站,构建了 EtherCAT网络测试了从站的性能。本文先从当前控制系统的应用背景出发,阐述了引入工业以太网技术的必要性并介绍比较了几种主流的工业以太网技术,分析了 EtherCAT的技术优势。随后,本文深入研究了 EtherCAT的系统组成、报文寻址和通讯服务、拓扑结构、分布时钟、通信模式、状态机、应用层协议等核心内容。最后,硬件上实现了基于ET1100芯片的EtherCAT从站,软件上从分层的思想出发设计了底层驱动代码、中间EtherCAT协议栈、上层应用软件,完成了整个EtherCAT网络的搭... 

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 现场总线与工业以太网
        1.2.1 现场总线技术概述
        1.2.2 工业以太网技术概述
        1.2.3 EtherCAT技术概述
    1.3 课题研究难点及方法
        1.3.1 课题研究难点
        1.3.2 课题研究方法
    1.4 本论文主要内容
第二章 EtherCAT技术原理
    2.1 EtherCAT系统组成
        2.1.1 EtherCAT总体结构
        2.1.2 EtherCAT主站组成
        2.1.3 EtherCAT从站组成
    2.2 EtherCAT帧结构
    2.3 EtherCAT寻址方式及通信服务
        2.3.1 网段寻址
        2.3.2 设备寻址
        2.3.3 逻辑寻址
        2.3.4 通信服务
    2.4 EtherCAT分布时钟
        2.4.1 分布时钟概念
        2.4.2 传输延时及时间初始偏移量的计算
        2.4.3 同步方法
    2.5 EtherCAT通信模式
    2.6 EtherCAT状态机及应用层协议
        2.6.1 EtherCAT状态机
    2.7 应用层协议
    2.8 故障诊断及冗余技术
        2.8.1 故障诊断方法
        2.8.2 冗余链路技术
    2.9 本章小结
第三章 EtherCAT从站设计
    3.1 从站总体架构设计
    3.2 从站硬件部分设计
        3.2.1 ET1100
            3.2.1.1 ET1100片上资源
            3.2.1.2 ET1100数据链路层控制
            3.2.1.3 ET1100通信接口
            3.2.1.4 过程数据接口
            3.2.1.5 数据管理
            3.2.1.6 应用层控制
        3.2.2 从站微控制器
            3.2.2.1 STM32F7介绍
            3.2.2.2 可变存储控制器接口
        3.2.3 电机驱控芯片
    3.3 从站软件部分设计
        3.3.1 驱动程序设计
        3.3.2 协议栈代码设计
            3.3.2.1 状态机的实现
            3.3.3.2 从站运行模式的设计
        3.3.3 应用层代码设计
            3.3.3.1 CoE对象字典设计
            3.3.3.2 应用层功能的实现
    3.4 本章小结
第四章 EtherCAT网络搭建与测试
    4.1 测试网络搭建
    4.2 网络功能测试
        4.2.1 测试指标
        4.2.2 测试过程及测试结果
    4.4 本章小结
第五章 总结
    5.1 工作总结及未来展望
    5.2 不足之处
致谢
参考文献
附录 发表论文与科研情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TwinCAT的EtherCAT网络系统故障全诊断[J]. 程卫权,荀庆来,袁韬,王锋.  电信技术. 2019(04)
[2]基于EtherCAT的导弹发射车控制系统设计与实现[J]. 李晓松,朱新勃,蔡艳芳.  弹箭与制导学报. 2019(04)
[3]历经十年发展,EtherCAT成为真正的市场标准[J]. 顾硕.  自动化博览. 2018(01)
[4]实时以太网EtherCAT在某大型机动雷达伺服系统中的应用[J]. 汤辉,刘喆.  雷达与对抗. 2017(04)
[5]基于EtherCAT总线的分布式测控系统[J]. 丁文科,陈成军,刘鹏,邵泽燕.  机床与液压. 2017(20)
[6]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)
[7]基于EtherCAT的多轴运动控制系统设计[J]. 谢锴,颜钢锋.  组合机床与自动化加工技术. 2017(02)
[8]基于EtherCAT总线的高速高精度多轴伺服运动控制器[J]. 栾伟,易勇帆,王钦若.  电子世界. 2017(02)
[9]基于EtherCAT技术的多轴运动控制系统[J]. 张从鹏,赵康康.  仪表技术与传感器. 2017(01)
[10]基于EtherCAT的五自由度机械臂控制系统研制[J]. 李彦彪,崔玉乾,宋伟任,崔泽.  机械制造. 2016(10)

硕士论文
[1]基于EtherCAT技术的视觉分检系统设计[D]. 张乾坤.山东大学 2017
[2]基于实时工业以太网EtherCAT的双电机驱动控制应用研究[D]. 林梦云.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2017
[3]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
[4]基于EtherCAT工业以太网的数据采集系统的研究[D]. 郑培均.哈尔滨工业大学 2016
[5]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
[6]基于EtherCAT的多轴运动控制器研究[D]. 孙士超.哈尔滨工业大学 2014
[7]EtherCAT从站软件的设计与实现[D]. 任计羽.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[8]基于EtherCAT的高性能数据采集系统的设计[D]. 白涛.复旦大学 2014
[9]基于EtherCAT的主站通信控制器设计[D]. 张磊.广东工业大学 2013
[10]基于EtherCAT工业以太网的伺服运动控制系统设计[D]. 林思引.华南理工大学 2013



本文编号：3675699