EtherCAT冗余技术在多轴网络运动控制系统中的应用研究

EtherCAT是一种新型实时工业以太网总线.研究了EtherCAT工作原理、通信协议、性能和冗余技术.设计了基于EtherCAT冗余技术的多轴网络运动控制系统,采用TwinCAT作为主站,利用ET1100和TMS320F28335开发了EtherCAT从站设备,构建了一主多从的EtherCAT网络结构,并给出了系统硬件和软件的设计方案,以实现伺服控制和实时数据传输.     

基于EtherCAT总线的发动机压装闭环控制系统的研究

为了提高发动机自动化压装系统的精度和控制性能,按照发动机压装系统的要求,设计了伺服电动缸代替液压缸的发动机压装控制系统。采用EtherCAT总线技术,设备层和控制层通过EtherCAT总线连接,以提高数据传输的快速性、稳定性和准确性。采用基于模糊PID控制的控制算法,通过实时监测压装力和位置实现了压装力-位置闭环控制。     

EtherCAT主站与主站通信协议的研究与实现

EtherCAT是目前最高速的工业现场总线网络。由于其高带宽利用率,低堆栈延迟、低交换机延迟等优点,近些年被广泛应用于数控机床系统。为满足EtherCAT主站间的通信,进一步扩展EtherCAT组网功能,为构建EtherCAT工业复杂网络提供技术支持,在不影响原有主站与从站通信功能情况下,设计了支持主站与主站之间通信的新协议,扩充IGH开源驱动功能,在AM3358处理器硬件平台上实现了EtherCAT主站与主站的通信。分别在实时RT-Patch linux系统和原生linux系统中对设计方案进行测试,结果表明该方案运行稳定且可以满足主从、主主之间相互通信,满足了工业组网需求。为实现EtherCAT数控系统复杂网络的建立和大数据的快速采集,解决了主站与主站之间通信的关键问题。     

基于EtherCAT总线的分布式测控系统

网络化、分布式是现代测控系统的发展方向。设计一种基于EtherCAT总线的分布式测控系统,系统为一主多从结构,主站采用软控制器TwinCAT实现,为从站设计了测控系统通信及控制卡,实现了EtherCAT通信和多种信号的多通道输入测量及输出控制功能。实验结果表明:该系统具有信号测量及控制精度高、实时性好、扩展方便的特点。     

基于X86平台的EtherCAT主站设计

工业以太网现场总线EtherCAT具有高速高效率、同步性能好等优点,被广泛应用于运动控制领域。基于X86平台提出一种EtherCAT主站的设计方案、设计流程与实现流程,并构建了由EtherCAT主站、伺服控制器和伺服电机组成的控制网络。详细探讨了主站内核改造、主站对从站XML文件的解析流程,以及用于EtherCAT主、从精确实时同步分布时钟机制。实验结果证明：所研发的主站实时性稳定可靠,多轴同步误差在纳秒级别,达到了工业应用领域中对EtherCAT主站性能的要求。     

基于LAN9252的伺服驱动EtherCAT通信接口实现

为了实现伺服驱动器EtherCAT工业以太网通信接口功能,提出了一种基于LAN9252与STM32F407硬件方案,结合EtherCAT与CANopen DS402伺服和运动控制行规实现该接口的方法,给出了软件设计过程。基于TwinCAT主站软件,搭建伺服驱动EtherCAT通信接口测试平台,验证接口功能,对实时性、稳定性与同步性进行分析。测试结果表明:实现了EtherCAT通信,报文刷新时间为16.55μs,同步脉冲抖动为5ns,丢包率与出错率为零,满足伺服驱动实时性、稳定性与同步性要求,该方法可行。     

基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统设计与实现

由于传统PLC需要依赖于特定的软硬件,其硬件、软件系统封闭,系统开放性和扩展性不足,并且现场数据传输实时性不高。针对这些问题,提出了一种利用实时以太网EtherCAT协议通讯,基于PC的软PLC运动控制方案。该方案通讯总线采用分布式时钟技术,使用标准以太网协议,无需专用网卡,便能够实现多轴精确同步控制,适合高速机器人的高精度伺服控制。通过在DELTA2高速并联机器人上的测试分析,结果表明:该控制方案使机器人的运动控制性能得到了很大的提升。     

工业以太网EtherCAT的无线网关设计

实时工业以太网技术是目前工业通信领域研究的热点,EtherCAT技术具有光明的应用前景.无线传感网ZigBee技术可以带来传输通道部署和规划上的便利,可以减少大量布线施工的代价与困扰.开发连接EtherCAT和ZigBee的网关可以拓展工业通信网络的范围,实现对工业制造现场的环境变化的感知.在对两种协议深入研究的基础上,提出了ZigBee接入EtherCAT的实现方案,设计了EtherCAT和ZigBee的网关通信模型,并且采用ARM Cortex-A8和CC2530设计并实现了连接EtherCAT与ZigBee的网关.经过测试表明,该网关实现了EtherCAT与ZigBee网络通信的协议转换功能,能够满足实时采集现场数据的需要.     

EtherCAT主站协议SoE的研究与实现

多种方法实现EtherCAT应用层协议将有利于提升EtherCAT技术在国内数控产品中的应用,使国内的伺服产品的开放性和实时性得到提高,目前CoE协议已经应用于实践且取得了不错的效果,所以提出了实现SoE协议并且应用在数控系统中。文章首先介绍了EtherCAT通信协议的基本内容,然后对现有的EtherCAT协议进行分析然后从结构和性能两方面对其进行改进,并通过实验对改进的协议从性能和功能两方面进行验证。     

基于LinuxCNC的EtherCAT主站研究

LinuxCNC是一款开源实时数控系统,可应用于工业机器人的伺服控制等领域,但其本身并没有实现任何与下层设备的通信功能。因此,若想利用该系统作为上位机软件,需另外扩展其与下位机的通信模块。介绍了一种通过扩展LinuxCNC的HAL模块来实现EtherCAT实时工业以太网主站的设计方法,从而实现整个系统的上位机和下位机通信。详细阐述了主站各个模块的功能和工作原理,并给出了其具体实现的步骤。实验结果表明,用该方法实现的EtherCAT主站可以稳定高效地运行在LinuxCNC数控系统上。     

EtherCAT时钟同步技术的研究

为了解决工业控制领域中分布系统的同步问题,基于EtherCAT网络线形拓扑结构,分析了EtherCAT分布时钟的同步机制和主从站间的通信时序,深入研究了SYNC信号周期与发送同步帧的时间间隔的稳定性对同步质量的影响。设计了基于ARM的分布时钟的主站同步算法及仿真程序,并在搭建的测试平台上进行测试。测试结果表明,EtherCAT同步精度足以满足同步性的需求。     

基于工业以太网的开放式数控系统设计与开发

提出一种基于工业以太网的开放式数控系统的体系结构,分析这种数控系统的功能及特点。EtherCAT是适用于这种数控系统的一种工业以太网,具体说明了EtherCAT的数据帧结构及通信模式,并给出一种基于工业以太网的标准数控平台的硬件、软件的设计方法。实践证明:这是一种在实时性、可靠性和同步性等方面较先进的开放式数控系统。     

基于现场总线技术的变极性等离子弧焊接控制系统

以嵌入式PC和德国倍福E-bus模块组成硬件平台,构建了一套基于现场总线的变极性等离子弧自动化焊接控制系统.利用EtherCAT协议构建系统的运动控制平台,建立空间笛卡儿三维坐标系,采用G代码命令编程,实现对于焊接空间轨迹的示教功能,同时利用DeviceNet协议构建系统的焊接工艺控制平台,建立变极性等离子焊接电源、等...     

基于EtherCAT总线的NJ控制器与Kubler编码器通信

介绍了EtherCAT总线与Kuble编码器的基本原理,详细研究了基于EtherCAT总线实现OMRON的NJ型控制器与库伯勒编码器通讯方法。     

实时工业以太网技术的研究

实时工业以太网是工业控制通信领域研究的热点.对国际电工委员会制定的工业以太网与现场总线规范进行了深入研究,并对入选其中的10种实时以太网技术进行了分析、归类.重点对目前工业以太网中实时性最好的EtherCAT协议进行了深入研究,详细分析了EtherCAT网络的拓扑结构、通信原理及其主站、从站的协议构成.经过对IEC61158中的各种工业通信标准进行分析后,得出工业通信网络的发展方向:实时以太网和现场总线将向着开放统一的方向发展.     

基于EtherCAT协议的FMS多设备实时数据采集技术

为解决柔性制造系统(FMS)实时数据采集的问题,对EtherCAT实时性、传输效率进行分析;针对FMS设备进行主从站的建立,并进行主站与从站的通信测试.结果表明:EtherCAT兼容多种以太网协议,并且对于实时数据的传输效率更高,多设备的I/O信号响应快,可以预见EtherCAT将逐渐成为智能工厂的主流实时数据通信协议...     

基于分时复用策略的EtherCAT从站IP核设计及实现

在分析工业以太网EtherCAT协议基础之上,针对现今EtherCAT从站采用专用ASIC或者商用IP核实现的成本高、不灵活等问题,提出了一种基于通用FPGA的实现方法。该方法根据数据帧驱动特性的分时复用策略,将EtherCAT从站IP核中的各个功能模块任务进行分类,利用FPGA的并行特性进行模块任务的串并行调度,实现了在无数据帧缓存的条件下EtherCAT从站IP核。实验结果表明,基于该方法设计及实现的IP核不仅具有良好的兼容性和稳定性,还具有更为优良同步特性和快速响应特性。     

基于AM3359的单EtherCAT从站多轴系统的实现

提出一种在异构多核处理器AM3359平台上搭建用于多轴伺服电机驱动运动控制系统的高集成度EtherCAT从站的方案,并实现伺服运动控制行规Ci A402,最多高达8轴实时控制。首先描述整体结构,之后介绍硬件及软件设计,重点描述多轴系统搭建过程及原理。最后对从站实时性、多轴同步性,及安全性进行实验测试与分析,实验结果表明,基于AM3359的多轴EtherCAT从站能够满足高速度、高精度、高可靠性的控制要求。     

基于Zynq SoC的EtherCAT主站设计及实现

为了在高端数控系统中实施高性能的EtherCAT总线,提出了一种基于Zynq-7000 SoC的EtherCAT主站构建方案。首先基于Zynq-7000硬件平台,运用系统模块化设计方法对EtherCAT主站进行总体方案规划,然后基于电子设计平台Vivado设计主站的硬件工程,接着在CPU0上搭建FreeRTOS操作系统,在此基础上移植了开源主站库(SOEM-1.3.3)并对网卡驱动进行优化,最后建立了EtherCAT主站测试系统。实验结果表明,该主站的周期通信时间约为40μs,通信抖动为纳秒级,具有较高的实时性和稳定性。     

基于EtherCAT的多轴运动控制系统设计

针对多轴控制系统中的同步性问题,设计了一款基于EtherCAT的多轴运动控制系统,并提出了对主站和从站均采用实时操作系统的解决方案。对于EtherCAT主站,在嵌入式平台上,构建了基于Xenomai-Linux和Etherlab的主站方案,人机界面使用Qt来编写,EtherCAT从站采用的是u C/OSIII实时操作系统,通过抢占式内核保证了从站之间的数据实时性。通过主从站的双实时设计方案,保证了系统中多轴之间的同步性。实验结果表明,基于双实时操作系统的EtherCAT运动控制系统,连接便利,同步时间在微秒级别,具有很好的实时性。