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关于EtherCAT主站,你想知道的都在这里!

ZLG致远电子 2021-01-13 14:31 发文

为激活更丰富的EtherCAT应用场景和创新产品,ZLG致远电子研发团队推出系统的EtherCAT主站解决方案,本篇将从软硬件方面详细介绍EtherCATNET-100M主站控制设备。

EtherCAT是当今主流的高速现场总线解决方案,也是工业4.0智能制造的先进技术核心。现场总线技术适合于大数据量传输,但不适合于测控工程领域中的确定性进程通讯以及高速数据传输。因此,EtherCAT的设计目标是支持标准的以太网,并且能够以最小的硬件成本在实时控制领域开展使用,更新周期快,稳定性高。

 致远电子EtherCAT主站性能如何?

EtherCATNET-100M是一款多功能以太网转EtherCAT主站设备,EtherCAT总线传输速率可达100Mb/s,可实现闭环伺服系统的实时控制与实时数据传输,具有高性能、高传输速度、高可靠性通讯等优点。集成2路EtherCAT接口,具有线缆冗余的机能。

图1  EtherCATNET-100M

EtherCAT主站产品功能特性概览:

支持多达32轴同步和1024个EtherCAT I/O应用;

运动控制伺服通讯周期不超过500us,I/O主站资料更新周期不超过200us;

采用大规模可编程器件FPGA实现专用以太网MAC以优化实时性能;

丰富的外设接口:主站集成1路千兆通用以太网接口、2路专用EtherCAT接口、1路CAN(FD)接口、2路USB2.0接口、1路HDMI接口、1路RS-232接口、1路SD卡接口、2路DI/DO数字输入输出;

采用4GB工业级EMMC,掉电非易丢失数据;

内置RTC,断电可完成计时或事件记录功能;

宽输入9-48V直流供电电压,额定功耗6W;

工作温度:-40℃~+85℃。

 主站系统构成

EtherCATNET-100M可快速实现EtherCAT主站控制通讯,集成1路千兆通用以太网接口、2路专用EtherCAT接口、1路CAN(FD)接口、1路HDMI接口、1路SD卡接口、2路DI/DO数字输入输出等。丰富的外设接口可实现更智能化的EtherCAT主站控制。

图2  主站系统构成

 环型拓扑冗余技术

冗余以太网的拓扑结构包括环型、网络型和混合型拓扑,对于一般的工业以太网系统,可直接用较为简单实用的环型拓扑结构。EtherCAT主站提供两路EtherCAT专用网口,在环型拓扑结构中,将LAN1接到从站(ESC)节点1的IN口,然后从站节点1的OUT口接到下一个从站节点的IN口,依次连接,直到最后一个从站节点连接到EtherCAT主站的LAN2口,如下图所示。由于ESC从站控制器具有自动回环功能,当环形结构中出现单点故障时,EtherCAT网络信息流能在故障断点处自动回环,主站仍然可以与各个从站保持数据传输,大大增强了EtherCAT网络的可靠性与可维护性。

图3  环型拓扑冗余技术

 搭载HDMI和CANFD接口,满足更多应用需求

EtherCATNET-100M设备提供1路HDMI接口,用于与人机界面或PC显示器的接口通信,接口物理形式为HDMI-Type A。HDMI接口特点与电气参数:

高清晰、无损压缩的数字信号传输,其分辨率达到1280x720;

支持HDMI 2.0向下兼容版本规范;

支持EDID和DDC2B标准;

支持热插拔;

具有更好抗干扰能力,实现最长10m无增益传输。

设备提供1路隔离CAN(FD)接口,接口物理形式为DB9插座。支持CAN波特率40K~5Mbps,支持CAN、CANFD ISO或CANFD Non-ISO多种控制器类型,内置软件设置CAN(FD)通道120欧姆终端电阻使能开关。可高效进行CAN FD总线二次开发,满足多总线应用需求。

图4  CANFD接口应用

 化繁为简的函数库

EtherCAT主站库以Linux下动态链接库(so)的方式提供,可以实现EtherCAT主站控制等功能。主站可以通过函数库启动主站RPC服务器,RPC客户端可以通过网络连接到主站RPC服务器,控制主站完成EhterCAT相关的功能。函数库包含zecm.h头文件和libzecm.so动态连接库文件。zecm.h文件包含了EtherCAT主站的数据类型,数据结构以及函数声明,用户开发自定义主站需要配置交叉编译环境,将编译好的程序下载到主站上,在主站运行编译后的程序以完成EtherCAT的通信控制功能。

图5  丰富的函数库

传统复杂的函数,精炼为如下9条简单易用的函数库:

EcatMasterLibInit,EtherCAT主站库初始化;

EcatMasterLibExit,释放EtherCAT主站库;

EcatSimpleStart,启动主站和RPC服务器;EcatSimpleStop,停止主站和RPC服务器;

EcatRequestMasterState,发送网络管理命令;

EcatGetMasterState,获取主站当前状态;

EcatGetSlaveState,获取从站当前状态;

EcatSetExtCtrlTaskHandler,设置用户过程数据回调函数;

EcatResetExtCtrlTaskHandler,复位用户过程数据回调函数;

EcatCoeSDODownload,SDO下载;EcatCoeSDOUpload ,SDO上传。

 技术一图看懂主站运行流程

主站可以运行用户编写的程序,主站程序运行一般遵循的流程如下。

图6  主站运行流程图



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