EtherCat培訓(xùn)資料

1、EtherCat培訓(xùn)資料2022-2-19u定義定義 現(xiàn)場總線（現(xiàn)場總線（FieldBus）是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在智能化測）是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在智能化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通訊的系統(tǒng)，量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通訊的系統(tǒng)，也被成為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通訊的底層控制網(wǎng)絡(luò)。也被成為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通訊的底層控制網(wǎng)絡(luò)。 傳統(tǒng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)2022-2-19現(xiàn)場總線類型u 現(xiàn)場總線協(xié)議：現(xiàn)場總線協(xié)議：ControlNet、Profibus、Interbus、DeviceNet、CANopen、CC-Link、ASi、IO-Linku Profinet、Ethe

2、rnet/IP、EtherCAT、Modbus/TCP、SERCOS2022-2-19工業(yè)通訊協(xié)議關(guān)系布局工業(yè)通訊協(xié)議關(guān)系布局uCANopen協(xié)議是一種基于協(xié)議是一種基于CAN總線總線的應(yīng)用層協(xié)議。的應(yīng)用層協(xié)議。uCANopen協(xié)議在歐洲廣泛應(yīng)用，協(xié)議在歐洲廣泛應(yīng)用， 已已成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50325-42022-2-192022-2-19兩者之間的關(guān)系 （1）介質(zhì)訪問控制及物理信號使用）介質(zhì)訪問控制及物理信號使用CAN總線總線技術(shù)；技術(shù)；（2）通信速率可以有多種選擇；）通信速率可以有多種選擇；（3）采用對象字典作為通信接口與應(yīng)用程序）采用對象字典作為通信接口與應(yīng)用程序的接口；的接口

3、；（4）支持主）支持主/從、生產(chǎn)者從、生產(chǎn)者/消費(fèi)者和客戶機(jī)消費(fèi)者和客戶機(jī)/服服務(wù)器等多種通信模式；務(wù)器等多種通信模式；（5）制定了多種設(shè)備子協(xié)議；）制定了多種設(shè)備子協(xié)議；2022-2-19（6）可使用多種線纜和連接器；）可使用多種線纜和連接器；（7）數(shù)據(jù)通信可采用事件驅(qū)動、遠(yuǎn)程請求、）數(shù)據(jù)通信可采用事件驅(qū)動、遠(yuǎn)程請求、同步傳輸?shù)榷喾N方式；同步傳輸?shù)榷喾N方式；（8）采用心跳報(bào)文、節(jié)點(diǎn)保護(hù)、壽命保護(hù)等）采用心跳報(bào)文、節(jié)點(diǎn)保護(hù)、壽命保護(hù)等多種設(shè)備監(jiān)控方式，有利于節(jié)點(diǎn)之間的可靠通多種設(shè)備監(jiān)控方式，有利于節(jié)點(diǎn)之間的可靠通信；信；（9）提供典型的預(yù)定義主）提供典型的預(yù)定義主/從連接組，最多可從連接組，最

4、多可支持支持127個節(jié)點(diǎn)；個節(jié)點(diǎn)；（10）提供很大的靈活性，應(yīng)用非常廣泛。）提供很大的靈活性，應(yīng)用非常廣泛。 2022-2-192022-2-19u對象字典是一個有序的對象組對象字典是一個有序的對象組u每個對象采用一個每個對象采用一個16位的索引來尋址位的索引來尋址u定義了一個定義了一個8位的子索引來方為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的單個元素位的子索引來方為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的單個元素2022-2-192022-2-192022-2-192022-2-19通訊對象表通訊對象表2022-2-192022-2-19uCANopen通訊模型定義了通訊模型定義了4種報(bào)文（通訊對象）：種報(bào)文（通訊對象）： 網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文（網(wǎng)絡(luò)管理

5、報(bào)文（NMT） 服務(wù)數(shù)據(jù)對象服務(wù)數(shù)據(jù)對象SDO(Service Data Object） 過程數(shù)據(jù)對象過程數(shù)據(jù)對象PDO（ProcessData Object） 預(yù)定義報(bào)文或者特殊功能對象預(yù)定義報(bào)文或者特殊功能對象u基于主從式的結(jié)構(gòu)基于主從式的結(jié)構(gòu)u一個一個CANopen網(wǎng)絡(luò)中只有一個網(wǎng)絡(luò)中只有一個NMT主節(jié)點(diǎn)主節(jié)點(diǎn)u作用作用 節(jié)點(diǎn)狀態(tài)控制節(jié)點(diǎn)狀態(tài)控制初始化狀態(tài)初始化狀態(tài)預(yù)操作狀態(tài)預(yù)操作狀態(tài)操作狀態(tài)操作狀態(tài)停止?fàn)顟B(tài)停止?fàn)顟B(tài) 錯誤控制錯誤控制Node GuardingHeartbeart 節(jié)點(diǎn)啟動節(jié)點(diǎn)啟動(boot-up)2022-2-19u只有只有NMT-Master節(jié)點(diǎn)能夠傳送節(jié)點(diǎn)能夠傳送N

6、MTModule Control報(bào)文。所有從設(shè)備必須支持報(bào)文。所有從設(shè)備必須支持NMT模塊控制服務(wù)。模塊控制服務(wù)。NMTModule Control消息不需要應(yīng)答。消息不需要應(yīng)答。NMT消息格式消息格式2022-2-192022-2-192022-2-19u通過節(jié)點(diǎn)保護(hù)服務(wù)，通過節(jié)點(diǎn)保護(hù)服務(wù)，MNT主節(jié)點(diǎn)可以檢查每個節(jié)點(diǎn)的主節(jié)點(diǎn)可以檢查每個節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)當(dāng)前狀態(tài)uNMT-Slave節(jié)點(diǎn)發(fā)送如下報(bào)文應(yīng)答節(jié)點(diǎn)發(fā)送如下報(bào)文應(yīng)答2022-2-19u一個節(jié)點(diǎn)可被配置為產(chǎn)生周期性的被稱作心跳報(bào)文（一個節(jié)點(diǎn)可被配置為產(chǎn)生周期性的被稱作心跳報(bào)文（Heartbeat）的報(bào)文）的報(bào)文2022-2-19u NMT-

7、slave節(jié)點(diǎn)發(fā)布節(jié)點(diǎn)發(fā)布Boot-up報(bào)文通知報(bào)文通知NMT-Master節(jié)點(diǎn)它已經(jīng)從節(jié)點(diǎn)它已經(jīng)從initialising狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)進(jìn)入pre-operational狀態(tài)。狀態(tài)。NMT-Master NMT-Slave 2022-2-19u用來傳輸實(shí)時數(shù)據(jù)，用來傳輸實(shí)時數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)從一個生產(chǎn)者傳到一個或多數(shù)據(jù)從一個生產(chǎn)者傳到一個或多個消費(fèi)者。數(shù)據(jù)傳送限制在個消費(fèi)者。數(shù)據(jù)傳送限制在1到到8個字節(jié)個字節(jié)uPDO通訊沒有協(xié)議規(guī)定。通訊沒有協(xié)議規(guī)定。PDO數(shù)據(jù)內(nèi)容只由它的數(shù)據(jù)內(nèi)容只由它的CAN ID定義定義u每個每個PDO在對象字典中用在對象字典中用2個對象描述個對象描述 PDO通訊參數(shù)：包含哪個

8、通訊參數(shù)：包含哪個COB-ID將被將被PDO使用，傳輸類型使用，傳輸類型，禁止時間和定時器周期，禁止時間和定時器周期 PDO映射參數(shù)：包含一個對象字典中對象的列表，這些對象映射參數(shù)：包含一個對象字典中對象的列表，這些對象映射到映射到PDO里，包括它們的數(shù)據(jù)長度（里，包括它們的數(shù)據(jù)長度（in bits）。生產(chǎn)者和）。生產(chǎn)者和消費(fèi)者必須知道這個映射，以解釋消費(fèi)者必須知道這個映射，以解釋PDO內(nèi)容內(nèi)容uPDO消息的內(nèi)容是預(yù)定義消息的內(nèi)容是預(yù)定義,映射應(yīng)用對象到映射應(yīng)用對象到PDO中是在中是在設(shè)備對象字典中描述的。設(shè)備對象字典中描述的。2022-2-192022-2-192022-2-192022-2

9、-192022-2-192022-2-192022-2-19RPDOTPDO2022-2-19u 通過使用索引和子索引（在通過使用索引和子索引（在CAN報(bào)文的前幾個字節(jié)），報(bào)文的前幾個字節(jié)），SDO使客使客戶機(jī)能夠訪問設(shè)備（服務(wù)器）對象字典中的項(xiàng)（對象）戶機(jī)能夠訪問設(shè)備（服務(wù)器）對象字典中的項(xiàng)（對象）u SDO允許傳送任何長度的數(shù)據(jù)（當(dāng)數(shù)據(jù)超過允許傳送任何長度的數(shù)據(jù)（當(dāng)數(shù)據(jù)超過4個字節(jié)時分拆成幾個字節(jié)時分拆成幾個報(bào)文）個報(bào)文）u 協(xié)議是確認(rèn)服務(wù)類型：為每個消息生成一個應(yīng)答（一個協(xié)議是確認(rèn)服務(wù)類型：為每個消息生成一個應(yīng)答（一個SDO需要需要兩個兩個ID）,SDO請求和應(yīng)答報(bào)請求和應(yīng)答報(bào)u 文總是

10、包含文總是包含8個字節(jié)（沒有意義的數(shù)據(jù)長度在第一個字節(jié)中表示個字節(jié)（沒有意義的數(shù)據(jù)長度在第一個字節(jié)中表示，第一個字節(jié)攜帶協(xié)議信息）。，第一個字節(jié)攜帶協(xié)議信息）。SDO通訊有較多的協(xié)議規(guī)定。通訊有較多的協(xié)議規(guī)定。2022-2-192022-2-192022-2-192022-2-192022-2-19u同步（同步（SYNC）u時間標(biāo)記對象（時間標(biāo)記對象（TimeStamp）u緊急事件（緊急事件（Emergency）u節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)/壽命保護(hù)（壽命保護(hù)（Node/Life guarding）2022-2-19uSDO 客戶讀取報(bào)文當(dāng)客戶節(jié)點(diǎn)想從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)時客戶讀取報(bào)文當(dāng)客戶節(jié)點(diǎn)想從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)時，

11、向服務(wù)器發(fā)送請求報(bào)文（，向服務(wù)器發(fā)送請求報(bào)文（clientserver），通信報(bào)），通信報(bào)文文2022-2-192022-2-19CAN通訊接口、對象字典和應(yīng)用程序之間的聯(lián)系u上面提到的通訊對象類型中有二個對象用于數(shù)據(jù)傳輸上面提到的通訊對象類型中有二個對象用于數(shù)據(jù)傳輸它們采用二種不同的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制實(shí)現(xiàn)：它們采用二種不同的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制實(shí)現(xiàn)：u SDO 用來在設(shè)備之間傳輸大的低優(yōu)先級數(shù)據(jù)，典型的用來在設(shè)備之間傳輸大的低優(yōu)先級數(shù)據(jù)，典型的是用來配置是用來配置CANopen網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備。u PDO 用來傳輸用來傳輸8字節(jié)或更少數(shù)據(jù)，沒有其它協(xié)議預(yù)設(shè)字節(jié)或更少數(shù)據(jù)，沒有其它協(xié)議預(yù)設(shè)定（意味

12、著數(shù)據(jù)內(nèi)容已預(yù)先定義）。定（意味著數(shù)據(jù)內(nèi)容已預(yù)先定義）。u一個一個CANopen設(shè)備必須支持一定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)設(shè)備必須支持一定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)（管理報(bào)文，（管理報(bào)文，administrative messages），需要至少一），需要至少一個個SDO。每個生產(chǎn)或消費(fèi)過程數(shù)據(jù)的設(shè)備需要至少一。每個生產(chǎn)或消費(fèi)過程數(shù)據(jù)的設(shè)備需要至少一個個PDO。所有其它的通訊對象是可選的。所有其它的通訊對象是可選的。2022-2-19u 1 PROFILE POSITION MODE(標(biāo)準(zhǔn)位置模式)u 2 HOMING MODE(回原點(diǎn)模式)u 3 INTERPOLATED POSITION MODE(插補(bǔ)位

13、置模式)u 4 PROFILE VELOCITY MODE(標(biāo)準(zhǔn)速度模式)u 5 PROFILE TORQUE MODE(標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩模式)u 6 VELOCITY MODE(速度模式)2022-2-19u Object 607Ah: Target position(Po350; Po351)u Object 607Bh: Position range limitu Object 607Dh: Software position limitu Object 607Fh: Max profile velocityu Object 6080h: Max motor speedu Object 6081

14、h: Profile velocity(Po330) u Object 6082h: End velocityu Object 6083h: Profile acceleration(Po310)u Object 6084h: Profile deceleration(Po311)u Object 6085h: Quick stop decelerationu Object 6086h: Motion profile type(Po328)u Object 60C5h: Max accelerationu Object 60C6h: Max deceleration2022-2-19u Obj

15、ect 6062h: Position demand value(Po910; Po911)u Object 6064h: Position actual value(Po956; Po957)u Object 6065h: Following error windowu Object 6066h: Following error time outu Object 6067h: Position windowu Object 6068h : Position window timeu Object 60F4h: Following error actual value(Po912; Po913

16、)u Object 607Ch: Home offset(Po123;Po124)u Object 6098h: Homing method(Po555)u Object 6099h: Homing speeds 6099h.1hSpeed during search for switch(Po120) 6099h.2hSpeed during search for zero(Po121)u Object 609Ah: Homing acceleration(Po122)2022-2-19uObject 60C0h: Interpolation sub modeuObject 60C1h: I

17、nterpolation data record(Po350)uObject 60C2h: Interpolation time period(Po340)uObject 60C3h: Interpolation sync definitionuObject 60C4h: Interpolation data configuration2022-2-19uObject 6069h: Velocity sensor actual value(Po914;Po915)uObject 606Ah: Sensor selection codeuObject 606Bh: Velocity demand

18、 value(Po914;Po915)uObject 606Ch: Velocity actual value(Po904;Po905)uObject 606Dh: Velocity windowuObject 606Eh: Velocity window timeuObject 606Fh: Velocity thresholduObject 6070h: Velocity threshold timeuObject 60FFh: Target velocity(Po113;Po114)uObject 60F8h: Max slippageuObject 60F9h: Velocity co

19、ntrol paruObject 6063h Position actual value2022-2-19u 6071h Target torque u 6072h Max torque u 607Eh Polarity u 607Fh Max profile velocity u 6080h Max motor speed u 6083h Profile acceleration (Po109)u 6084h Profile deceleration (Po110)u 6085h Quick stop deceleration u 6086h Motion profile type (Po3

20、28)u 6094h Velocity encoder factor u 6095h Velocity factor 1 u 6096h Velocity factor 2 u Object 6071h: Target torque(Po204) (FC09)u Object 6072h: Max torqueu Object 6073h: Max current (F822)u Object 6074h: Torque demand valueu Object 6075h: Motor rated currentu Object 6076h: Motor rated torqueu Obje

21、ct 6077h: Torque actual value (0X1006)u Object 6078h: Current actual valueu Object 6079h: DC link circuit voltageu Object 6087h: Torque slope(Po212,Po213) (FC02)u Object 6088h: Torque profile typeu Object 60F7h: Power stage parametersu Object 60F6h: Torque control parameters2022-2-19uObject 6042h: v

22、l target velocity(Po113) (0 x10D)uObject 6043h: vl velocity demand(Po914)(0X1000)uObject 6053h: vl percentage demand()uObject 6054h: vl actual percentageuObject 6055h: vl manipulated percentageuObject 604Eh: vl velocity referenceuObject 604Ch: vl dimension factoruObject 604Bh: vl set-point factoruOb

23、ject 604Dh: vl pole numberuObject 6046h: vl velocity min max amount6046h .01h velocity min amount(Po126) (0X10C)6046h .02h velocity max amount(Po002) (0X10D)uObject 6047h: vl velocity min maxuObject 6058h: vl frequency motor min max amountuObject 6059h: vl frequency motor min maxuObject 6056h: vl ve

24、locity motor min max amountuObject 6057h: vl velocity motor min maxuObject 6048h: vl velocity acceleration(Po109) (0 x10E)uObject 6049h: vl velocity deceleration(Po110) (0 x10F)uObject 604Ah: vl velocity quick stopuObject 604Fh: vl ramp function timeuObject 6050h: vl slow down timeuObject 6051h: vl

25、quick stop timeuObject 6044h: vl control effort(Po904)uObject 6045h: vl manipulated velocityuObject 6052h: vl nominal percentage2022-2-19u工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn) 通訊的實(shí)時性和確定性通訊的實(shí)時性和確定性 穩(wěn)定性和可靠性穩(wěn)定性和可靠性 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議2022-2-19u基于基于TCP/IP的實(shí)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn) Ethernet/IP 、 Profinet（1）、）、 Modbus/TCPu基于普通的以太網(wǎng)基于普通的以太網(wǎng) Ethernet、 P

26、owerlink 、 浙大中控的浙大中控的EPA 、Profinet(2)u基于修改的以太網(wǎng)基于修改的以太網(wǎng) EtherCAT、 SERCOSIII 、Profinet(3)2022-2-19u運(yùn)行原理運(yùn)行原理采用的是主從式（采用的是主從式（Master/Slave）通信方式）通信方式 主站發(fā)起主站發(fā)起EtherCAT 下行數(shù)據(jù)下行數(shù)據(jù)幀；數(shù)據(jù)幀遍歷所有的從站；每個從站在數(shù)據(jù)幀經(jīng)過時分析尋址到本站數(shù)據(jù)幀；數(shù)據(jù)幀遍歷所有的從站；每個從站在數(shù)據(jù)幀經(jīng)過時分析尋址到本站數(shù)據(jù)，并根據(jù)幀中的命令來提取數(shù)據(jù)或插入返回?cái)?shù)據(jù)，然后更新數(shù)據(jù)幀中相應(yīng)的，并根據(jù)幀中的命令來提取數(shù)據(jù)或插入返回?cái)?shù)據(jù)，然后更新數(shù)據(jù)幀中相應(yīng)

27、的工作計(jì)數(shù)器（工作計(jì)數(shù)器（WKC）以標(biāo)識出該數(shù)據(jù)幀被從站處理過）以標(biāo)識出該數(shù)據(jù)幀被從站處理過 在從站中，數(shù)據(jù)幀的接收與解碼、數(shù)據(jù)的提取與插入、數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)都是由在從站中，數(shù)據(jù)幀的接收與解碼、數(shù)據(jù)的提取與插入、數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)都是由硬件來實(shí)現(xiàn)的，這使得硬件來實(shí)現(xiàn)的，這使得 EtherCAT 數(shù)據(jù)幀經(jīng)過每個從站的時間極小，延遲約數(shù)據(jù)幀經(jīng)過每個從站的時間極小，延遲約為為100500ns2022-2-19uCANopen over EtherCAT(CoE)uServo Drive over EtherCAT(SoE)uEthernet over EtherCAT(EoE)uFile Access ove

28、r EtherCAT(FoE)2022-2-192022-2-192022-2-192022-2-192022-2-19u Ethercat主站通過讀寫郵箱數(shù)據(jù)主站通過讀寫郵箱數(shù)據(jù)SM通道實(shí)現(xiàn)非周期性數(shù)據(jù)通信。通道實(shí)現(xiàn)非周期性數(shù)據(jù)通信。當(dāng)當(dāng)CoE的通信服務(wù)類型為的通信服務(wù)類型為2和和3時為時為SDO通信服務(wù)通信服務(wù)2022-2-192022-2-19uEthercat通訊狀態(tài)機(jī)分為：通訊狀態(tài)機(jī)分為： Init（Initialization） Pre-Operational Safe-Operational Operational2022-2-192022-2-19狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)化操作初始化應(yīng)用層沒有通信，主站只能讀寫ESC寄存器初始化向預(yù)運(yùn)行轉(zhuǎn)化（INIT to Pre-Op）主站配置從站站點(diǎn)地址寄存器；如果支持郵箱通信，則配置郵箱通道參數(shù)；如果支持分布式時鐘，則配置DC相關(guān)寄存器；主站寫