工业以太网现场总线EtherCAT及驱动程序设计.pdf

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工业以太网现场总线EtherCAT及驱动程序设计0引言EtherCAT系统组成和工作原理EtherC碌一Industrial工业以太网技术将成为工业控制网络和现场总——带有冲突检测的载波侦听多路访问机制CSMMCD(Carrier1单春荣，刘艳强。郇极摘要：EtherOAT是一种新型的实时工业以太网现场总线。文章介绍了EtherOAT技术的原理、技术特点、性能以及EtherCAT主站和从站的配置方法、主站和从站驱动程序设计技术等。关键词：EtherOAT；实时工业以太网；主站；从站线的主流技术，但传统以太网的介质访问控制方式Detction)是一种非确定性的介质访问控制方式，不能满足工业现场的实时性要求。针对这种情况，一些国际著名的工业自动化公司相断提出了工业以太网技术的新标准。德国某公司提出的EtherCAT(EthernetTechnology)技术(也称为以太网现场总线)基于标准的以太网技术，具备灵活的网络拓扑结构，系统配置简单，具有高速、高有效数据率等特点，其有效数据率可达90％以上，全双工特性完全得以利用。该技术于2005年2月正式成为IEC规范一IEC／PAS62407。除此之外，Enle疋AT技术也将集成到国际现场总线标准的下一代标准IEC61158和IEC61800·7(电子功率可调速驱动系统框架与接E1)之中。国际标准组织(ISO)已将EtherCAT纳入IS015745标准。EtherCAT技术引起了自动化技术领域的广泛关注，并于2003年成立了EtherCAT技术组织，简称ETG。到目前为止，ETG组织成员已超过500个。EtherCAT采用主从式结构，主站PC机采用标准的100Base—TX以太网卡，从站采用专用芯片。系统控制周期由主站发起，主站发出下行电报，电报的最大有效数据长度为1498字节。数据帧遍历所有从站设备，每个设备在数据帧经过时分析寻址到本机的报文，根据报文头中的命令读人数据或写入数据到报文中指定位置，并且从站硬件把该报文的工作计数器(WKC)加l，表示该数据被处理。整个过程会产生大约10as的时间延迟【1】。数据帧在访问位于整个系统逻辑位置的最后一个从站后，该从站把经过处理的数据帧作为上行电报直接发送给主站。主站收到此上行电报后，处理返回数据，一次通信结束。系统结构原理图如图1所示。(北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083)中囝分类号：TP334．7文献标识矧氅B文章编号：134(2007)1FieldbusDriverDesignSHANChun—rong，LIUYan-qiang，HUANJi(SchoolAutomation，BeijingBeijing00083，China)fieldbus．Principle，technicalcapabilityMultipleAutomation救稿日期：2007—07·24作者筒介：单春荣(1982一)，女，山东省龙口市人，硕士研究生，研究方向为数字伺服和现场总线技术。第29卷第11期2007-111791EthernetandItsofEngineenngUniversityAeronauticsAstronautics，Abstract：EtherCATindustrialEthemetEtherCATintroduced．ASlavetoprogrampaper．WOrds：EtherCAT；Real—timeSenseAccesswithCollisionforControl009-011-0079-04Mechanicalisnewreal·timecharacteristicmethodhowconfigureMasterdevicedesigndrivealsoputforwardinthisKeyIndustriaIEthernet；master；slavea
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EtherCAT数据包结构一，，1蒜7””一＼64B。"＼＼＼．、，，／一—：：：弋：2EtherCAT支持几乎所有的拓扑类型，包括线型、树型、星型等，其在物理层可使用100BASE—TX双绞线、100BASE—FX光纤或者LVDS(LowSignaling，即低压差分信号传输)，还可以通过交换机或介质转换器实现不同以太网布线的结合。快速以太网的物理层(100Base—TX)允许两个设备之间的最大电缆长度为100m，而LVDS的物理层只能保障10m的传输间距，适合于近距离站点的连接。整个网络最多可以连接65535个设备。借助于从站中的EtherCAT专用芯片和主站中读取网卡数据的DMA技术，整个协议处理过程都在硬件中进行。EtherCAT系统可以在30“s内刷新1000个I／O点，它可以在300“s内交换一帧多达1486个字节