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伺服控制系统中EtherCAT网络的设计与研究

作　者: 张舜
导　师: 周炎涛
学　校: 湖南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: EtherCAT 多轴伺服 运动控制系统 分布时钟TWinCAT
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 36次
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内容摘要


将工业以太网现场总线技术引入到工业控制网络中已经成为必然而且具备远大的发展前景，然而传统的载波监听多路访问冲突检测机制以太网介质访问控制技术由于其非预见性的介质访问机制，已经无法满足工业现场总线对于实施性能的要求。而技术具备灵活的拓扑结构，简易的使用和低成本的研发，尤其是它优异的实时性能和同步性，将之应用于伺服控制网络，可以为数控机床、印刷、工业机器人等机械运动控制领域的进一步开发提供很好的网络平台。文章主要做了一下研究工作：本文简要阐述工业控制网络以及伺服运动控制系统的基本工作原理，介绍了几种当前流行的现场总线技术，相比与其它网络技术，重点介绍了良好的实时同步性能。文章系统地介绍了在一主多从的工作模式下具备灵活多变的网络拓扑结构，这样能够方便地应用于工业控制环境，同时通过详细地分析数据帧、网络寻址以及通信模式。阐述了工作原理，由于其具备的分布时钟，能够为网络提供精确地时钟同步。文章重点研究设计了基于网络的多轴伺服控制系统。系统硬件上主站只需带有（网络接口卡）的机，从站硬件以从站专用芯片为通信核心以及以微处理器为运动控制核心的线性拓扑结构。文章设计了一种新的与的接口方式，主站软件采用进行配置开发，而从站软件需要根据网络结构进行设计。本文设计方案通过实验测试表明是成功的。最后对全文进行了总结，指出了文章存在的不足以及后续工作情况。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题的研究背景  9-12
  1.2 EtherCAT现状及发展趋势  12
  1.3 本文研究的主要工作  12-14
第2章 伺服运动控制系统  14-20
  2.1 伺服运动控制系统概述  14-15
  2.2 多轴伺服运动控制系统  15-16
  2.3 基于网络的多轴伺服运动控制系统  16-19
    2.3.1 SERCOS控制网络  17-18
    2.3.2 CAN控制技术  18-19
    2.3.3 EtherCAT控制技术  19
  2.4 小结  19-20
第3章 EtherCAT网络技术  20-37
  3.1 实时工业以太网简述  20-21
  3.2 EtherCAT网络系统构成  21-23
    3.2.1 EtherCAT主站  21
    3.2.2 EtherCAT从站  21-22
    3.2.3 EtherCAT网络拓扑结构  22-23
  3.3 EtherCAT通信  23-29
    3.3.1 EtherCAT网络运行原理  23-24
    3.3.2 EtherCAT数据帧  24-26
    3.3.3 EtherCAT网络寻址  26-28
    3.3.4 EtherCAT通信模式  28-29
  3.4 时钟同步  29-33
    3.4.1 IEEE1558标准  30
    3.4.2 时钟同步的实现  30-33
  3.5 EtherCAT控制应用协议  33-36
    3.5.1 CoE协议  34
    3.5.2 SoE协议  34-36
    3.5.3 EoE协议  36
    3.5.4 FoE协议  36
  3.6 小结  36-37
第4章 基于EtherCAT网络的伺服控制系统硬件设计  37-50
  4.1 EtherCAT主站硬件方案  38
  4.2 伺服控制器从站硬件设计方案  38-40
  4.3 TMS320F2812简述  40-41
  4.4 EtherCAT从站硬件开发  41-44
    4.4.1 EtherCAT从站硬件开发原理  41
    4.4.2 EtherCAT从站控制器芯片ET1100  41-43
    4.4.3 基于EtherCAT从站硬件结构设计  43-44
  4.5 硬件接口实现  44-49
    4.5.1 MII接口设计  44-45
    4.5.2 ET1100与EEPROM接口设计  45
    4.5.3 ET1100与TMS320F2812接口设计  45-49
    4.5.4 多从站接口设计  49
  4.6 小结  49-50
第5章 系统软件设计与配置实现  50-67
  5.1 传输报文定义  50-51
  5.2 总体软件设计  51
  5.3 主站软件配置设计  51-56
    5.3.1 TWinCAT系统  51-53
    5.3.2 主站程序设计  53-56
  5.4 从站软件设计  56-58
  5.5 DSP接口通信软件设计  58-59
  5.6 设计实验测试  59-66
  5.7 小结  66-67
结论与展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文及所参与的基金项目  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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