基于EtherCAT总线的模拟量模块的设计开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

随着控制、计算机、通信和网络技术的不断发展,开放式体系结构、网络化、高可靠性、复合化、多轴联动化成为数控系统的发展趋势。Ether CAT 以其开放性好、拓扑结构灵活、可靠性高等特点,受到了数控生产厂商的广泛关注。

到目前为止,已经有多个工业以太网国际标准被公布,在众多的基于以太网技术的现场总线设计方案中,Ether CAT 工业以太网以其可扩展性好、与以太网兼容性高、性能优越、技术支持广泛等优点受到了越来越多的关注。针对数控系统复杂的使用场景,Ether CAT 技术很好的满足了数控领域高实时性、高可靠性的要求,成为数控领域传统控制方式的替代方案之一:沈阳机床、华中数控、沈阳高精、广州数控等多个数控生产厂商都在其控制结构中对 Ether CAT 进行了研究和应用。

在众多工业以太网协议中,德国 Beckhoff公司开发 Ether CAT 凭借它的卓越的实时性优势、拓扑结构灵活、配置简单、易于实现、基于以太网标准及技术的开放性等优势,已经逐渐成为工业控制领域发展的主流。因此,深入研究 Ether CAT 技术具有重要的意义。

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2. 国内外研究现状分析

国外很多企业对 Ether CAT 的技术研究已经比较深入,而且已经开发出了比较成熟的产品,例如:德国 Beckhoff、美国 Kollmorgen(科尔摩根)、意大利 Phase

、美国 NI 、SEW、Trio Motion 、 MKS 、 Omron 、 Copley Controls 等自动化设备公司都推出了一系列支持Ether CAT 驱动设备。国内对 Ether CAT 技术的研究大多尚处于起步阶段,只有少数企业在着手开发相应的产品,而且国内的 Ether CAT 市场基本都被国外的企业所占领。因此,研究实时工业以太网 Ether CAT,并将其引入伺服控制系统对提升我国数控系统的国际竞争力具有重要意义。

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3. 研究的基本内容与计划

本模块系统参照microchip的EtherCAT控制系统设计,研究其通讯方式及其通讯协议,并针对工业需要来设计模拟量模块,提出整体实现方案;设计基于9252的EtherCAT通讯芯片,设计的基于 EtherCAT 的模拟量模块采用一主多从的体系结构,系统主站采用 PC 机运行EtherCAT 软件控制器的方式实现, 硬件方面只需要一个带有标准网卡的 PC 机, 主要用于开发控制程序、 配置从站单元、 开发人机界面等。 从站方面, 设计了测控系统通信及控制卡, 包括EtherCAT 通信 接 口 及 测 量 控 制 接 口 两 部 分。 其 中EtherCAT 通信接口实现 EtherCAT 主从站间数据通信功能, 同时实现4 路模拟量信号的输出控制功能。实际使用中, 可以通过主站的人机界面来实时获取各个从站采集的数据并控制各个从站的动作。硬件连接图如图一。

序号

阶 段 及 内 容

起止时间

阶 段 成 果 形 式

1

开题报告及外文翻译

第1周

提交开题报告,完成外文翻译

2

熟悉LAN9252芯片

第2、3周

熟悉LAN9252芯片的说明书

3

熟悉DSPIC数字信号控制器

第4周

熟悉DSPIC数字信号控制器

4

完成线路接线图和原理图

第5~10周

完成线路接线图和原理图

5

编写程序

第11、12周

编写程序完成EtherCAT通讯

6

进行调试

第13、14周

进行调试之后,寻找是否能对EtherCAT的一些细节进行完善

7

撰写论文

第15~17周

撰写毕业论文并完成答辩

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4. 研究创新点

本次毕业设计使用的是microchip公司的DSPIC 32位MCU和LAN9252芯片的组合,使用SPI通信进行连接,有别于大多数使用STM32芯片与ET1100组合成的EtherCAT模块。其次德国 Beckhoff公司开发 Ether CAT 本身具有卓越的实时性优势、拓扑结构灵活、配置简单、易于实现、基于以太网标准及技术的开放性等优势。

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