隨著世界經(jīng)濟的全球化和制造業(yè)發(fā)展的日益逐步深入和加速,制造業(yè)作為其發(fā)展的根本行業(yè),為了被國際市場所認可和需要,對其設(shè)計和制造工藝裝備的技術(shù)要求也越來越高。在設(shè)計和加工的精準度、精確度和其加工的效率、速度上都對其提出了更高的要求。當(dāng)然,國內(nèi)和國外的數(shù)控機械相關(guān)企業(yè)和研發(fā)中心以及高校也就如何有效提高數(shù)控工藝設(shè)備的性能以及在生產(chǎn)效率等方面開展了多種多樣的技術(shù)研究、開發(fā)與其應(yīng)用。本文通過將EtherCAT通訊協(xié)議在激光切割機這個實際項目中的應(yīng)用,并且進行了一系列的實驗,驗證了本文所提出方案的可行性。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:1.對目前數(shù)控技術(shù)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析,充分學(xué)習(xí)了EtherCAT通訊協(xié)議的原理,根據(jù)這個原理,確定了控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)。2.針對激光切割機的實際需求,自主設(shè)計了EtherCAT從站。針對從站硬件的各個部分進行了詳細的分析以及嚴謹?shù)目尚行院涂煽啃詼y試,并且最終做成產(chǎn)品,進行了小批量加工生產(chǎn)。3.完成了EtherCAT整個系統(tǒng)的搭建和實現(xiàn)。對市場現(xiàn)有主流的主站實時系統(tǒng)進行了調(diào)查,確定了本文使用主站的型號。同時成功完成了所選型EtherCAT主站系統(tǒng)的各種復(fù)雜配置,搭建... 

【文章來源】：廣東工業(yè)大學(xué)廣東省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

EtherCAT運行原理

第二章EtherCAT的原理及協(xié)議規(guī)范9的通訊中保持的參考時間是第一個具有分布式時鐘功能的從機。系統(tǒng)時間用作基準時鐘，使所有設(shè)備的DC從時鐘同步。當(dāng)整個系統(tǒng)中從站設(shè)備數(shù)量較多時，距離主站最近的從站與距離主站最遠的從站接收消息信息的時差較大，不同從站之間的同步也相應(yīng)減校此外，所有的從站都有自己的時鐘。長期運行，時鐘會漂移并引起誤差。圖2-3EtherCAT的報文結(jié)構(gòu)Fig.2-3EtherCATdatagramsstructureESC可以為本地應(yīng)用程序生成SyncSignals，以同步到系統(tǒng)時間。SyncSignals可以用于非模擬輸出更新/非模擬數(shù)字輸入采樣，也可以直接使用。此外，LatchSignal可以相對于EtherCAT系統(tǒng)時間加上時間戳。EtherCAT從站控制器的分布式時鐘（DC）單元支持以下功能：所有設(shè)備之間的時鐘一致；制作SyncSignals標志量；輸入event的誤差特別小的LatchSignals等。分布時鐘的使用要遵循以下幾個定義：系統(tǒng)時間的定義；參考時鐘的定義；本地時鐘的定義；主時鐘的定義。下面分別介紹每個定義的內(nèi)容。系統(tǒng)時間的定義：從2000年1月1日0:00h開始；基本單位為1ns；64位值（足夠使用500年以上）；低32位跨越4.2秒（通常足以用于通信和時間戳記）；某些ESC僅具有32位DC，與64位DC兼容。參考時鐘的定義：一臺EtherCAT設(shè)備將用作參考時鐘。通常，參考時鐘是主機順序?qū)ぶ饭?jié)點尋址邏輯尋址

廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文10與所有要同步的從機（DC從機）之間具有直接連接的第一個ESC。參考時鐘可能會調(diào)整為“全局”參考時鐘，例如到IEEE1588全局時鐘。參考時鐘提供系統(tǒng)時間。本地時鐘的定義：每個DC從站都有一個本地時鐘，最初運行時與參考時鐘無關(guān)�？梢匝a償本地時鐘和參考時鐘之間的差異（偏移），以及時鐘漂移。通過將偏移量與本地時鐘值相加可以補償該偏移量。通過測量和調(diào)整本地時鐘速度可以補償漂移。每個DC從站均保存參考時鐘的副本，該副本與本地時鐘和本地偏移量相乘。參考時鐘也有本地時鐘。主時鐘的定義：主機用主時鐘初始化，根據(jù)提前定下的協(xié)議來傳遞輸送系統(tǒng)時間。主時鐘常由全局參考時鐘緊密相連，該參考可直接供主機用，也可以由提供對參考的訪問的EtherCAT從屬間接訪問。圖2-4SyncSignal生成模式Fig.2-4SyncSignalGenerationModes同步信號的生成對于在進行分布時鐘的同步時時很關(guān)鍵的。接下來對同步信號的生成進行說明。如圖2-4，DC循環(huán)單元/同步單元支持基本SyncSignalSYNC0和從屬SyncSignalSYNC1的生成。SyncSignals可以在ESC內(nèi)部和外部使用。SyncSignals可以在特定的系統(tǒng)時間生成。支持四種操作模式：循環(huán)生成，單次觸發(fā)，循環(huán)確認和單次觸發(fā)確認模式。確認模式通常用于產(chǎn)生中斷。中斷必須由μController確認。根據(jù)表2-1，通過脈沖長度和SYNC0循環(huán)時間的配置選擇SyncSignal操作模式：

【參考文獻】：
期刊論文
[1]多軸伺服電機運動的EtherCAT通信控制[J]. 秦磊,朱燦焰,匡紹龍,季愛明.  單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2018(10)
[2]EtherCAT時鐘同步技術(shù)的研究[J]. 李享,何方,韓文澤.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2018(05)
[3]基于SII接口的EtherCAT網(wǎng)絡(luò)配置方案設(shè)計[J]. 南揚,豐大軍,趙德政,王皓.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2017(12)
[4]基于LinuxCNC的EtherCAT主站研究[J]. 史步海,王超.  機床與液壓. 2017(21)
[5]基于Linux系統(tǒng)的EtherCAT主站的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 尹華山,孟凡軍,安康康.  儀表技術(shù). 2017(06)
[6]EtherCAT主站與主站通信協(xié)議的研究與實現(xiàn)[J]. 黨選舉,李帥帥,伍錫如,姜輝.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2017(01)
[7]基于Linux嵌入式平臺BeagleBone Black的EtherCAT主站設(shè)計[J]. 高恩博,顏鋼鋒.  工業(yè)控制計算機. 2016(11)
[8]EtherCAT主站協(xié)議SoE的研究與實現(xiàn)[J]. 常玉冬,王超.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2016(11)
[9]Design and Implementation of a System for Laser Assisted Milling of Advanced Materials[J]. WU Xuefeng,FENG Gaocheng,LIU Xianli.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(05)
[10]基于ARM+FPGA的EtherCAT主站設(shè)計及實現(xiàn)[J]. 徐健,唐小琦,宋寶.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2016(06)

博士論文
[1]激光加工數(shù)控系統(tǒng)及狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究[D]. 呂善進.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于嵌入式平臺的EtherCAT主站實現(xiàn)研究[D]. 王惠嬌.鄭州大學(xué) 2018
[2]EtherCAT主站設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 李晴.電子科技大學(xué) 2016
[3]HLH-2040激光切割機結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計[D]. 王猛.東南大學(xué) 2015
[4]橫梁倒掛式激光切割機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D]. 金俊尉.南京航空航天大學(xué) 2015
[5]EtherCAT從站軟件的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 任計羽.中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所） 2014
[6]嵌入式EtherCAT主/從站通信控制器的應(yīng)用研究[D]. 黃賢新.廣東工業(yè)大學(xué) 2014
[7]基于EtherCAT的主站通信控制器設(shè)計[D]. 張磊.廣東工業(yè)大學(xué) 2013
[8]基于嵌入式數(shù)控平臺的EtherCAT主站實現(xiàn)[D]. 張少勛.華南理工大學(xué) 2013
[9]EtherCAT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的無線傳感器節(jié)點時鐘同步技術(shù)研究[D]. 趙孟磊.西安電子科技大學(xué) 2013
[10]背板式EtherCAT從站控制器的研發(fā)與應(yīng)用[D]. 龐艷.北京工業(yè)大學(xué) 2012



本文編號：3350663