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磁致伸縮位移傳感器Ethercat協(xié)議使用要點(diǎn)

2025年02月11日 09:08:53      來(lái)源:深圳市易測(cè)電氣有限公司 >> 進(jìn)入該公司展臺(tái)      閱讀量:17

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磁致伸縮位移傳感器EtherCAT信號(hào)輸出,隨著工業(yè)自動(dòng)化程度越來(lái)越高,我們需要用到傳輸速率越來(lái)越快,下面我們來(lái)了解一下 EtherCAT總線的使用。

一. EtherCAT 協(xié)議概述

EtherCAT(以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù))是一個(gè)以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的開(kāi)放架構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng),EtherCAT名稱中的CAT為Control Automation Technology(控制自動(dòng)化技術(shù))首字母的縮寫(xiě)。最初由德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司(Beckhoff Automation GmbH) 研發(fā)。EtherCAT為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能和拓?fù)涞撵`活性樹(shù)立了新的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí),它還符合甚至降低了現(xiàn)場(chǎng)總線的使用成本。EtherCAT的特點(diǎn)還包括高精度設(shè)備同步,可選線纜冗余,和功能性安全協(xié)議(SIL3)。

EtherCAT可以支持線形、樹(shù)形和星形設(shè)備連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),物理介質(zhì)可以選100Base-TX標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜或光纜。使用100Base-TX電纜時(shí)站間間距可以達(dá)到100m。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以連接65535個(gè)設(shè)備。使用快速以太網(wǎng)全雙工通信技術(shù)構(gòu)成主從式的環(huán)形結(jié)構(gòu)。

報(bào)文通過(guò)從站設(shè)備時(shí),從站識(shí)別出相關(guān)的命令并作出相應(yīng)的處理。由硬件完成信息的處理,延遲時(shí)間約為100~500ns(取決于物理層器件),其通信性能和從站設(shè)備控制微處理器的響應(yīng)時(shí)間是相互獨(dú)立的。每個(gè)從站設(shè)備都具有可編址的內(nèi)存,其容量可為64KB,能夠?qū)ζ溥M(jìn)行連續(xù)的或同步的讀寫(xiě)操作??梢园讯鄠€(gè)EtherCAT命令數(shù)據(jù)嵌入到同一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中,每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)不同的設(shè)備或內(nèi)存區(qū)。

從站設(shè)備可以構(gòu)成多種形式的分支結(jié)構(gòu),獨(dú)立的設(shè)備分支可以放置于控制柜中或機(jī)器模塊中,再用主線連接這些分支結(jié)構(gòu)。 EtherCAT大大提高了現(xiàn)場(chǎng)總線的性能,例如,控制1000個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入和輸出的刷新時(shí)間約為30μs。單個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀最多可容納1486字節(jié)的數(shù)據(jù),相當(dāng)于12000位開(kāi)關(guān)量數(shù)字輸入和輸出,刷新時(shí)間約為300μs。控制100個(gè)伺服電機(jī)的數(shù)據(jù)通信周期約為100μs。

EtherCAT使用一個(gè)專門(mén)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀類型定義,用以傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的EtherCAT數(shù)據(jù)包,也可以使用UDP/IP協(xié)議格式傳輸EtherCAT數(shù)據(jù)包。一個(gè) EtherCAT數(shù)據(jù)包可以由多個(gè)EtherCAT子報(bào)文組成。EtherCAT從站不處理非 EtherCAT數(shù)據(jù)幀,其他類型的以太網(wǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)可以分段打包為EtherCAT數(shù)據(jù)子報(bào)文在網(wǎng)段內(nèi)透明傳輸,以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的通信服務(wù)。


二. EtherCAT 系統(tǒng)組成

2.1 運(yùn)行原理

實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT充分利用了以太網(wǎng)技術(shù)的全雙工傳輸特性。使用主從模式進(jìn)行訪問(wèn)控制,主站把數(shù)據(jù)幀發(fā)送給各個(gè)從站,每個(gè)從站從數(shù)據(jù)幀中讀取自己的數(shù)據(jù)或把需要輸入的數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)幀中。

從以太網(wǎng)的角度來(lái)看,一個(gè)EtherCAT網(wǎng)段就是一個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備,它接收和發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的ISO/IEC8802-3以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。但是,這種以太網(wǎng)設(shè)備并不局限于一個(gè)以 太網(wǎng)控制器及響應(yīng)的微處理器,它可以由多個(gè)EtherCAT從站組成。這些從站可以直接處理接收的報(bào)文,并從報(bào)文中提取或者插入相關(guān)的用戶數(shù)據(jù),然后將該報(bào)文傳輸?shù)较乱粋€(gè)EtherCAT從站。個(gè)EtherCAT從站發(fā)回經(jīng)過(guò)處理的報(bào)文,并由個(gè)從站作為響應(yīng)報(bào)文將其發(fā)送給控制單元。

EtherCAT通信是由主站發(fā)起的,主站發(fā)出的數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)揭粋€(gè)從站站點(diǎn)時(shí),從站將解析數(shù)據(jù)幀,每個(gè)從站從對(duì)應(yīng)報(bào)文中讀取輸出數(shù)據(jù),并將輸入數(shù)據(jù)嵌入到子報(bào)文中,同時(shí)修改工作計(jì)數(shù)器WKC的值,以標(biāo)識(shí)從站己處理該報(bào)文。網(wǎng)段末端的從站處理完報(bào)文后,將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)回主站,主站捕獲返回的報(bào)文并對(duì)其進(jìn)行處理,完成一次通訊過(guò)程。一個(gè)通訊周期過(guò)程中,報(bào)文傳輸延時(shí)大概為幾個(gè)納秒,克服了傳統(tǒng)以太網(wǎng)先對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析,再?gòu)?fù)制成過(guò)程數(shù)據(jù)而造成通訊效率低的缺陷。EtherCAT系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖所示。


2.2 主站組成

主站的實(shí)現(xiàn)可采用嵌入式和PC機(jī)兩種方式,均需配備標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)MAC控制器,傳輸介質(zhì)可使用100BASE-TX規(guī)范的5類UTP線纜。 EtherCAT從站設(shè)備除了具備通信功能外,還需具備對(duì)從站設(shè)備的控制功能。常見(jiàn)的從站設(shè)備有I/O端子、伺服設(shè)備、微處理器等。

EtherCAT主站運(yùn)行需具備以下幾個(gè)基本功能:

(1)讀取從站設(shè)備描述XML文件并對(duì)其進(jìn)行解析,獲取其中配置參數(shù)

(2)捕獲和發(fā)送EtherCAT數(shù)據(jù)幀,完成EtherCAT子報(bào)文解析、打包等

(3)管理從站設(shè)備狀態(tài),運(yùn)行狀態(tài)機(jī),完成主從站狀態(tài)機(jī)設(shè)置和維護(hù)

(4)可進(jìn)行非周期性數(shù)據(jù)通信,完成系統(tǒng)參數(shù)配置,處理通訊過(guò)程中突發(fā)事件

(5)實(shí)現(xiàn)周期性過(guò)程數(shù)據(jù)通信,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換,實(shí)時(shí)監(jiān)控從站狀態(tài),從站反饋 信號(hào)實(shí)時(shí)處理等功能。


2.3從站組成

在EtherCAT系統(tǒng)的通信過(guò)程中,從站采用專用的從站協(xié)議控制器(EtherCAT Slave Controller , ESC)來(lái)高速動(dòng)態(tài)地(on-the-fly)處理網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通信的整個(gè)過(guò)程中,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理都在從站協(xié)議控制器內(nèi)部有硬件完成,真是因?yàn)檎麄€(gè)通信過(guò)程有硬件實(shí)現(xiàn),所以通信網(wǎng)絡(luò)的性能并不取決于從站使用的是什么微處理器及其性能,因?yàn)樗械耐ㄓ嵾^(guò)程都是在從站控制器的硬件中完成的;過(guò)程數(shù)據(jù)接口為從站應(yīng)用層提供了一個(gè)雙端口隨機(jī)存儲(chǔ)器( Dual-Port-RAM, DPRAM)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。EtherCAT從站提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信和控制任務(wù)功能,從站結(jié)構(gòu)如圖所示。


在由EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線組成的工業(yè)控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的通信是由主站發(fā)起的并通過(guò)過(guò)程數(shù)據(jù)通信控制從站設(shè)備的工作狀態(tài),繼而完成系統(tǒng)任務(wù)。這些在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的EtherCAT從站設(shè)備可以直接接受來(lái)自工業(yè)以太網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文。而且還能從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文中提取出主站設(shè)備發(fā)送給各個(gè)從站設(shè)備的控制信息和命令,并且插進(jìn)與自己相關(guān)的本地工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的用戶信息及采集的數(shù)據(jù),然后在本地從站設(shè)備對(duì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀處理完成之后再將這個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸?shù)较翬therCAT從站設(shè)備當(dāng)中重復(fù)在上一個(gè)從站設(shè)備中的操作,當(dāng)這個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)文傳送到個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的EtherCAT從站并且完成相應(yīng)的操作的時(shí)候,在將這個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)文按原來(lái)的路線發(fā)送回去,最后由工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)里個(gè)EtherCAT從站設(shè)備將這個(gè)被所有從站設(shè)備操作過(guò)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文作為響應(yīng)報(bào)文發(fā)送給自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主站(即控制 單元)。整個(gè)通信過(guò)程中充分利用了以太網(wǎng)全雙工處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通訊特點(diǎn)。

EtherCAT Slave Controller(ESC)

ESC傳輸過(guò)程:


每個(gè)ESC都有四個(gè)數(shù)據(jù)收發(fā)端口,并且均可以接收發(fā)送以太網(wǎng)幀。

如果ESC的四個(gè)端口都有外部鏈接,數(shù)據(jù)幀的內(nèi)部傳輸順序固定為端口0 —>端口3 —>端口1 —>端口2 —>端口0,如果某個(gè)端口沒(méi)有外部鏈接,則此端口關(guān)閉,數(shù)據(jù)幀會(huì)自動(dòng)跳過(guò)此端口傳輸?shù)较乱粋€(gè)未關(guān)閉的端口。正是由于ESC 這種四端口的收發(fā)機(jī)制,使得其可以 構(gòu)成多種物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如樹(shù)型、線型和星型結(jié)構(gòu)等。
三. 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

3.1 EtherCAT協(xié)議

EtherCAT數(shù)據(jù)使用類型為0x88A4 的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行傳輸。EtherCAT 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)頭(2個(gè)字節(jié))和的數(shù)據(jù)區(qū)(44~1498 字節(jié))組成。

EtherCAT 的處理主要是ESC 內(nèi)部的硬件來(lái)完成,因此,其硬件處理能力決定了數(shù)據(jù)的處理速度。

數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)說(shuō)明:


1. 目標(biāo)地址:接收方MAC地址

2. 源地址:發(fā)送方MAC地址

3. 幀類型:0x88A4,EtherCAT數(shù)據(jù)使用類型為0x88A4的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行傳輸。

4. EtherCAT幀頭:

EtherCAT幀頭為11bit數(shù)據(jù)長(zhǎng)度;1bit 保留;4bit 類型,等于1時(shí)表示EtherCAT數(shù)據(jù)處于ESC通信中,其余保留。

EtherCAT幀頭

位數(shù)

11bits

1bit

4bits

意義

EtherCAT數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

保留

類型

說(shuō)明

即所有子報(bào)文長(zhǎng)度總和

0x01:EtherCAT DLPDU

0x04:network veriable

0x05:mailbox

5. EtherCAT數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)區(qū)包含一個(gè)或多個(gè)EtherCAT 子報(bào)文,每一個(gè)子報(bào)文對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的從站設(shè)備。

1)EtherCAT子報(bào)文:

EtherCAT 數(shù)據(jù)區(qū)由不定數(shù)目的子報(bào)文組成,所有子報(bào)文對(duì)應(yīng)操作單獨(dú)的從站站點(diǎn)。

子報(bào)文數(shù)據(jù)段可根據(jù)需求嵌入 CoE、SoE等協(xié)議數(shù)據(jù)格式。

EtherCAT 子報(bào)文由子報(bào)文頭、數(shù)據(jù)域和工作計(jì)數(shù)器組成。

2)子報(bào)文數(shù)據(jù)幀格式:

子報(bào)文

子報(bào)

文頭

位數(shù)

8bits

8bits

32bits

11bits

4bits

1bit

16bits

意義

命令

索引

地址區(qū)

長(zhǎng)度

R

M

狀態(tài)位

說(shuō)明

尋址方式及讀寫(xiě)方式

幀編碼

從站地址

報(bào)文數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度

保留

后續(xù)報(bào)文標(biāo)志

中斷到來(lái)標(biāo)志

數(shù)據(jù)

長(zhǎng)度小于2486bytes

WKC

工作計(jì)數(shù)器,WKC 用來(lái)記錄從站操作子報(bào)文的次數(shù),主站給每個(gè)子報(bào)文預(yù)設(shè)了 WKC。設(shè)置發(fā)送子報(bào)文的工作計(jì)數(shù)器初值為 0,從站正確處理子報(bào)文后,工作計(jì)數(shù)器的值將增加一個(gè)增量,主站把返回的子報(bào)文中的 WKC 和預(yù)設(shè)的 WKC 作比較后判斷子報(bào)文是否被從站正確處理。ESC 在處理數(shù)據(jù)幀的同時(shí)處理 WKC,由通信服務(wù)的不同決定 WKC 的增加方式。

3)命令碼說(shuō)明:

尋址方式

讀寫(xiě)模式

命令名稱

描述

順序?qū)ぶ?/p>

讀數(shù)據(jù)

APRD

0x01

主站使用順序?qū)ぶ窂膹恼咀x取一定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)

寫(xiě)數(shù)據(jù)

APWR

0x02

主站使用順序?qū)ぶ废驈恼緦?xiě)入一定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)

讀/寫(xiě)

APRW

0x03

主站使用順序?qū)ぶ放c從站交換數(shù)據(jù)

設(shè)置尋址

讀數(shù)據(jù)

FPRD

0x04

主站使用設(shè)置尋址從從站讀取一定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)

寫(xiě)數(shù)據(jù)

FPWR

0x05

主站使用設(shè)置尋址向從站寫(xiě)入一定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)

讀/寫(xiě)

FPRW

0x06

主站使用設(shè)置尋址與從站交換數(shù)據(jù)

廣播尋址

讀數(shù)據(jù)

BRD

0x07

主站從所有從站的物理地址讀取數(shù)據(jù)

寫(xiě)數(shù)據(jù)

BWR

0x08

主站廣播寫(xiě)入所有從站

讀/寫(xiě)

BRW

0x09

主站與所有從站交換數(shù)據(jù),對(duì)讀取的數(shù)據(jù)

邏輯尋址

讀數(shù)據(jù)

LRD

0x0A

主站使用邏輯地址讀取一定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)

寫(xiě)數(shù)據(jù)

LWR

0x0B

主站使用邏輯地址寫(xiě)入一定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)

讀/寫(xiě)

LRW

0x0C

主站使用邏輯尋址與從站交換數(shù)據(jù)

6. FCS:幀校驗(yàn)

3.2 EtherCAT UDP 協(xié)議

EtherCAT 無(wú) IP協(xié)議,但可將其封裝在IP/UDP協(xié)議中。EtherCAT UDP 協(xié)議適用于實(shí)時(shí)性能要求不是很嚴(yán)格的場(chǎng)合。



四. EtherCAT 尋址方式和通訊服務(wù)

4.1 網(wǎng)段尋址

EtherCAT 主站與網(wǎng)段之間存在著不同的尋址方式,利用太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀頭西南科技大學(xué)碩士研究生論文 13 頁(yè)部的 MAC 地址來(lái)尋址就是EtherCAT 網(wǎng)段尋址。

具體的方式有以下兩種。

開(kāi)發(fā)模式:主站設(shè)備通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)與EtherCAT 網(wǎng)段進(jìn)行連接,網(wǎng)段即可使用EtherCAT數(shù)據(jù)幀當(dāng)中的目的地址來(lái)作為MAC 地址。


直連模式:主站設(shè)備通過(guò)與EtherCAT網(wǎng)段的直接端口連接來(lái)對(duì)對(duì)MAC地址進(jìn)行廣播。


4.2 設(shè)備尋址

在這個(gè)尋址方式中,16bit的設(shè)備位置(站點(diǎn)地址)16bit的芯片內(nèi)物理地址構(gòu)成了一個(gè)32位地址的從站報(bào)文。該報(bào)文可以支持高達(dá)65535個(gè)從站和每個(gè)從站64K的地址映射。設(shè)備尋址有位置尋址(自動(dòng)增減尋址)、設(shè)置站點(diǎn)尋址和廣播尋址。其中,設(shè)置站點(diǎn)尋址又可以分為工作時(shí)由主站設(shè)置、存儲(chǔ)在EEPEOM當(dāng)中等兩種方式。在每次系統(tǒng)上電或者復(fù)位時(shí),能夠通過(guò)EEPEOM讀出站點(diǎn)地址。

在進(jìn)行設(shè)備尋址過(guò)程中,各個(gè)報(bào)文只能夠?qū)ぶ返膹恼驹O(shè)備,尋址設(shè)備的機(jī)制有以下兩種:

順序?qū)ぶ?/span>:在順序?qū)ぶ愤^(guò)程中,可以通過(guò)網(wǎng)段內(nèi)的連接位置來(lái)確定從站的地址,其連接位置是由網(wǎng)段內(nèi)接線順序來(lái)決定,并使用一個(gè)負(fù)數(shù)來(lái)表示這個(gè)位置。在依次經(jīng)過(guò)各個(gè)從站設(shè)備時(shí),每經(jīng)過(guò)一個(gè)從站設(shè)備,順序?qū)ぶ返淖訄?bào)文會(huì)在其順序地址上增加1;順序地址為0的報(bào)文會(huì)在從站接收時(shí)被認(rèn)定為尋址本文本身。每次報(bào)文在經(jīng)過(guò)能夠自動(dòng)更,因此順序?qū)ぶ酚锌梢越凶鲎詣?dòng)增量尋址。

實(shí)際使用時(shí),主站會(huì)在啟動(dòng)階段使用順序?qū)ぶ贩绞綄⒌刂贩峙浣o各個(gè)從站。使用順序?qū)ぶ房梢宰屢恍└恢脹](méi)有關(guān)系的地址自動(dòng)變成從站的地址。

設(shè)置尋址:在設(shè)置尋址過(guò)程中,從站地址在網(wǎng)段內(nèi)的連接順序也可以與其自身沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。該地址可以通過(guò)兩種方式獲取,一是在數(shù)據(jù)鏈路啟動(dòng)階段由主站配置給從站,二是在上電初始化的時(shí)候由從站在自身的配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)里裝載,在后續(xù)的運(yùn)行使用中,便可以在鏈路啟動(dòng)階段由主站應(yīng)用順序?qū)ぶ返姆绞絹?lái)讀取各個(gè)從站的設(shè)置地址。

4.3 邏輯尋址

在邏輯尋址方式下,從站地址使用的是固定的邏輯地址空間。從站通過(guò)將報(bào)文內(nèi)的32 位空間當(dāng)作整體的地址來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣可以把單個(gè)數(shù)據(jù)幀內(nèi)任意數(shù)據(jù)的多個(gè)地址分散分布在EtherCAT從站上,從而使得EtherCAT協(xié)議變得更加靈活。

邏輯尋址方式是通過(guò)FMMU(現(xiàn)場(chǎng)總線內(nèi)存管理單元)來(lái)實(shí)現(xiàn),FMMU的功能存在于各個(gè)ESC內(nèi)部,把從站的本地物理存儲(chǔ)地址通過(guò)映射與網(wǎng)段內(nèi)邏輯地址匹配。主站設(shè)備會(huì)在數(shù)據(jù)鏈路啟動(dòng)過(guò)程中將配置好的FMMU單元傳送至從站設(shè)備。各個(gè)FMMU單元的配置信息包括:數(shù)據(jù)邏輯位起始地址、表示映射方向(輸入或輸出)、位長(zhǎng)度、從站物理內(nèi)存起始地址的類型位,從站設(shè)備內(nèi)的數(shù)據(jù)與主站的邏輯地址都存在按位的映射關(guān)系。

從站設(shè)備會(huì)檢查通過(guò)數(shù)據(jù)邏輯尋址方式收到的EtherCAT子報(bào)文是否能夠與FMMU單元地址匹配。如果能夠匹配,EtherCAT子報(bào)文數(shù)據(jù)區(qū)的對(duì)應(yīng)位置將會(huì)插入輸入類型數(shù)據(jù)和抽取輸出類型數(shù)據(jù)。由于采用邏輯地址方式能夠靈活地組織控制系統(tǒng),并且優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),所以該尋址方式適合于傳輸或交換周期性過(guò)程的數(shù)據(jù)。

4.4 通信服務(wù)和WKC

EtherCAT 子報(bào)文都是使用主站的操作來(lái)描述所有的服務(wù)。從站內(nèi)部物理存儲(chǔ)和讀寫(xiě)和交換(讀取并馬上寫(xiě)入)數(shù)據(jù)的服務(wù)則是由數(shù)據(jù)鏈路層來(lái)確定的。子報(bào)文頭中的命令字節(jié)表示了由讀寫(xiě)操作和尋址方式共同命令的通信服務(wù)形式。

每一個(gè)從站的EtherCAT 數(shù)據(jù)報(bào)都具有一個(gè)16 位的工作計(jì)數(shù)器(WKC)。該工作計(jì)數(shù)器用以記錄EtherCAT 數(shù)據(jù)報(bào)成功訪問(wèn)(正確尋址到從站并成功訪問(wèn)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū))的從站個(gè)數(shù)。EtherCAT 從站控制器將工作計(jì)數(shù)器硬件遞增。各個(gè)從站數(shù)據(jù)報(bào)中計(jì)數(shù)器預(yù)期值的計(jì)算應(yīng)當(dāng)由主站程序中的模塊來(lái)完成。在接收到返回?cái)?shù)據(jù)幀后,主站會(huì)與WKC 比較,如果不一樣,說(shuō)明該報(bào)文有問(wèn)題。子報(bào)文中工作計(jì)數(shù)器的值是與通信服務(wù)、尋址地址相關(guān)聯(lián)。報(bào)文每讀或?qū)懸淮螖?shù)據(jù),WKC 的值就加1,同時(shí)讀寫(xiě)時(shí),讀成功后WKC 得值加1,寫(xiě)成功后WKC 的值加2,讀寫(xiě)全部完成后WKC 的值加3。所以,WKC 的值就會(huì)所有從站處理發(fā)生的累加的結(jié)果。ARMW FRWM 是多讀多寫(xiě)的命令,可以當(dāng)作單個(gè)讀或?qū)懨顏?lái)理解。WCK 的值會(huì)根據(jù)命令不同不斷變化。

五.應(yīng)用層

應(yīng)用層AL(Application Layer)為用戶與網(wǎng)絡(luò)之間提供接口,應(yīng)用層在EtherCAT 通信協(xié)議層次結(jié)構(gòu)中是與用戶聯(lián)系最緊密最直接的一層,它可以直接與用戶進(jìn)行交互,實(shí)現(xiàn)面對(duì)具體的應(yīng)用程序和控制任務(wù)等功能,EtherCAT應(yīng)用層為各種服務(wù)協(xié)議與應(yīng)用程序之間定義了接口,使其能夠滿足應(yīng)用層所要求的各種協(xié)議共同工作的需求。EtherCAT 作為網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù), 支持CANopen 協(xié)議中的CiA402,以及SERCOS 協(xié)議的應(yīng)用層(CoE SoE)等多種符合行規(guī)的設(shè)備和協(xié)議,如下圖所示。


5.1 CoE (CANopen over EtherCAT)

CANopen 協(xié)議是在CAN 協(xié)議基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的應(yīng)用層協(xié)議,EtherCAT 支持采用CANopen 作為應(yīng)用層協(xié)議,此外,還在EtherCAT 協(xié)議中關(guān)于具體應(yīng)用的方面做了相應(yīng)的補(bǔ)充和擴(kuò)展,它的主要功能包括:初始化通信網(wǎng)絡(luò)并利用郵箱通信來(lái)訪問(wèn)CoE 對(duì)象字典及其對(duì)象;使用CoE 來(lái)配置周期性的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程及控制指令;管理通信網(wǎng)絡(luò)并處理突發(fā)事件和錯(cuò)誤信息。

5.2 SoE(SERCOS over EtherCAT)

SERCOS(串行實(shí)時(shí)通信協(xié)議)是一種高性能的數(shù)字伺服實(shí)時(shí)通信接口協(xié)議,包括了通信技術(shù)和多種設(shè)備行規(guī)。SoE 是基于EtherCAT SERCOS 協(xié)議,盡管EtherCAT 設(shè)備上不能進(jìn)行SERCOS 協(xié)議的數(shù)據(jù),但EtherCAT 能夠?qū)?zhí)行SERCOS 規(guī)范設(shè)備的伺服控制和數(shù)據(jù)通信提供支持。

5.3 EoE (EtherNet over EtherCAT)

EtherCAT技術(shù)不僅兼容以太網(wǎng),而且在設(shè)計(jì)之初就具備良好的開(kāi)放性——該協(xié)議可以在相同的物理層網(wǎng)絡(luò)中包容其他基于以太網(wǎng)的服務(wù)及協(xié)議??蓪⑷魏晤愋偷囊蕴W(wǎng)設(shè)備通過(guò)交換機(jī)端口連入EtherCAT網(wǎng)段。

5.4 FoE (EtherCAT實(shí)現(xiàn)文件傳輸)

該協(xié)議與TFTP類似,允許讀寫(xiě)設(shè)備中的任何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此,無(wú)論設(shè)備是否支持TCP/IP,都可以將標(biāo)準(zhǔn)化固件上傳到設(shè)備上。

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