發(fā)布時(shí)間：2017-06-09 02:10

  本文關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT主站的研究與設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著工業(yè)控制要求日益提高,傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線越來(lái)越多的表現(xiàn)出傳輸速率低、數(shù)據(jù)量小等問(wèn)題,而另一方面,計(jì)算機(jī)和高速以太網(wǎng)通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)正迅猛發(fā)展。新一代的現(xiàn)場(chǎng)總線引入以太網(wǎng)技術(shù)即實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)己成為近年工業(yè)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用熱點(diǎn)。其中,實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT因其出色的高速性、實(shí)時(shí)性、靈活性等技術(shù)特點(diǎn)而備受關(guān)注。但目前EtherCAT技術(shù)基本被國(guó)外企業(yè)壟斷,國(guó)內(nèi)較少擁有自主技術(shù)。通過(guò)分析工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)以及EtherCAT技術(shù)特點(diǎn),并結(jié)合了國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況,選擇工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT作為研究課題,并以TI的Beaglebone開(kāi)發(fā)板為硬件平臺(tái),設(shè)計(jì)基于EtherCAT的嵌入式主站。通過(guò)研究分析工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT的協(xié)議,對(duì)EtherCAT通信協(xié)議的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的具體內(nèi)容進(jìn)行介紹,深入解析了FMMU、同步管理器、同步通信模式和COE等多個(gè)協(xié)議要點(diǎn)。根據(jù)協(xié)議內(nèi)容,使用UML建模分析工具對(duì)EtherCAT主站軟件進(jìn)行解耦,并設(shè)計(jì)主站軟件架構(gòu)及程序?qū)崿F(xiàn)。對(duì)EtherCAT協(xié)議棧層與EtherCAT服務(wù)層的設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)方案給出了詳細(xì)的解析,并對(duì)里面的每個(gè)模塊具體內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。最后文章給出了本設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方案。由自主研制的主站與基于EtherCAT的三洋R-Advanced系列伺服構(gòu)建完整網(wǎng)絡(luò),由本主站控制伺服狀態(tài)機(jī)達(dá)到運(yùn)行狀態(tài)以驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的可行性,并通過(guò)Wireshark抓包軟件進(jìn)行驗(yàn)證。另外通過(guò)控制通過(guò)在SYNC同步模式下控制伺服電機(jī)的運(yùn)行以驗(yàn)證本主站的同步性功能。最后使用Hilscher公司的網(wǎng)絡(luò)分析工具NetAnalyzer對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行性能分析。
【關(guān)鍵詞】：EtherCAT 統(tǒng)一建模語(yǔ)言 軟件架構(gòu) 嵌入式主站
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題背景11
• 1.2 工業(yè)以太網(wǎng)11-15
• 1.2.1 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)介紹12-13
• 1.2.2 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)比分析13-15
• 1.3 EtherCAT國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 工業(yè)4.0時(shí)代17
• 1.4 課題研究意義17
• 1.5 本文的主要內(nèi)容17-19
• 第二章 EtherCAT協(xié)議19-39
• 2.1 EtherCAT概述19-21
• 2.2 EtherCAT物理層21
• 2.3 EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層21-30
• 2.3.1 EtherCAT數(shù)據(jù)幀22-25
• 2.3.2 EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線內(nèi)存管理單元25-26
• 2.3.3 EtherCAT同步管理器26-28
• 2.3.4 EtherCAT分布時(shí)鐘28-30
• 2.4 EtherCAT應(yīng)用層30-38
• 2.4.1 COE介紹31-32
• 2.4.2 COE狀態(tài)機(jī)32-33
• 2.4.3 PDO映射33-34
• 2.4.4 同步模式34-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第三章 EtherCAT主站開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)39-50
• 3.1 EtherCAT主站軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)39-48
• 3.1.1 EtherCAT主站軟件系統(tǒng)需求分析39-42
• 3.1.2 EtherCAT主站軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)42-43
• 3.1.3 EtherCAT協(xié)議棧層方案設(shè)計(jì)43-46
• 3.1.4 EtherCAT服務(wù)層方案設(shè)計(jì)46-48
• 3.2 硬件平臺(tái)介紹48-49
• 3.3 本章小結(jié)49-50
• 第四章 EtherCAT主站協(xié)議棧設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)50-59
• 4.1 數(shù)據(jù)幀模塊50-52
• 4.2 報(bào)文封裝與解析模塊52-54
• 4.3 發(fā)送隊(duì)列與接收存儲(chǔ)器54-56
• 4.4 發(fā)送接收調(diào)度模塊56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 EtherCAT主站服務(wù)層設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)59-68
• 5.1 ESC寄存器模塊與COE模塊59-62
• 5.2 從站管理器62
• 5.3 邏輯空間管理器62-64
• 5.4 節(jié)拍器與任務(wù)模塊64-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 第六章 系統(tǒng)測(cè)試與試驗(yàn)結(jié)果68-76
• 6.1 EtherCAT主站可行性測(cè)試與分析68-73
• 6.2 EtherCAT主站性能測(cè)試與分析73-75
• 6.3 本章小結(jié)75-76
• 總結(jié)與展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 致謝82

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