文/李丰 信光成 张建成 赖智华

基于EtherCAT实时以太网技术的转台控制系统设计研究

文/李丰 信光成 张建成 赖智华

文章介绍了EtherCAT实时以太网技术，包括其工作原理与相关协议，分析了其技术上的先进性和优势。针对传统转台控制系统内部线缆连接繁杂，控制信号易受干扰，故障诊断能力差等缺陷，提出了一种基于EtherCAT总线技术的转台控制系统设计方案，设计采用PC机和EtherCAT主站通讯卡作为硬件平台，以VxWorks实时操作系统作为软件平台，以工业以太网网线作为控制器和驱动器间数据交互的媒介，简化了系统拓扑结构，实现了通讯的全数字化，提高了控制系统抗干扰能力和可靠性。

EtherCAT VxWorks

图2：EtherCAT实时以太网协议

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)是由德国自动控制公司Beckhoff开发的一种工业以太网技术，该技术以其高速、简单、易于实现正在获得越来越多的产品研发人员的关注。2003年底ETG（Ethernet Technology Group）组织成立，2007年ETG组织成立中国代表处负责EtherCAT技术的推广和宣传。截止2017年6月份ETG组织目前全球会员数已经超过4336家，其中，中国大陆会员600多家。

1 EtherCAT实时以太网技术介绍

1.1 EtherCAT实时以太网工作原理

EtherCAT采用主从站的工作模式，主站采用配有标准以太网卡或者兼容EtherCAT协 议 网 卡 的PC机，ESC(Ether CAT slave controller，从站控制器)采用专门的从站芯片。主从站通信过程示意图如图1所示，在整个EtherCAT工作流程中，主站连接n个从站，按照连接顺序，将从站命名为从站1，从站2，…，从站n，由主站发起通讯，发送数据包，数据按照从站的连接顺序，依次通过各个从站，从站根据指令在帧的相应位置插入或提取数据，当帧到达最后一个从站n后，再由从站n将处理过的完整的数据帧发回。……