基于EtherCAT总线的空间结构点阵自动同步加载系统研发

大型空间结构试验通常具有加载点数量多、覆盖面积广、加载工况较多的特点,传统的加载方法很难兼顾成本适宜、安全高效。该文提出了一种新型空间结构点阵自动同步加载系统,该加载系统采用水作为试验载荷,应用实时工业以太网EtherCAT总线技术,可实现任意比例下多点同步精确加载。加载系统的控制模块、数据采集模块和加载容器可根据试验需要在控制总线上无限挂载和自由分布,具有通用性强、自动化程度高、安全高效、加载耗材清洁廉价的特点。该文详细介绍了该加载系统的原理与组成,以及EtherCAT总线主从式结构下主站和从站的具体实现,并将其应用于马鞍形正交索网结构承载力试验,整个加载过程中荷载稳步匀速增长、数值稳定准确,验证了该加载系统的可行性和准确性。

基于PI闭环反馈的EtherCAT分布式时钟漂移补偿优化

接入工业总线的设备的增加会导致高延迟等同步性问题。基于EtherCAT对分布式时钟同步算法进行研究与分析,针对其在漂移补偿过程中存在补偿精度低的问题,提出了一种基于闭环反馈控制思想的动态漂移补偿算法。算法先利用定点数改进本地时钟,再利用PI控制调节漂移补偿值。最后搭建了测试平台,包括基于SOEM实现的主站与基于STM32+FPGA架构实现的从站,优化前后的算法分别在FPGA中实现。测试结果表明:定点数改进的本地时钟分辨率可以达到2^(-20) ns, PI闭环反馈优化后的漂移补偿算法可以将同步误差降低到25 ns之内,明显提高从站之间的同步性能。

面向多轴运动控制的EtherCAT主站设计与实时性优化

针对传统现场总线在多轴运动控制中存在带宽低、实时性不强、同步性能差的问题,提出了基于IgH EtherCAT Master开源软件框架和嵌入式硬件平台的EtherCAT主站实现方案。在以AM64x Sitara处理器为核心的硬件平台上,构建基于Xenomai实时内核的Linux实时操作系统,移植IgH主站框架,实现了高性能EtherCAT主站,并对EtherCAT总线的配置过程进行阐述,开发出主站应用程序,提出主站进程独占CPU和优化网卡驱动的方式对主站进行实时性能优化。最后通过六轴伺服控制平台进行实验验证,对主站发送的周期性EtherCAT数据帧进行抓包分析。实验结果表明:优化后的主站在500μs的高速通信周期下,最大抖动控制在20μs以内,均值抖动控制在1μs以内,能够满足高精度多轴运动控制的要求。

面向EtherCAT总线的伺服系统误差及插补算法误差辨识方法

目前,工业运动控制中多采用EtherCAT总线进行主站和从站之间的通信,在EtherCAT总线上传输着大量的运动数据信息。基于此,提出一种面向EtherCAT总线的伺服系统误差及插补算法误差辨识方法。此方法通过ET2000和Wire-Shark抓获运动过程中EtherCAT总线上的数据,筛选有效数据生成pcapng文件,再对此文件和运动控制系统的ENI xml文件进行解析获得目标位置和实际位置信息,最后对得到的位置信息进行误差分析。针对各类误差设计了相应的运动轨迹,在机床上对单轴点位运动、两轴插补运动及两轴前瞻插补运动进行了多组运动控制实验,完成了伺服响应滞后、伺服动态性能不匹配、跟随误差、位置到位抖动以及插补算法误差等的辨识,通过此方法可获得单轴的运动控制精度以及多轴运动之间相互配合的能力。

基于EtherCAT的微处理器与接口技术课程教改探索

随着新一代信息技术的快速发展,传统产业迫切需要大量具备信息化能力的专业人才。然而,高校在培养人才的过程中存在传统专业课与新技术结合不足的问题。探索了一种将工业互联网技术融入电子信息类专业核心课程微处理器与接口技术的教学方法。在教学上,通过在抽象知识点之间合理搭配工业互联网相关的科普知识、借助思维导图为学生梳理知识点之间的关系、利用课余时间安排慕课资源进行学习等手段,进行教学探索尝试。在实践环节中,通过引入EtherCAT通信协议,让学生掌握使用微处理器接入工业互联网的技术。通过教学和实践验证,学生们不仅加深了对工业互联网的认识,同时还提升了使用微处理器进行编程实践的工程应用能力。

基于EtherCAT总线数控系统的螺纹加工控制方法

螺纹切削切入点的正确性对螺纹高精度加工尤为重要。提出基于EtherCAT工业现场总线数控系统的螺纹加工软件同步控制方法。利用EtherCAT总线从站IO单元测量主轴编码器角位移,采集相对于编码器零点信号,编码器当前所处角度位置的零点偏差脉冲数。在螺纹加工加速阶段根据编码器零点偏差脉冲数,补偿Z轴进给的滞后距离,实现螺纹加工起点精确同步控制,确保螺纹多次重复切削和切削多头螺纹时,切入点的准确性和可重复性。在螺纹插补控制流程中,需要在螺纹加工之前对主轴转速进行稳定检测;提出螺纹加工匀速目标速度计算方法与限制条件;针对单头、多头螺纹、连续螺纹的分度,建立螺纹切削切入点偏移角度计算方法。利用所提方法,在数控车床上多批次加工单头和多头螺纹,并检验工件精度,验证了该方法的准确性、可靠性。

基于Linux的EtherCAT主站实时性的研究

精密加工领域对控制系统的实时性要求比较高,传统的控制系统不能满足高通信速率和高实时性的要求。为了提高系统实时性,提出了一种在Linux非实时系统上安装Xenomai实时内核的方案,该方案通过在Linux操作系统上安装Xenomai实时内核,然后对Linux内核和Xnomai实时内核进行配置和优化,接着移植IgH EtherCAT Master协议栈构建EtherCAT主站,最后对系统进行抖动测试,通过数据分析得出改造后的EtherCAT主站通信抖动在10μs之内,DC同步抖动在10 ns之内。测试结果表明,优化后的Linux系统实时性有了很大改善,EtherCAT主站实时性和稳定性有了较大提升,能够满足工业控制系统对实时性的要求。

一种EtherCAT主站存取网络结构设计

针对EtherCAT主站存储和读取网络结构信息较为复杂的问题,设计一种先将网络结构信息与源代码分离,之后再将这些信息集成到可执行程序文件内部的方法。该方法在网络设计阶段通过配置软件将从站型号信息、型号索引、设备选型信息保存为文本文件;在软件构建阶段将上述文件与源代码一并处理生成程序;程序运行后通过型号索引直接寻址查询到设计方案中从站的ID,通过ID、从站数量对比实际部署的网络结构与所设计的方案是否一致。经测试验证,程序中存储的从站型号信息、型号索引及从站选型信息完整正确;在线检查网络结构功能可高效查询到方案中每个节点的型号信息并对比型号是否匹配。该方法实现简单且运行高效,有效降低主站和配套的网络结构设计工具的开发难度,同时改善了EtherCAT主站产品的用户体验和经济效益。

基于EtherCAT的数字化电子实验平台设计与实现

针对传统电子实验教学中手工测量和记录数据存在误差、指导教师难以同时顾及众多学生的问题,设计基于EtherCAT的数字化实验平台。借助EtherCAT实现一主多从平台的快速组网,利用STM32F4和LAN9252搭建实验台终端对实验数据进行采集和传输,并设计终端的图形向导软件给予学生全程指导。测试结果表明,实验平台通信实时、可靠,数据采集准确,可为学生提供一对一的辅助指导,为实现电子实验数字化教学、提高实验教学质量提供一种新的方式。

双系统冗余热备EtherCAT主站的设计与实验

EtherCAT总线技术凭借低成本、高性能的优势已广泛应用于工业控制领域。针对目前EtherCAT主站产品普遍无法同时满足线缆冗余和热备份运行,设计了一种双系统冗余热备主站方案。该主站设备由2个主站模块与1个冗余控制模块协同工作,主站模块负责控制网络中的从站设备,冗余控制模块在监视主站模块并仲裁其激活/备用状态的同时还通过其内部网口切换组件控制仅激活的主站模块接入网络。方案中主站模块基于龙芯微处理器设计,冗余控制模块基于意法半导体微控制器设计,所选用的主要软件如实时操作系统(SylixOS,RT-Thread)以及协议栈(SOME,libmodbus)均为开源产品。最后对所设计的主站设备进行测试验证,结果证明该主站功能完整性能优秀,既保留了线缆冗余机制还实现了双系统冗余热备份运行,能够在激活系统故障后毫秒级时间完成系统切换,可靠性满足大多数工业控制应用场景对主站控制器的要求。

基于EtherCAT总线的Modbus-RTU主站网关设计

EtherCAT在国内工控领域被广泛应用,国内许多工业现场采用EtherCAT总线作为控制系统总线。Modbus也是一种标准开放的通信协议,许多仪器仪表、传感器、变频器支持Modbus协议,作为Modbus从设备被大量地应用于工控现场。为了解决工控现场EtherCAT总线与Modbus设备通信问题,设计了一种基于EtherCAT总线的Modbus-RTU主站网关模块,实现EtherCAT总线与Modbus协议的转化。该模块对外支持2路RJ45接口和1路DB9接口,其中RJ45接口支持EtherCAT协议,DB9接口支持Modbus-RTU主协议。模块通过2路RJ45接口灵活应用于EtherCAT网络中,可以配置链型和环型拓扑结构。

基于EtherCAT总线的弯管机多轴运动控制系统设计及应用

多运动轴的三合一弯管机机械系统采用台达运动控制器和威纶通触摸屏的硬件配置,在InoProShop集成编程环境下,为了实现基于EtherCAT总线的多轴交流伺服系统控制,文章对单运动轴定位控制的实现进行了详细设计,并采用速度主轴和从轴同步控制、伺服驱动器限制转矩的控制方案,实现了弯管时送料轴主动送料与被动送料的自适应同步调整。设备可通过校圆校直、开料、管端成型、管材移动、弯管、快速卸料等工序直接将铜管盘料一次加工为成品。实现了全自动生产,可有效提高工作效率,减少操作人员。

基于EtherCAT和PLC的多功能开关寿命测试系统

标准技术的升级、产品类别的丰富、检测技术的发展,对器具开关安规认证检测设备带来了机遇和挑战。该系统介绍了一种基于EtherCAT和PLC的多功能开关寿命测试系统,具有气电混合简化设计、分时共享电源负载、柔性模拟负载特性、在线监测交直两用的特点,利用伺服电机、气动装置和辅助控制装置,灵活实现了对多种开关品类和多种标称温度的器具开关产品进行安规耐久寿命测试,并同时具备环保节能的效果。

一种基于EtherCAT总线技术的电感信号处理模块设计

电感式传感器作为一种在计量检测领域应用广泛的高精度传感器,使用过程中需要配套相应的电感信号处理模块,对电感传感器的信号进行采集、信号处理、模数转换等操作,当前常见的处理模块都是采用的USB、RS232串口等传统数据传输模式,无法满足当前智能检测领域要求功能部件要可接入工业总线、且具备可扩展性强、配置灵活的特点。针对此类问题,文中介绍了一种基于EtherCAT总线技术的电感信号处理模块设计方案。

基于EtherCAT协议的辐照工艺设计

随着社会生产的发展,传统制造业逐步迈向数字化和智能化。在线材辐照工艺中,传统的辐照工艺设备分布离散,系统集成度不高,难以获取完整的生产过程数据。为了实现更高效的数字化管理,文章基于EtherCAT协议,设计了一套集成度高、响应迅速的线材辐照加工工艺流程;通过将辐照加工过程中的全部生产数据接入制造执行系统(MES),实现了辐照加工的数字化管理。

基于EtherCAT六轴控制系统的S型曲线算法研究

工业自动化中,传统通信总线在通信速率低和网络拓扑结构固化等方面存在局限性,难以满足对实时响应和灵活配置的需求。EtherCAT总线具有实时性和灵活性高的特点,可以提升系统的整体性能和可靠性。基于EtherCAT总线的六轴步进电机控制系统不仅确保了电机之间的实时通信,还通过引入S型曲线算法,大幅提升了电机运行的平稳性和可靠性。这种结合EtherCAT总线和S型曲线算法的方式实现了灵活、平稳、可靠的电机运动控制。

YF17A卷烟储存输送装置EtherCAT网络系统的分析与改进

针对YF17A型卷烟存储输送器运行过程中EtherCAT网络故障频发的问题,文中分析了EtherCAT网络的结构,改进了YF17A卷烟存储输送器的EtherCAT网络系统。通过在TwinCAT System Manager软件中重新组态Ether⁃CAT网络系统的硬件,在原EtherCAT网络硬件的基础上增加带E-BUS通信功能的BECKHOFF EL9410电源模块,EtherCAT网络供电得到了极大的改善。应用效果表明,改进后的EtherCAT网络解决了因模块供电不足而导致的I/O模块通信故障、E-BUS通信故障、伺服驱动器通信故障等问题。

北京盟通:EC-Master与LxWin的EtherCAT主站解决方案

在今天,越来越多的制造业客户选择自动化智能化转型,自动化智能化促进了人机交互、数据互通与自动化控制的发展。随着工业4.0和智能制造的推进,对高速、低时延、高性能的需求在自动化控制领域日益增长。在这一背景下,EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)协议以其卓越的性能成为了自动化控制的优选技术。EtherCAT是一种基于以太网的高性能实时工业通信协议,它通过优化的数据传输机制,能够在毫秒级甚至微秒级的时间范围内完成数据交换,极大地提高了通信效率和系统同步性。

基于模拟伺服的多轴EtherCAT协议设计

针对传统模拟伺服系统存在的通信实时性差、难以实现多轴同步控制等问题,提出一种将EtherCAT协议应用于传统模拟伺服系统的设计方案。以STM32和AX58100为核心,采用SPI从机扩展方法,结合DAC芯片等器件,设计了系统整体框架;根据分布时钟同步模式和CiA402行规实现了多轴从站;采用TwinCAT3构建主站功能,在搭建的四轴伺服控制平台上进行了实验。在四轴EtherCAT通信分布时钟周期500μs时,报文刷新时间小于10μs,实现了四轴S型曲线同步控制,该方案对于实现传统模拟伺服系统的网络化,具有一定的参考价值。

基于EtherCAT实时以太网的发动机测控系统

针对液体发动机试验中测控参数多、分布广,并且需要高速实时传送的特点,设计了一套基于EtherCAT实时以太网的发动机测控系统。系统采用一主多从结构,主站包括CX-2040-0125嵌入式软PLC和基于LabVIEW设计的上位机人机界面;从站包括三台C6900-0050工控机设计的控制站、工艺站和测试站,通过EtherCAT完成主从站间通信,实现发动机试验参数的测量与控制。同时具有手动、自动时序控制方式,保证试验系统按照预先设定时序可靠、安全运行。测试结果表明,系统的实时性能好,测控精度高,能够满足发动机试验对测控系统的需求。