EtherCat培訓(xùn)資料課件

現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT

報(bào)告人：商承超2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT現(xiàn)場總線定義現(xiàn)場總線（FieldBus）是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在智能化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通訊的系統(tǒng)，也被成為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通訊的底層控制網(wǎng)絡(luò)。

傳統(tǒng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線類型2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT現(xiàn)場總線類型常見的現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議現(xiàn)場總線協(xié)議：ControlNet、Profibus、Interbus、DeviceNet、CANopen、CC-Link、ASi、IO-LinkProfinet、Ethernet/IP、EtherCAT、Modbus/TCP、SERCOSⅢ2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT工業(yè)通訊協(xié)議關(guān)系布局現(xiàn)場總線CANopenCANopen協(xié)議是一種基于CAN總線的應(yīng)用層協(xié)議。CANopen協(xié)議在歐洲廣泛應(yīng)用，已成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50325-42023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATOSI模型中CAN標(biāo)準(zhǔn)和CANopen協(xié)議之間的關(guān)系2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATCANopen與CAN報(bào)文的關(guān)系現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT兩者之間的關(guān)系

（1）介質(zhì)訪問控制及物理信號使用CAN總線技術(shù)； （2）通信速率可以有多種選擇； （3）采用對象字典作為通信接口與應(yīng)用程序的接口； （4）支持主/從、生產(chǎn)者/消費(fèi)者和客戶機(jī)/服務(wù)器等多種通信模式； （5）制定了多種設(shè)備子協(xié)議；2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATCANopen概述CANopen概述

（6）可使用多種線纜和連接器； （7）數(shù)據(jù)通信可采用事件驅(qū)動、遠(yuǎn)程請求、同步傳輸?shù)榷喾N方式； （8）采用心跳報(bào)文、節(jié)點(diǎn)保護(hù)、壽命保護(hù)等多種設(shè)備監(jiān)控方式，有利于節(jié)點(diǎn)之間的可靠通信； （9）提供典型的預(yù)定義主/從連接組，最多可支持127個(gè)節(jié)點(diǎn)； （10）提供很大的靈活性，應(yīng)用非常廣泛。2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT總線速度與總線長度之間的關(guān)系2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT對象字典（OD：ObjectDictionary）對象字典是一個(gè)有序的對象組每個(gè)對象采用一個(gè)16位的索引來尋址定義了一個(gè)8位的子索引來方為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的單個(gè)元素2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATCANopen對象字典通用結(jié)構(gòu)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT對象字典和通訊對象之間的關(guān)系2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT通訊對象2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT通訊對象表對象字典示例2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATCANopen通訊2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATCANopen通訊模型定義了4種報(bào)文（通訊對象）：網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文（NMT）服務(wù)數(shù)據(jù)對象SDO(ServiceDataObject）過程數(shù)據(jù)對象PDO（ProcessDataObject）預(yù)定義報(bào)文或者特殊功能對象網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文（NMT）基于主從式的結(jié)構(gòu)一個(gè)CANopen網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)NMT主節(jié)點(diǎn)作用節(jié)點(diǎn)狀態(tài)控制初始化狀態(tài)預(yù)操作狀態(tài)操作狀態(tài)停止?fàn)顟B(tài)錯(cuò)誤控制NodeGuardingHeartbeart節(jié)點(diǎn)啟動(boot-up)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)EtherCATNMTModuleControl只有NMT-Master節(jié)點(diǎn)能夠傳送NMTModuleControl報(bào)文。所有從設(shè)備必須支持NMT模塊控制服務(wù)。NMTModuleControl消息不需要應(yīng)答。NMT消息格式2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)EtherCATNMT主機(jī)命令

2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATNMT服務(wù)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATMNT節(jié)點(diǎn)保護(hù)（NMTNodeGuarding）通過節(jié)點(diǎn)保護(hù)服務(wù)，MNT主節(jié)點(diǎn)可以檢查每個(gè)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)NMT-Slave節(jié)點(diǎn)發(fā)送如下報(bào)文應(yīng)答2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)EtherCATHeartbeat一個(gè)節(jié)點(diǎn)可被配置為產(chǎn)生周期性的被稱作心跳報(bào)文（Heartbeat）的報(bào)文2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)EtherCATNMTBoot-up（節(jié)點(diǎn)啟動)NMT-slave節(jié)點(diǎn)發(fā)布Boot-up報(bào)文通知NMT-Master節(jié)點(diǎn)它已經(jīng)從initialising狀態(tài)進(jìn)入pre-operational狀態(tài)。 NMT-MasteríNMT-Slave2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT過程數(shù)據(jù)對象PDO（ProcessDataObject用來傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從一個(gè)生產(chǎn)者傳到一個(gè)或多個(gè)消費(fèi)者。數(shù)據(jù)傳送限制在1到8個(gè)字節(jié)PDO通訊沒有協(xié)議規(guī)定。PDO數(shù)據(jù)內(nèi)容只由它的CANID定義每個(gè)PDO在對象字典中用2個(gè)對象描述PDO通訊參數(shù)：包含哪個(gè)COB-ID將被PDO使用，傳輸類型，禁止時(shí)間和定時(shí)器周期PDO映射參數(shù)：包含一個(gè)對象字典中對象的列表，這些對象映射到PDO里，包括它們的數(shù)據(jù)長度（inbits）。生產(chǎn)者和消費(fèi)者必須知道這個(gè)映射，以解釋PDO內(nèi)容PDO消息的內(nèi)容是預(yù)定義,映射應(yīng)用對象到PDO中是在設(shè)備對象字典中描述的。2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATPDO通信參數(shù)

2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATPDO通信參數(shù)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATPDO映射參數(shù)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATPDO映射參數(shù)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATPDO例程講解2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATPDO例程講解2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATRPDOTPDOPDO例程講解2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT服務(wù)數(shù)據(jù)對象SDO(ServiceDataObject)通過使用索引和子索引（在CAN報(bào)文的前幾個(gè)字節(jié)），SDO使客戶機(jī)能夠訪問設(shè)備（服務(wù)器）對象字典中的項(xiàng)（對象）SDO允許傳送任何長度的數(shù)據(jù)（當(dāng)數(shù)據(jù)超過4個(gè)字節(jié)時(shí)分拆成幾個(gè)報(bào)文）協(xié)議是確認(rèn)服務(wù)類型：為每個(gè)消息生成一個(gè)應(yīng)答（一個(gè)SDO需要兩個(gè)ID）,SDO請求和應(yīng)答報(bào)文總是包含8個(gè)字節(jié)（沒有意義的數(shù)據(jù)長度在第一個(gè)字節(jié)中表示，第一個(gè)字節(jié)攜帶協(xié)議信息）。SDO通訊有較多的協(xié)議規(guī)定。2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATSDO報(bào)文格式2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATSDO報(bào)文格式2023/7/23水現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATSDO應(yīng)用舉例2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT預(yù)定義報(bào)文或者特殊功能對象

2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT同步（SYNC）時(shí)間標(biāo)記對象（TimeStamp）緊急事件（Emergency）節(jié)點(diǎn)/壽命保護(hù)（Node/Lifeguarding）2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)EtherCATSDO客戶讀取報(bào)文當(dāng)客戶節(jié)點(diǎn)想從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)時(shí)，向服務(wù)器發(fā)送請求報(bào)文（client→server），通信報(bào)文2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)EtherCATCANopen設(shè)備2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATCAN通訊接口、對象字典和應(yīng)用程序之間的聯(lián)系總結(jié)：上面提到的通訊對象類型中有二個(gè)對象用于數(shù)據(jù)傳輸它們采用二種不同的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制實(shí)現(xiàn)：

SDO用來在設(shè)備之間傳輸大的低優(yōu)先級數(shù)據(jù)，典型的是用來配置CANopen網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備。

PDO用來傳輸8字節(jié)或更少數(shù)據(jù)，沒有其它協(xié)議預(yù)設(shè)定（意味著數(shù)據(jù)內(nèi)容已預(yù)先定義）。一個(gè)CANopen設(shè)備必須支持一定數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)（管理報(bào)文，administrativemessages），需要至少一個(gè)SDO。每個(gè)生產(chǎn)或消費(fèi)過程數(shù)據(jù)的設(shè)備需要至少一個(gè)PDO。所有其它的通訊對象是可選的。2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATCiADraftStandardProposal4021PROFILEPOSITIONMODE(標(biāo)準(zhǔn)位置模式)2HOMINGMODE(回原點(diǎn)模式)3INTERPOLATEDPOSITIONMODE(插補(bǔ)位置模式)4PROFILEVELOCITYMODE(標(biāo)準(zhǔn)速度模式)5PROFILETORQUEMODE(標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩模式)6VELOCITYMODE(速度模式)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATPROFILEPOSITIONMODE(標(biāo)準(zhǔn)位置模式)Object607Ah:Targetposition(Po350;Po351)Object607Bh:PositionrangelimitObject607Dh:SoftwarepositionlimitObject607Fh:MaxprofilevelocityObject6080h:MaxmotorspeedObject6081h:Profilevelocity(Po330)Object6082h:EndvelocityObject6083h:Profileacceleration(Po310)Object6084h:Profiledeceleration(Po311)Object6085h:QuickstopdecelerationObject6086h:Motionprofiletype(Po328)Object60C5h:MaxaccelerationObject60C6h:Maxdeceleration2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATObject6062h:Positiondemandvalue(Po910;Po911)Object6064h:Positionactualvalue(Po956;Po957)Object6065h:FollowingerrorwindowObject6066h:FollowingerrortimeoutObject6067h:PositionwindowObject6068h:Positionwindowtime

Object60F4h:Followingerroractualvalue(Po912;Po913)HOMINGMODE(回原點(diǎn)模式)Object607Ch:Homeoffset(Po123;Po124)Object6098h:Homingmethod(Po555)Object6099h:Homingspeeds6099h.1hSpeedduringsearchforswitch(Po120)6099h.2hSpeedduringsearchforzero(Po121)Object609Ah:Homingacceleration(Po122)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATINTERPOLATEDPOSITIONMODE(插補(bǔ)位置模式)

Object60C0h:InterpolationsubmodeObject60C1h:Interpolationdatarecord(Po350)Object60C2h:Interpolationtimeperiod(Po340)Object60C3h:InterpolationsyncdefinitionObject60C4h:Interpolationdataconfiguration2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATPROFILEVELOCITYMODE(標(biāo)準(zhǔn)速度模式)Object6069h:Velocitysensoractualvalue(Po914;Po915)Object606Ah:SensorselectioncodeObject606Bh:Velocitydemandvalue(Po914;Po915)Object606Ch:Velocityactualvalue(Po904;Po905)Object606Dh:VelocitywindowObject606Eh:VelocitywindowtimeObject606Fh:VelocitythresholdObject6070h:VelocitythresholdtimeObject60FFh:Targetvelocity(Po113;Po114)Object60F8h:MaxslippageObject60F9h:VelocitycontrolparObject6063hPositionactualvalue2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT6071hTargettorque6072hMaxtorque607EhPolarity607FhMaxprofilevelocity6080hMaxmotorspeed6083hProfileacceleration(Po109)6084hProfiledeceleration(Po110)6085hQuickstopdeceleration6086hMotionprofiletype(Po328)6094hVelocityencoderfactor6095hVelocityfactor16096hVelocityfactor2PROFILETORQUEMODE(標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩模式)Object6071h:Targettorque(Po204)(FC09)Object6072h:MaxtorqueObject6073h:Maxcurrent(F822)Object6074h:TorquedemandvalueObject6075h:MotorratedcurrentObject6076h:MotorratedtorqueObject6077h:Torqueactualvalue(0X1006)Object6078h:CurrentactualvalueObject6079h:DClinkcircuitvoltageObject6087h:Torqueslope(Po212,Po213)(FC02)Object6088h:TorqueprofiletypeObject60F7h:PowerstageparametersObject60F6h:Torquecontrolparameters2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATVELOCITYMODE(速度模式)Object6042h:vltargetvelocity(Po113)(0x10D)Object6043h:vlvelocitydemand(Po914)(0X1000)Object6053h:vlpercentagedemand()Object6054h:vlactualpercentageObject6055h:vlmanipulatedpercentageObject604Eh:vlvelocityreferenceObject604Ch:vldimensionfactorObject604Bh:vlset-pointfactorObject604Dh:vlpolenumberObject6046h:vlvelocityminmaxamount6046h.01hvelocityminamount(Po126)(0X10C)6046h.02hvelocitymaxamount(Po002)(0X10D)Object6047h:vlvelocityminmaxObject6058h:vlfrequencymotorminmaxamountObject6059h:vlfrequencymotorminmaxObject6056h:vlvelocitymotorminmaxamountObject6057h:vlvelocitymotorminmaxObject6048h:vlvelocityacceleration(Po109)(0x10E)Object6049h:vlvelocitydeceleration(Po110)(0x10F)Object604Ah:vlvelocityquickstopObject604Fh:vlrampfunctiontimeObject6050h:vlslowdowntimeObject6051h:vlquickstoptimeObject6044h:vlcontroleffort(Po904)Object6045h:vlmanipulatedvelocityObject6052h:vlnominalpercentage2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)通訊的實(shí)時(shí)性和確定性穩(wěn)定性和可靠性工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT常見的工業(yè)以太網(wǎng)總線基于TCP/IP的實(shí)現(xiàn)Ethernet/IP、Profinet（1）、Modbus/TCP基于普通的以太網(wǎng)Ethernet、Powerlink、

浙大中控的EPA、Profinet(2)基于修改的以太網(wǎng)EtherCAT、SERCOSIII、Profinet(3)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT以太網(wǎng)現(xiàn)場總線EtherCAT運(yùn)行原理采用的是主從式（Master/Slave）通信方式主站發(fā)起EtherCAT

下行數(shù)據(jù)

幀；數(shù)據(jù)幀遍歷所有的從站；每個(gè)從站在數(shù)據(jù)幀經(jīng)過時(shí)分析尋址到本站數(shù)據(jù)，并根據(jù)幀中的命令來提取數(shù)據(jù)或插入返回?cái)?shù)據(jù)，然后更新數(shù)據(jù)幀中相應(yīng)的工作計(jì)數(shù)器（WKC）以標(biāo)識出該數(shù)據(jù)幀被從站處理過在從站中，數(shù)據(jù)幀的接收與解碼、數(shù)據(jù)的提取與插入、數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)都是由硬件來實(shí)現(xiàn)的，這使得

EtherCAT

數(shù)據(jù)幀經(jīng)過每個(gè)從站的時(shí)間極小，延遲約為100~500ns2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATEtherCAT的應(yīng)用層協(xié)議CANopenoverEtherCAT(CoE)ServoDriveoverEtherCAT(SoE)EthernetoverEtherCAT(EoE)FileAccessoverEtherCAT(FoE)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATEtherCAT的幀定義2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATEtherCAT子報(bào)文結(jié)構(gòu)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT郵箱數(shù)據(jù)協(xié)議解析2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATCoE周期性數(shù)據(jù)通訊2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATCoE非周期性數(shù)據(jù)通訊Ethercat主站通過讀寫郵箱數(shù)據(jù)SM通道實(shí)現(xiàn)非周期性數(shù)據(jù)通信。當(dāng)CoE的通信服務(wù)類型為2和3時(shí)為SDO通信服務(wù)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATSDO數(shù)據(jù)傳輸格式2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATEtherCAT狀態(tài)機(jī)Ethercat通訊狀態(tài)機(jī)分為：Init（Initialization）Pre-OperationalSafe-OperationalOperational2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCATEtherCAT狀態(tài)機(jī)2023/7/23現(xiàn)場總線CANopen與工業(yè)以太網(wǎng)總線EtherCAT狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)化操作初始化應(yīng)用層沒有通信，主站只能讀寫ESC寄存器初始化向預(yù)運(yùn)行轉(zhuǎn)化（INITtoPre-Op）主站配置從站站點(diǎn)地址寄存器；如果支持郵箱通信，則配置郵箱通道參數(shù)；如果支持分布式時(shí)鐘，則配置DC相關(guān)寄存器；主站寫狀態(tài)控制寄存器，以請求“Pre-Op”;預(yù)運(yùn)行應(yīng)用層郵箱數(shù)據(jù)通信Pre-OptoSafe-Op主站使用郵箱初始化過程數(shù)據(jù)映射；主站配置過程數(shù)據(jù)通信使用的SM通道；主站配置FMMU;主站寫狀態(tài)控制寄存器，以請求“Safe-Op”;安全運(yùn)行應(yīng)用層支持郵箱數(shù)據(jù)通信；有過程數(shù)據(jù)通信但是只允許讀輸入數(shù)據(jù)，不產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)。Safe-OptoOp主站發(fā)送有效的輸出數(shù)據(jù)；主站寫狀態(tài)控制寄存器，以請求“Op”狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)輸入和輸出全部有效；仍然可以使用郵箱數(shù)據(jù)。Cyclicsynchronouspositionmode(csp)0x607ATarget