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时间:2019-09-14
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1、实时以太网技术及其应用-EthernetPOWERLINK一、IT技术对于自动化领域的影响-Ethernet技术的大量使用1•为什么选择以太网?1•由于在管理层的ERP/MRP/CIMS/MES均采用了Ethernet技术,因此,对于Ethernet冇了广泛的需求;2.Ethernet技术继承了IT业的开放性设计以及更为便宜的成本;3•开放的工具例如诊断工具Wireshark和标准的市而上多个厂家提供的芯片可供使用;4.Ethernet不仅仅是一个总线,它一氏在进步,从10Mbps,100Mbps,它一直领先于工业网络的速度和技术;2•实时性需求在不断增加但是CSMA/CD机制的
2、确会防止冲突在网络上的发生,却造成了数据发送的不确定性以及延迟的产生,这对于更为苛刻的实时性要求的机器控制而言则无法满足。所谓确定性的通信过程是指它具冇一个精确的可预测的定时,也就是什么时候数据报文到达接收者,生成响应数据和需要多长时间来传送该数据报文,都是可预测和确定的。它应用等时间同步原理,等时同步是一种数据传送方法,即在每一个精确的总线时钟周期内,确保传送实时数据。3•实时性应用等级3.1回路调节对于回路调节及输送系统、数据采集系统等,其PID回路调节,四大参量如温度、压力、液位、流量而言,由于共所具冇的延迟性,通常周期均在mS级,10mS,50mS,100mS共至到S一级
3、,以太网技术可以满足共刷新的需求。3.2机器人与CNC系统机器人与CNC系统正在蓬勃发展,在机械工业的行业划分屮,CNC和机床是最大的一块,整个CNC和机器人的架构设计中,由主控PC和PLC运行的插补算法将通过高速总线传递给各个执行机构,在每个CNC和机器人的插补周期里,该插补值都需要通过总线给定到伺服系统,而伺服系统的电流环、速度环将在本地执行,为了满足更高速度和更高精度的加工要求,S二Vt,当位置与速度都要求极高的时候,只能是在刷新周期上不断缩小,而这对实时控制提出了要求,H前在速度控制方面,如果将速度也反馈给主控,则这个刷新的速度需要更快,共至达到儿十个微秒的周期,这也是为
4、什么传统的CNC和机器人系统采用专用系统的原因■因为,目前国内的CNC和机器人达到的均在5mS这个水平,而新一代的更高速度则要到uS级的刷新,例如Fanuc,Kuka,ABB的机器人系统刷新均在uS级,因此其传统都使用光纤专用总线来实现数据交换。3.3高动态同步过程,多轴同步比较典型的应用是凹版印刷机的无轴传动系统,在整个印刷过稈中,对于印刷精度达到了+/-0.1mm甚至更高的耍求,而印刷速度达到了300m/Min的要求,为了保证这个印刷精度,减速比为1:9,版辗直径为0.3m,每一圈为1m的印刷速度,每秒钟5米的印刷速度,采用EndatE050)j线高精度编码器,则需要达到的位
5、置环处理约在4mS,而通信的速度需要保证为位置环速度高一个数戢级,400uS或800uS的刷新。除了电气系统的同步,像高精度的液压同步,也同样对于实吋性有较高的要求例如4个液压缸的位置坏同步计算,为了保证多个液圧缸定位糟度达到1um的锻压而言,其所需的CPU处理速度必须在uS级,而多个液压缸之间的同步通信速度则必须更高,在几十个微秒这个级别上。二、EthernetPOWERLINK技术1•时间槽管理机制(TimeSlotmanagement)也称时隙管理‘EthernetPOWERLINK使用一个等时同步的时间槽以分配发送数据的授权,这町避免数据在网络上发生冲突。在网络上,只能指
6、定一个站作为管理站(如需耍,可配置冗余的管理站),它为所有在网络上的其他站(控制站)建立一个配置表利分配时间槽,只有管理站能接收和发送数据,其他站只是在管理站的授权下才能发送数据。管理站通过PollRequest帧循环地按配置表访问各控制站。控制站是被动的总线节点,PollRequest帧只能由对应地址的被控站所接收,然后该控制站以PollResponse帧响应并作为广播报文发送。该报文允许网络上所有其他的站监控接收,这种关系称为出版者/订阅者的通信关系。MAC(介质访问控制),EthernetPOWERLINK站的以太网地址,其首5个字节是常数,即00-60-65-00-49,
7、第6个字节是站号,正确的站地址必须在网络设备上设定,英屮管理站的地址必须是0,控制站的地址为1到253o254和255保留作为网络上的配置和服务之用。2.POWERLINK数据交换过程EthernetPOWERLINK分为MN和CN(ControlledNode),等时同步CN和非等时同步CN每个等吋同步节点在POWERLINK周期里接受來自MN的Preq,并返回Pres,这用于传输等吋同步数据,如PDO数据,而异步阶段可传输SDO信息。PReq仅被特殊寻址的CN接受,而CN发送
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