廈門鑫諾斯自動化科技有限公司

：鐘松豪
：
   

:
3RK1301-0AB10-0AB4
3RK1301-0AB13-0AA2
3RK1301-0AB13-0AA4
3RK1301-0AB13-1AA2
3RK1301-0AB13-1AA4
3RK1301-0AB20-0AA3
3RK1301-0AB20-0AA4
3RK1301-0BB00-0AA2
3RK1301-0BB00-1AA2
3RK1301-0BB10-1AA4
3RK1301-0BB10-1AB4
3RK1301-0BB13-0AA2
3RK1301-0BB13-0AA4
3RK1301-0BB13-1AA2
3RK1301-0BB13-1AA4
3RK1301-0BB20-0AA3
3RK1301-0BB20-0AA4
3RK1301-0CB00-0AA2
3RK1301-0CB00-1AA2
3RK1301-0CB10-0AB4
3RK1301-0CB13-0AA2
3RK1301-0CB13-0AA4
3RK1301-0CB13-1AA2
3RK1301-0CB13-1AA4
3RK1301-0CB20-0AA3
3RK1301-0CB20-0AA4
3RK1301-0DB00-0AA2
3RK1301-0DB00-1AA2
3RK1301-0EB00-0AA2
3RK1301-0EB00-1AA2
3RK1301-0FB00-0AA2
3RK1301-0FB00-1AA2
3RK1301-0GB00-0AA2
3RK1301-0GB00-1AA2
3RK1301-0HB00-0AA2
3RK1301-0HB00-1AA2
3RK1301-0JB00-0AA2
3RK1301-0JB00-1AA2
3RK1301-0KB00-0AA2
3RK1301-0KB00-1AA2
3RK1301-1AB00-0AA2
3RK1301-1AB00-1AA2
3RK1301-1BB00-0AA2
3RK1301-1BB00-1AA2
3RK1301-1CB00-0AA2
3RK1301-1CB00-1AA2
3RK1301-1DB00-0AA2
3RK1301-1DB00-1AA2
3RK1301-1EB00-0AA2
3RK1301-1EB00-1AA2
3RK1301-1FB00-0AA2
3RK1301-1FB00-1AA2
3RK1301-1GB00-0AA2
3RK1301-1GB00-1AA2
3RK1301-1HB00-0AA2
3RK1301-1HB00-1AA2

　圖 1為 EtherCAT的基本工作原理.介質(zhì)訪問控制 (MAC,Media Access Control)使用主從模式.
主站發(fā)送以太網(wǎng)幀給各從站 ,從站從數(shù)據(jù)幀中抽取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)幀 ,然后將該數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)较乱粋€ EtherCAT從站. zui后一個 EtherCAT從站發(fā)回經(jīng)過*處理的報文 ,并由第 1個從站作為響應(yīng)報文發(fā)送給主站. 主站使用標準的以太網(wǎng)接口卡或具有以太網(wǎng)接口的嵌入式工業(yè)控制計算機 , EtherCAT從站使用的從站控制芯片ESC.

　　ESC采取接收轉(zhuǎn)發(fā)機制 ,以太網(wǎng)幀可以雙向通行 ,但只有以太網(wǎng)幀由下行電報方向進入時 ,相應(yīng)的報文才能得到處理. 如果轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)口未連接 , ESC自動將以太網(wǎng)幀沿原入口徑返回.

　　EtherCAT數(shù)據(jù)幀使用以太網(wǎng) V2 格式的MAC幀 ,以太類型為 0x88A4.圖 2為 EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層幀結(jié)構(gòu).一個EtherCAT以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀包含一個或多個 EtherCAT子報文 ,每個子報文尋址獨立的設(shè)備或存儲區(qū)域.

　　每個 EtherCAT子報文包括子報文頭、數(shù)據(jù)域和相應(yīng)的工作計數(shù)器 (WKC,Working Counter) ,子報文尋址到從站節(jié)點并交換數(shù)據(jù)后 ,工作計數(shù)器將被增加 ,用以記錄該子報文的處理狀態(tài).子報文頭中 ,8bit命令字節(jié) ,了子報文類型 (讀寫類型 ,尋址類型 ); 8 bit索引號給出子報文編碼; 32bit的子報文地址了對從站的操作地址 ,尋址類型定義了尋址方式; 8bit長度用以指示報文數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)數(shù);R為 4 bit的保留位; 4 bitM表示本報文是否為zui后一個報文; 16bit中斷目前保留2　EtherCAT冗余和熱插拔技術(shù)要求

　　2. 1　拓撲結(jié)構(gòu)

　　冗余以太網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)型拓撲、環(huán)型拓撲以及混合型拓撲 . 對于一般的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng) ,網(wǎng)絡(luò)型和混合型拓撲過于復(fù)雜 ,環(huán)型拓撲非常有效而且實用. 本文研究環(huán)型拓撲的冗余技術(shù) ,消除單點故障對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響.

　　環(huán)型結(jié)構(gòu)的信息流在網(wǎng)中是沿固定方向流動的.由于環(huán)型結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)一個節(jié)點故障將會影響全網(wǎng) ,要提高可靠性 ,需采用雙向環(huán)結(jié)構(gòu) ,使環(huán)具有自愈功能 ,即在斷點處自動環(huán)回 , ESC從站控制器具有這種自動環(huán)回功能.

　　EtherCAT冗余技術(shù)采用環(huán)型冗余結(jié)構(gòu) ,也就是將zui后一個 ESC節(jié)點連接到主站.要實現(xiàn)這個功能 ,需要主站具有 2個以太網(wǎng)接口 ,見圖 32. 2　單點故障

3RK1301-1JB00-0AA2
3RK1301-1JB00-1AA2
3RK1301-1KB00-0AA2
3RK1301-1KB00-1AA2
3RK1303-2AS54-1AA0
3RK1303-2AS54-1AA3
3RK1303-5BS44-3AA0
3RK1303-5BS44-3AA3
3RK1303-5CS44-3AA0
3RK1303-5CS44-3AA3
3RK1303-6BS74-3AA0
3RK1303-6BS74-3AA3
3RK1303-6DS74-3AA0
3RK1303-6DS74-3AA3
3RK1303-6ES81-3SA3-ZX95
3RK1303-6ES81-3WA3-ZX95
3RK1304-0HS00-6AA0
3RK1304-0HS00-7AA0
3RK1304-0HS00-8AA0
3RK1304-5KS40-2AA0
3RK1304-5KS40-2AA3
3RK1304-5KS40-3AA0
3RK1304-5KS40-3AA3
3RK1304-5KS40-4AA0
3RK1304-5KS40-4AA3
3RK1304-5KS40-5AA0
3RK1304-5KS40-5AA3
3RK1304-5KS70-2AA0
3RK1304-5KS70-2AA3
3RK1304-5KS70-3AA0
3RK1304-5KS70-3AA3
3RK1304-5LS40-2AA0
3RK1304-5LS40-2AA3
3RK1304-5LS40-3AA0
3RK1304-5LS40-3AA3
3RK1304-5LS40-4AA0
3RK1304-5LS40-4AA3
3RK1304-5LS40-5AA0
3RK1304-5LS40-5AA3
3RK1304-5LS70-2AA0
3RK1304-5LS70-2AA3
3RK1304-5LS70-3AA0
3RK1304-5LS70-3AA3
3RK1305-0AS01-0AA0
3RK1335-0AS01-0AA0
3RK1395-6KS41-0AD0
3RK1395-6KS41-0AD3
3RK1395-6KS41-0AD5
3RK1395-6KS41-1AD0
3RK1395-6KS41-1AD3
3RK1395-6KS41-1AD5
3RK1395-6KS41-2AD0
3RK1395-6KS41-2AD3
3RK1395-6KS41-2AD5
3RK1395-6KS41-3AD0
3RK1395-6KS41-3AD3
3RK1395-6KS41-3AD5
3RK1395-6KS71-0AD0
3RK1395-6KS71-0AD3
3RK1395-6KS71-0AD5
3RK1395-6KS71-1AD0
3RK1395-6KS71-1AD3
3RK1395-6KS71-1AD5
3RK1395-6KS71-2AD0
3RK1395-6KS71-2AD3
3RK1395-6KS71-2AD5
3RK1395-6KS71-3AD0
3RK1395-6KS71-3AD3
3RK1395-6KS71-3AD3-ZE07
3RK1395-6KS71-3AD5
3RK1395-6KS71-3AD5-ZE09
3RK1395-6KS72-3AD3
3RK1395-6LS41-0AD0
3RK1395-6LS41-0AD3
3RK1395-6LS41-0AD5
3RK1395-6LS41-1AD0
3RK1395-6LS41-1AD3
3RK1395-6LS41-1AD5
3RK1395-6LS41-2AD0
3RK1395-6LS41-2AD3
3RK1395-6LS41-2AD5
3RK1395-6LS41-3AD0
3RK1395-6LS41-3AD3
3RK1395-6LS41-3AD5
3RK1395-6LS71-0AD0
3RK1395-6LS71-0AD3
3RK1395-6LS71-0AD5
3RK1395-6LS71-1AD0
3RK1395-6LS71-1AD3
3RK1395-6LS71-1AD5
3RK1395-6LS71-2AD0
3RK1395-6LS71-2AD3
3RK1395-6LS71-2AD5
3RK1395-6LS71-3AD0
3RK1395-6LS71-3AD3
3RK1395-6LS71-3AD3-ZE07
3RK1395-6LS71-3AD5
3RK1395-6LS71-3AD5-ZE09

　　環(huán)形冗余鏈路僅具備雙重冗余 ,因此只能應(yīng)對單點故障.單點故障主要有以下幾種可能情況:

　　1) 網(wǎng)口故障 ,包括主站網(wǎng)卡本身故障和連接在網(wǎng)卡上的鏈路故障;

　　2) 鏈路故障 ,指從站節(jié)點之間的鏈路存在斷線;

　　3) 節(jié)點故障 ,指環(huán)路中某節(jié)點出現(xiàn)故障 ,導(dǎo)致幀轉(zhuǎn)發(fā)功能失效.在此情況下 ,發(fā)生故障的節(jié)點的失效不認為是整個系統(tǒng)的失效. 這種情況也可能發(fā)生在需要不斷電情況下更換一個從站節(jié)點的場合 ,通常也稱為“熱插拔 ”.

　　2. 3　EtherCAT鏈路冗余主站

　　EtherCAT主站結(jié)構(gòu)如圖 4所示 ,其中 Ether-CAT主站驅(qū)動實現(xiàn)了網(wǎng)卡驅(qū)動與上層控制任務(wù)的交互.冗余機制不應(yīng)影響應(yīng)用層控制任務(wù)的性能和功能. 在本文系統(tǒng)設(shè)計中,將常規(guī) EtherCAT主站驅(qū)動程序做了修改 ,加入鏈路冗余機制 ,對上層應(yīng)用屏蔽了冗余信息和操作.
在 EtherCAT主站驅(qū)動程序中 ,向上層應(yīng)用的接口主要為 1個發(fā)送隊列 (用于存放控制任務(wù)要發(fā)送的 EtherCAT幀 )和 1個接收隊列 (用于存放處理過后返回的 EtherCAT幀 ).本文設(shè)計的冗余機制旨在實現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)處于任何正?；蛉蒎e運行狀態(tài)下這 2個幀隊列都與網(wǎng)口和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)無關(guān).

　　3　冗余系統(tǒng)設(shè)計

　　3. 1　冗余幀傳播機制

　　冗余主站設(shè)計如圖 4所示 ,主站具有 A和 B2個網(wǎng)口 ,每個網(wǎng)口均具備發(fā)送和接收以太網(wǎng)幀的功能.

　　根據(jù)故障情況 ,圖 5中列出了冗余系統(tǒng)正常工作和出現(xiàn)各種單點故障時的幀傳播策略:

　　1) 正常情況時,發(fā)送幀交由 A網(wǎng)口發(fā)送,經(jīng)過從站節(jié)點的遍歷,經(jīng) B網(wǎng)口接收,進接收隊列;

　　2) A網(wǎng)口故障時,發(fā)送幀交由 B 網(wǎng)口發(fā)送,反向到達第 1個從站節(jié)點,以原鏈路環(huán)回,經(jīng) B網(wǎng)口接收后,進接收隊列;

　　3) B 網(wǎng)口故障時,發(fā)送幀交由 A網(wǎng)口發(fā)送,到達zui后一個從站節(jié)點,以原鏈路環(huán)回,經(jīng) A網(wǎng)口接收后,進接收隊列;

　　4) 出現(xiàn)鏈路故障 (或熱插拔 )時,發(fā)送幀交由 A網(wǎng)口發(fā)送,遍歷至故障點處環(huán)回,經(jīng) A網(wǎng)口接收,交由 B 網(wǎng)口發(fā)送,從另一個方向遍歷至故障點處環(huán)回,經(jīng) B網(wǎng)口接收后,進接收隊列;

　　5) 出現(xiàn)節(jié)點故障時,發(fā)送幀交由 A 網(wǎng)口發(fā)送,遍歷至故障點處環(huán)回,經(jīng) A網(wǎng)口接收,交由 B網(wǎng)口發(fā)送,從另一個方向遍歷至故障點處環(huán)回,經(jīng)B網(wǎng)口接收后,進接收隊列.

　　3. 2　故障點診斷

　　發(fā)生網(wǎng)口故障時,能夠確定故障點在主站接口上;而在發(fā)生鏈路故障和節(jié)點故障時,則需偵聽A網(wǎng)口和 B 網(wǎng)口的接收幀,結(jié)合數(shù)據(jù)幀中子報文的工作計數(shù)器實現(xiàn).

　　每個子報文zui后具有一個 WKC,在通過從站節(jié)點時 ,如果為該從站的子報文 ,WKC將加 1(也有一些類型的報文增加值大于 1).故障點診斷規(guī)則如下:

　　首先 ,根據(jù)讀取網(wǎng)口狀態(tài)判斷是否出現(xiàn)故障及故障類型.如果 A網(wǎng)口或 B 網(wǎng)口狀態(tài)為未連接或連接出錯,則表明出現(xiàn)了網(wǎng)口故障;如果 A網(wǎng)口接收到了環(huán)回的幀,則表明為鏈路故障或節(jié)點故障;否則,表明系統(tǒng)正常.

　　然后,對 A網(wǎng)口和 B 網(wǎng)口的接收幀進行偵聽和 WKC分析.根據(jù)子報文的報文指令類型 ,以及子報文的 WKC值,可以判斷出該子報文是否得以執(zhí)行.從而,檢測出 A網(wǎng)口和故障點之間離故障點zui近的有效節(jié)點及 B 網(wǎng)口和故障點之間離故障點zui近的有效節(jié)點.