時間:2024-07-11 14:57:30來源:深圳市正運動技術(shù)有限公司
冗余定義
什么是總線冗余功能?我們都知道,EtherCAT現(xiàn)場總線具有靈活的拓撲結(jié)構(gòu),設(shè)備間支持線型、星型、樹型的連接方式,其中線型結(jié)構(gòu)簡單、傳輸效率高,大多數(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用中也是使用這種連接方式,如下圖所示。
線型的連接方式確實簡單,走線靈活,便于現(xiàn)場設(shè)備布局與維護。在自動化的工業(yè)生產(chǎn)中,設(shè)備通常在不同的環(huán)境中長時間運行,線纜的老化、安裝連接不夠嚴謹?shù)纫蛩貙?dǎo)致線纜斷連。假如有一天第一個伺服和第二個伺服之間的線纜斷了,那么第1個伺服后面的設(shè)備是不是將無法正常運行呢?如下圖所示。
不管是哪種接線方式,線纜斷線將會影響設(shè)備的正常運轉(zhuǎn),哪怕是傳統(tǒng)的CAN、RS485等通信的設(shè)備控制也都無法正常運轉(zhuǎn)。問題還得要解決,那有沒有標準的、又不需要添加太多額外的設(shè)計成本,就能解決上述的問題呢?一起來看看EtherCAT總線給出的解決方案,以及EtherCAT冗余技術(shù)的實現(xiàn)原理。我們先看它的連接方式,如下圖所示。
從EtherCAT的線纜冗余接線圖中可以看出,復(fù)用了最后一個從站設(shè)備的OUT端接回主站,是不是有點巧妙呢?減少了硬件成本,還能解決問題,確實受大家喜歡。再來細看它的數(shù)據(jù)流向,假設(shè)還是第一個伺服和第二個伺服之間斷開了,它的工作原理如下圖所示。
伺服1和伺服2的線纜斷開后仍與從站設(shè)備連接著,但通信線路變成兩條支線,設(shè)備仍然可以正常通信,設(shè)備依然還能夠繼續(xù)控制運行。上述就是EtherCAT冗余的解決方案,將線型結(jié)構(gòu)變成了環(huán)形結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了鏈路冗余功能。
冗余功能的優(yōu)勢
01、節(jié)約設(shè)計成本EtherCAT線纜冗余,使用了最后一個從站設(shè)備的OUT端口,使得冗余功能標準化。
02、增強系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性工業(yè)自動化行業(yè)中通常要求總線上的設(shè)備不間斷運轉(zhuǎn),不允許停止生產(chǎn),冗余技術(shù)可以實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
03、故障診斷與處理當(dāng)出現(xiàn)線纜斷線時,變成兩條之鏈路控制繼續(xù)工作,同時EtherCAT可以自動檢測到總線系統(tǒng)中的故障點,可大大簡化系統(tǒng)的維護工作,提高了設(shè)備的維護性。
環(huán)境配置? 正運動目前只有7系240520以后的版本支持。
環(huán)境準備(1)準備一臺VPLC711-i5-ETH5一體機;
(2)安裝240520以上MotionRT版本;
(3)EtherCAT做主口,其他網(wǎng)口任選一個做從口;
(4)按照圖示接線,EtherCAT接入第一個設(shè)備的in,最后一個設(shè)備的out接入VPLC711上的對應(yīng)冗余網(wǎng)口,形成一個環(huán)路;
(5)在總線初始化過程中,SLOT_STOP總線停止后加入SLOT_SLAVE(0)=1;(6)此時環(huán)路中任意處斷開一個接口,節(jié)點運行正常;
(7)有需求可在代碼中加入斷線檢測的指令。
RT驅(qū)動安裝第一步:安裝驅(qū)動程序
1.打開“設(shè)備管理器”,選擇“操作”中的“添加過時硬件”,選擇“手動選擇”。
2.點擊“下一步”。
3.點擊“從磁盤安裝”。
4.點擊“瀏覽按鈕”選擇驅(qū)動所在的路徑,打開文件夾“driver_signed”,選擇“ZMotionRt64.inf”。
5.一直點擊”下一步“,直到安裝完成。
注意:驅(qū)動更新時,要從設(shè)備管理器刪除設(shè)備,一定要選擇把驅(qū)動文件也刪除。
第二步:安裝EtherCAT協(xié)議
MotionRT711支持XPCI/XPCIE的ECAT網(wǎng)口,也支持電腦普通網(wǎng)口作為ECAT使用。
1.在Windows網(wǎng)絡(luò)連接界面,選擇需要用作冗余功能總線的網(wǎng)口,右擊屬性→安裝→協(xié)議→添加。
2.選擇“從磁盤安裝”。
3.瀏覽驅(qū)動位置,選擇”ZMotionRtPacket.inf”。
4.點擊“確定”。
在屬性中查看有ZMotionRT64 Packet Protocol Driver就是安裝成功,勾選上就可以添加對應(yīng)的網(wǎng)口總線協(xié)議。不接設(shè)備的網(wǎng)口可以在這里取消掉勾選。
5.添加總線協(xié)議。
在RT7啟動界面,點擊“AddEcat”,在EtherCAT總線列表下,將對應(yīng)的冗余網(wǎng)口的總線增加到列表,增加成功之后,“Start”即可。如下圖的標號2所示。
冗余代碼指令分析冗余指令使用方法如下所示。SLOT_SLAVE -- EtherCAT冗余配置。(該指令在總線停止時進行設(shè)置)
斷線檢測指令解析如下
一、SLOT_INFO和NODE_INFO
打印SLOT_INFO(slot,5)可檢測到線纜是否斷開,0-線纜正常,1-檢測到線纜斷開。NODE_INFO有相同功能。 NODE_INFO(slot,node,6)也可檢測到設(shè)備網(wǎng)口狀態(tài),按bit位操作,第0位表示IN口狀態(tài),第1位表示OUT口狀態(tài),置1為正常,置0為斷開。(SLOT_INFO只能讀取線路是否有斷線,不能確定是哪個節(jié)點斷線,NODE_INFO可以精確到某個節(jié)點斷線)。如下圖范例所示。
(1)表示整個環(huán)路EtherCat檢測到斷線。
(2)打印值為3,二進制表示為0011,Bit0和Bit1均為1,表示節(jié)點0,正常接線。
(3)打印值為2,二進制表示為0010,Bit0為0,Bit1為1,表示節(jié)點1 EtherCat In處斷開。
二、NODE_REGREADNODE_REGREAD(slot,node,address=0x111,bytes,modbusindes)可以讀取到設(shè)備網(wǎng)口狀態(tài),從而精準判斷哪個設(shè)備哪個網(wǎng)口斷開。正常返回為90,in處斷開返回89,out處斷開返回86。
BIT0=第一個口狀態(tài)(in口),BIT2=第二個口狀態(tài)(out口)。只看bit0和bit2,置1為斷開,置0為正常。如下圖范例所示。
(1)打印值為89,二進制表示為01011001,Bit0為1,表示節(jié)點1 EtherCAT In口斷開。
(2)打印值為86,二進制表示為01010110,Bit2為1,表示節(jié)點0 EtherCAT Out口斷開。
(3)打印值為90,二進制表示為01011010,Bit0和Bit2均為0,表示節(jié)點2連接正常。
上位機C#檢測掉線應(yīng)用實例我們通過basic腳本程序,slot_info指令循環(huán)判斷是否有掉線,若掉線,則設(shè)置對應(yīng)變量test的值,值為1表示掉線,為0則表示正常連接。
Basic部分程序如下圖所示。(這里通過讀取basic全局變量值判斷,也可以通過寄存器的值判斷,或者通過node_regread掉線指令檢測)
通過上述basic程序可以看到,程序循環(huán)監(jiān)控,刷新slot_info指令的返回值,賦值給test變量,此時,上位機通過監(jiān)控test的值的變化來判斷是否有掉線,上位機顯示界面如下圖所示。
1、伺服正常工作無掉線的情況。
2、伺服正常工作過程中,其中一個EtherCAT節(jié)點掉線的情況。
3、相關(guān)部分程序如下圖所示。
如上圖可知,上位機通過相關(guān)接口實時讀取basic底層變量test的值,來判斷相對應(yīng)的EtherCAT節(jié)點是否掉線。
VPLC711是一款基于x86平臺和Windows操作系統(tǒng)的高性能機器視覺EtherCAT運動控制器,具備強大的運算能力和靈活性。它具有出色的實時性能和多路高速硬件輸入與多路高速PSO輸出,能夠精準控制多軸同步運動,并與外部設(shè)備實現(xiàn)多協(xié)議的高速通信。
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VPLC711內(nèi)置Windows運動控制實時內(nèi)核MotionRT7,形成一種開放式IPC形態(tài)實時軟控制器/軟PLC,為用戶提供靈活集成的運動控制+視覺一體化解決方案。
VPLC711硬件參數(shù)
1.采用x86高性能CPU,EtherCAT可支持1ms 64軸同步運行;
2.板載RS232,RS485,EtherNet*5,EtherCAT,USB3.0*4硬件接口;3.板載20DI,其中4個高速色標鎖存,2組高速單端編碼器;4.板載20DO,其中4個高速單端脈沖軸,4組高速PWM;
5.支持DVI-D,HDMI顯示,支持雙網(wǎng)口不同IP設(shè)置。
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