现场总线控制系统（FCS）系列：Beckhoff EtherCAT_（9）.EtherCAT系统设计案例分析.docx

PAGE1

PAGE1

EtherCAT系统设计案例分析

在前一节中，我们讨论了EtherCAT的基本概念和优势。本节将通过具体的案例分析，深入探讨如何设计和实现一个基于BeckhoffEtherCAT的现场总线控制系统。我们将从系统架构设计、设备选型、网络配置、编程实现等多个方面进行详细讲解，并提供具体的代码示例和数据样例。

案例背景

假设我们需要设计一个用于制造车间的自动化控制系统，该系统主要负责控制多个机械臂和传感器，实现生产线的高效运行。系统要求具备高实时性、高可靠性和易于扩展的特点。我们将使用BeckhoffEtherCAT作为现场总线技术，结合PLC、I/O模块、伺服驱动器等设备，进行系统设计和实现。

系统架构设计

1.系统概述

我们的系统将包括以下几个主要部分：

主站：使用Beckhoff的CX系列嵌入式控制器作为主站设备。

从站：包括多个I/O模块、伺服驱动器和机械臂控制器。

网络拓扑：采用线性拓扑结构，确保网络的稳定性和实时性。

控制策略：使用PLC编程实现对机械设备的控制逻辑。

2.系统架构图

graphTD

A[嵌入式控制器CX5120]--B1[数字输入模块EL1008]

A--B2[数字输出模块EL2008]

A--B3[模拟输入模块EL3052]

A--B4[模拟输出模块EL4052]

A--B5[伺服驱动器AM8000]

A--B6[机械臂控制器]

B1--C[传感器1]

B2--C[执行器1]

B3--C[传感器2]

B4--C[执行器2]

B5--C[伺服电机]

B6--C[机械臂]

3.设备选型

3.1主站设备

型号：CX5120嵌入式控制器

特点：

高性能多核处理器

集成EtherCAT主站接口

支持多种编程语言，包括TwinCATPLC、C/C++等

3.2I/O模块

数字输入模块：EL1008

特点：8通道数字输入，适用于传感器信号采集

数字输出模块：EL2008

特点：8通道数字输出，适用于执行器控制

模拟输入模块：EL3052

特点：16通道模拟输入，适用于温度、压力等模拟信号采集

模拟输出模块：EL4052

特点：16通道模拟输出，适用于控制模拟执行器

3.3伺服驱动器

型号：AM8000

特点：

支持EtherCAT通信

高精度位置控制

动态响应快

3.4机械臂控制器

特点：

集成EtherCAT接口

高精度运动控制

支持多种编程语言

网络配置

1.网络拓扑

为了确保系统的实时性和稳定性，我们选择线性拓扑结构。线性拓扑结构的优点是布线简单、故障定位容易。

1.1网络布局

graphTD

A[嵌入式控制器CX5120]--B1[数字输入模块EL1008]

B1--B2[数字输出模块EL2008]

B2--B3[模拟输入模块EL3052]

B3--B4[模拟输出模块EL4052]

B4--B5[伺服驱动器AM8000]

B5--B6[机械臂控制器]

2.网络参数配置

2.1网络波特率

EtherCAT支持高达100Mbps的通信速率，为了确保实时性，我们将配置网络波特率为100Mbps。

2.2节点地址分配

每个EtherCAT从站设备都需要分配一个唯一的节点地址。我们将在TwinCAT软件中进行节点地址分配。

节点地址分配：

1:数字输入模块EL1008

2:数字输出模块EL2008

3:模拟输入模块EL3052

4:模拟输出模块EL4052

5:伺服驱动器AM8000

6:机械臂控制器

3.网络测试

在配置完成后，我们需要进行网络测试，确保所有设备正常通信。使用TwinCAT的网络诊断工具进行测试。

3.1测试步骤

连接所有设备，确保物理连接正确。

在TwinCAT中配置网络参数。

启动网络诊断工具，检查每个节点的通信状态。

3.2测试结果

测试结果：

-所有节点通信正常

-无丢包现象

-延迟时间小于1ms

编程实现

1.PLC编程

我们将使用TwinCATPLC进行系统逻辑编程。主要任务包括：

读取传感器数据

控制执行器动作

调节伺服电机

控制机械臂运动

1.1读取传感器数据

//读取数字输入模块EL1008的通道1数据

VAR

Input1:BOOL;//定义布尔变量

END_VAR

//主程序

PROGRAMMain

//读取数字输入模块的通道1数据

Input1:=Input_1008_1();