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无轴传动技术又称为伺服传动技术。在印刷机无轴传动系统中,相互独立的伺服电机驱动系统代替了原有的机械长轴传动。而以现场总线为基础的无轴传动技术具有抗干扰能力强、数字化、自动化和双向传输等优点。
随着技术发展和应用需求的提高,将现场总线和工业以太网有效地集成到一起是必然的。工业以太网具备低成本、易组网、高数据传输速率等优点。工业以太网对于现场总线的通信协议提出了如下要求:通信介质的多样性,实时性,信息的完整性,可靠性和可互操作性。EtherCAT,作为德国倍福公司推出的一种实时工业以太网技术,正在被广泛应用于工业控制领域。EtherCAT运用于无轴传动技术对推动无轴传动技术的发展具有重要的意义。
在深入分析EtheCAT通信机制后,本课题基于把EtherCAT技术应用于无轴传动系统的思想,剖析了EtherCAT技术的核心在于EtherCAT通信机制、EtherCAT主站和EtherCAT从站节点的设计。EtherCAT从站节点是EtherCAT技术的重要组成部分,传统上EtherCAT从站节点往往是采用EtherCAT从站控制器芯片和从站控制微处理器来设计实现的,其结构和功能受到从站控制器和从站微处理器的限定。本文提出了一种新的EtherCAT从站节点设计方法,借助于高效灵活的FPGA技术,使用一片FPGA芯片同时实现从站控制器和从站控制微处理器的功能,不仅实现了高集成性,减小了板卡的面积,而且还可以确保在外围电路不变的前提下,仅需通过编写软件程序来实现从站节点的功能。通过改写软件程序可以很方便地增加或减少从站节点板卡的功能。
本课题的主要工作在于:完成了EtherCAT从站节点的硬件搭建工作,包括FPGA、网络接口等的选型,硬件电路的设计和制作;完成了EtherCAT。从站节点的软件设计工作,包括用VHDL程序设计开发软件模块;最后测试了EtherAT主站和EtherAT从站节点的通信,并给出了无轴传动的EtheCAT网络调试方案,初步探索了如何将EtherCAT技术运用于无轴传动技术中。