EtherCAT总线在运动控制系统的应用

基于EtherCAT技术的多轴运动控制系统张从鹏;赵康康【摘要】以EtherCAT通信技术为基础,设计了一种基于ARM和FPGA双核的EtherCAT总线式多轴运动控制系统.提出了STM32作为系统管理芯片,通过SPI通信控制ET1200从站控制芯片实现Eth-erCAT总线从站通信功能的解决方案;并采用FPGA作为协处理器,完成运动控制算法的实现和执行.完成了运动控制系统的硬件电路设计和软件开发,并制作了样机.经试验测试,实现了EtherCAT总线通信功能,采用TwinCAT完成了闭环运动控制,并且可以独立工作实现运动规划,满足工业控制工程中的应用要求.%An EtherCAT bus based multi axis motion control system was designed based on ARM and FPGA , after systemat-ically study on EtherCAT technology .The solution of main control chip STM 32 controlling ET1200 through SPI was presented .A motion control algorithm based on FPGA was developed .The specific hardware circuit and software of control system was de-signed, and a prototype was produced .The experiment demonstrates that the communication function of EtherCAT bus was real -ized, and the closed-loop motion control was completed by TwinCAT .Motion control system can work independently to achieve motion planning , meetting the application of industrial control in engineering .【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】5页(P115-118,122)【关键词】EtherCAT;多轴;STM32;运动控制;FPGA;插补算法;TwinCAT【作者】张从鹏;赵康康【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144;北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144【正文语种】中文【中图分类】TP23现代制造系统正朝着柔性化、开放化、网络化方向发展，覆盖多学科、多领域相关技术。

EtherCAT运动控制卡开发教程之Qt(上)：开发环境配置与简单运动控制应用今天，正运动小助手给大家分享一下EtherCAT运动控制卡开发教程之Qt,主要介绍一下如何通过Qt编程实现直线插补的运动控制。

一、ECI2828运动控制卡的硬件介绍ECI2828系列控制卡支持最多达16轴直线插补、任意圆弧插补、空间圆弧、螺旋插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随、虚拟轴、机械手指令等；采用优化的网络通讯协议可以实现实时的运动控制。

ECI2828系列运动控制卡支持以太网，232通讯接口和电脑相连，接收电脑的指令运行，可以通过EtherCAT总线和CAN总线去连接各个扩展模块，从而扩展输入输出点数或运动轴。

ECI2828系列运动控制卡的应用程序可以使用VC、VB、VS、C++、C#等多种高级语言编程来开发，程序运行时需要动态库zmotion.dll。

调试时可以把ZDevelop软件同时连接到控制器，从而方便调试、方便观察。

二、Qt进行运动控制卡开发的流程1.新建Qt项目。

图1：新建Qt项目图2：选择项目路径图3：选择Qt编译套件(kits)图4：选择基类2.将函数库相关的文件复制到新建的项目中。

3.向新建的项目里面添加函数库的静态库。

（zmotion.lib）第一步:添加函数库1第二步:添加函数库2第三步:添加函数库34.添加函数库相关的头文件到项目中。

5.声明相关头文件，并定义连接句柄。

三、PC函数介绍1.PC函数手册也在光盘资料里面，具体路径如下：“光盘资料\8.PC函数\函数库2.1\ZMotion函数库编程手册V2.1.pdf”。

2.PC编程，一般如果网口对控制器和工控机进行链接。

网口链接函数接口是ZAux_OpenEth（）；如果链接成功，该接口会返回一个链接句柄。

通过操作这个链接句柄可以实现对控制器的控制。

ZAux_OpenEth()接口说明：指令1ZAux_OpenEthint32 __stdcall ZAux_OpenEth(char *ipaddr, ZMC_HA 指令原型NDLE * phandle)指令说明以太网链接控制器。

EtherCAT通信协议与机器人控制系统机器人控制系统是指用于控制机器人进行工作的设备，主要包括控制器、传感器、执行器等组成的系统。

随着工业自动化的发展，机器人控制系统已经成为了生产制造过程中不可或缺的组成部分。

而机器人控制系统的核心是控制器，控制器通过通信协议来与其他组件进行数据传输和交互。

其中，EtherCAT通信协议是最被广泛应用的一种。

一、EtherCAT通信协议概述EtherCAT是一种应用于实时工业自动化的高性能、低成本、实时性强的通信协议。

EtherCAT采用了主站、从站架构，主站负责发送数据和控制指令，从站进行数据采集和处理。

EtherCAT的主要优势在于具有高网络带宽和实时性能，同一网络中可以支持多达64个从站，数据传输延迟仅为1微秒，满足工业自动化控制的高实时要求。

二、机器人控制系统中EtherCAT的应用机器人控制系统中最关键的应用就是对机器人进行精确的控制和运动控制。

传统的机器人控制系统通常采用采集传感器数据，通过控制算法实现机器人的运动控制，而通常情况下，机器人的运动控制需要借助高速数据传输来进行实时控制和调节。

在这种情况下，EtherCAT 作为一种高效的实时通信协议被广泛应用于机器人控制系统中。

三、EtherCAT在机器人控制系统中的优势1.实时性：机器人控制系统是非常要求实时性的应用场景，对于需要迅速响应的机器人应用，EtherCAT的实时性和高带宽可以满足机器人的高速数据传输需求，保证了机器人控制系统的可靠性和稳定性。

2.高速传输：EtherCAT的数据传输速率达到了1Gbps的水平，甚至可以达到10Gbps以上。

这对于机器人控制系统来说是非常重要的，因为机器人控制系统通常需要较高的传输速率来实现精确的运动控制。

3.灵活性：机器人控制系统中的从站数量通常是非常多的，EtherCAT的机制允许其支持多达64个从站，而且可以支持多种不同类型和不同厂家的从站。

4.易于实现：EtherCAT协议的实现是比较简单的，它的通信数据格式也非常简洁明了，这使得机器人控制系统的开发变得更加容易和灵活。

基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统研究与开发一、本文概述随着工业自动化技术的快速发展，工业机器人在生产线上的应用日益广泛。

作为工业机器人的核心组成部分，控制系统的性能直接决定了机器人的运动精度、稳定性和工作效率。

EtherCAT总线作为一种高性能的以太网现场总线技术，以其低延迟、高带宽和易扩展等特点，在工业控制领域得到了广泛应用。

本文旨在研究并开发一种基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统，以提高工业机器人的运动性能和控制精度，满足日益增长的自动化生产需求。

本文将首先介绍EtherCAT总线技术的基本原理和特点，分析其在工业机器人控制系统中的应用优势。

接着，将详细阐述六轴工业机器人的运动学模型和动力学特性，为控制系统的设计提供理论基础。

在此基础上，本文将重点研究控制系统的硬件架构和软件设计，包括EtherCAT主从站的选择与配置、运动控制算法的实现以及实时通信协议的优化等。

还将探讨控制系统的稳定性、可靠性和实时性等问题，以确保系统在实际应用中的稳定运行。

本文将通过实验验证所设计的控制系统的性能，并与传统控制系统进行对比分析。

实验结果将展示基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统在运动精度、响应速度和负载能力等方面的优势，为工业自动化领域的技术进步做出贡献。

二、EtherCAT总线技术EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种专为工业自动化领域设计的实时以太网通信协议。

它基于标准以太网技术，通过优化数据传输和同步机制，实现了高性能、低延迟的通信，特别适用于对实时性要求极高的工业控制系统中。

高速数据传输：EtherCAT协议支持高达100Mbps的数据传输速率，确保控制系统能够实时处理大量数据。

确定性延迟：通过优化网络结构和数据传输方式，EtherCAT实现了微秒级的确定性延迟，这对于精确控制工业机器人等应用至关重要。

EtherCAT总线式伺服驱动器开发近年来，伺服驱动器在工业自动化领域中扮演着越来越重要的角色。

伺服驱动器通过对电机的精确控制，实现了高速、高精度的运动控制，广泛应用于机械加工、机器人、半导体制造等领域。

为了满足不同应用场景的需求，伺服驱动器的开发也在不断创新和改进。

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）总线是一种高性能、实时的工业以太网通信协议。

它采用了主从架构，通过一条总线同时传输实时数据和非实时数据，以实现高速的通信和同步控制。

EtherCAT总线具有高实时性、低延迟、简化布线等优点，成为伺服驱动器开发的重要选择。

在EtherCAT总线式伺服驱动器的开发过程中，首先需要选择合适的硬件平台。

常见的硬件平台包括FPGA（Field-Programmable Gate Array）和DSP（Digital Signal Processor）等。

FPGA具有灵活性强、可编程性好的特点，适合于处理实时数据；而DSP则具有高性能的浮点运算能力，适合于控制算法的实现。

根据实际需求和资源限制，选择适合的硬件平台对于伺服驱动器的性能和功能至关重要。

其次，软件开发是EtherCAT总线式伺服驱动器开发中的关键环节。

软件开发包括驱动程序的编写、控制算法的实现等。

驱动程序负责与硬件平台进行通信，接收和发送数据；控制算法则根据输入的控制信号，计算出合适的输出信号，实现对电机的精确控制。

开发者需要熟悉EtherCAT总线协议的通信机制，以及相关的控制算法和数学模型，才能进行有效的软件开发。

最后，在伺服驱动器开发完成后，需要进行系统测试和性能评估。

测试过程中需要验证驱动器的通信性能、运动控制精度、响应速度等指标。

性能评估则通过与其他伺服驱动器进行对比，评估其在不同应用场景下的性能优劣。

测试和评估结果将反馈给开发团队，为进一步的优化和改进提供依据。

综上所述，EtherCAT总线式伺服驱动器开发是一个综合性的工程，需要充分理解EtherCAT总线协议和控制算法，选择合适的硬件平台，进行软件开发和系统测试。

EtherCAT网络及其伺服运动控制系统研究共3篇EtherCAT网络及其伺服运动控制系统研究1EtherCAT网络及其伺服运动控制系统研究随着工业自动化的不断发展，对于系统的实时性、精度和可靠性要求越来越高。

为了满足这一需求，各种新型的工业通讯技术不断涌现出来。

其中，EtherCAT网络以其高速、高效、精准的特点，成为了工业自动化领域中的热门技术之一。

EtherCAT网络是一种实时以太网通信系统，它采用的是同步和分布式的数据传输方式。

与传统的以太网相比，EtherCAT网络可以大大提高数据的传输速率，将多个从设备连成一条环形总线，从而实现数据的同时传输，有效地降低了通讯时延。

此外，EtherCAT网络采用了分布式的控制方式，不同的节点可以同时进行操作，从而提高了系统的效率。

由于EtherCAT网络的高度灵活性，不仅可以应用于机械控制、机器人、数字信号处理等领域，还能够实现多种工业通讯协议的转换。

在伺服运动控制中，EtherCAT网络能够为控制系统提供高速、可靠的数据传输和实时响应，使得系统的控制精度得到了很大的提高。

通过EtherCAT网络中的伺服面板，可以手动调整和修改参数，从而实现对伺服系统的远程控制和监控。

在机器人及自动化控制领域，EtherCAT网络的应用也越来越广泛。

例如，在自动化装配线领域，厂商可以使用EtherCAT网络来实时控制机器人的移动和操作。

在实践应用中，EtherCAT网络的伺服运动控制系统具有以下优势：一、高精度；二、高速通讯；三、健壮的节点；四、高度可靠的数据传输；五、灵活性高。

伺服驱动系统可以通过调节EtherCAT网络实现更精确的运动，提高生产效率和控制过程的精度。

虽然EtherCAT网络的伺服运动控制系统在工业自动化中的应用前景广阔，但是在实际应用中也面临一些问题。

首先是系统的稳定性问题，EtherCAT网络中的伺服系统会受到外部干扰，导致系统不稳定，严重时还会导致系统故障；其次是节点数量的限制，如果节点数量太大，系统的通讯速度会降低，从而影响系统的稳定性和灵活性。