EtherCAT工业以太网应用技术电子书

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目录

第1章 工业以太网概述

1.1 现场总线简介

1.1.1 现场总线的产生

1.1.2 现场总线标准的制定

1.1.3 工业以太网引入工业领域

1.2 以太网与工业以太网概述

1.2.1 以太网技术

1.2.2 工业以太网技术

1.2.3 工业以太网通信模型

1.2.4 工业以太网的优势

1.2.5 实时以太网

1.2.6 实时工业以太网模型分析

1.2.7 几种实时工业以太网的比较

1.3 几种流行的工业以太网

1.3.1 EtherCAT

1.3.2 SERCOS

1.3.3 EtherNet POWERLINK

1.3.4 PROFINET

1.3.5 EPA

第2章 EtherCAT通信协议

2.1 EtherCAT概述

2.1.1 EtherCAT物理拓扑结构

2.1.2 EtherCAT数据链路层

2.1.3 EtherCAT应用层

2.1.4 EtherCAT系统组成

2.1.5 EtherCAT系统主站设计

2.1.6 EtherCAT系统从站设计

2.2 EtherCAT 规范概述

2.2.1 EtherCAT的概念

2.2.2 EtherCAT对OSI基本参考模型的映射

2.2.3 EtherCAT的服务和协议特性

2.3 EtherCAT 物理层服务和协议规范

2.3.1 符号和缩略语

2.3.2 EtherCAT的数据链路层 （DLL）-物理层 （PHL）的接口

2.3.3 系统管理-PHL接口

2.3.4 DCE 无关子层 （DIS）

2.3.5 DTE-DCE接口和 MIS特定功能

2.3.6 媒体相关子层 （MDS）

2.3.7 MDS-MAU接口

2.3.8 媒体附属单元：电气媒体

2.4 EtherCAT 数据链路层

2.4.1 EtherCAT数据链路层服务和概念

2.4.2 EtherCAT支持的通信服务

2.4.3 EtherCAT的通信模式

2.5 EtherCAT数据链路层协议规范

2.5.1 DL协议概述

2.5.2 EtherCAT的帧结构

2.5.3 分布式时钟 （DC）

2.5.4 EtherCAT的DL用户内存区

2.5.5 EtherCAT的FDL协议状态机

2.6 EtherCAT应用层服务

2.6.1 对应的IEC标准

2.6.2 EtherCAT应用层服务的概念

2.6.3 EtherCAT应用层通信模型规范

2.7 EtherCAT应用层协议规范

2.7.1 CoE编码

2.7.2 EtherCAT的FAL协议状态机

第3章 EtherCAT从站控制器

3.1 EtherCAT从站控制器概述

3.1.1 EtherCAT从站控制器功能块

3.1.2 EtherCAT协议

3.1.3 帧处理

3.1.4 FMMU

3.1.5 同步管理器

3.2 EtherCAT从站控制器的倍福解决方案

3.2.1 倍福提供的EtherCAT从站控制器

3.2.2 EtherCAT从站控制器存储空间

3.2.3 EtherCAT从站控制器特征信息

3.3 EtherCAT从站控制器ET1100

3.3.1 ET1100概述

3.3.2 ET1100引脚介绍

3.3.3 ET1100的PDI信号

3.3.4 ET1100的电源

3.3.5 ET1100的时钟源

3.3.6 ET1100的RESET信号

3.3.7 ET1100的RBIAS信号

3.3.8 ET1100的配置引脚信号

3.3.9 ET1100的物理端口和PDI引脚信号

3.3.10 ET1100的MII接口

3.3.11 ET1100的EBUS/LVDS接口

3.3.12 ET1100的PDI描述

3.3.13 ET1100的SPI从接口

3.3.14 ET1100的异步8/16位微控制器接口

3.4 EtherCAT从站控制器的数据链路控制

3.4.1 EtherCAT从站控制器的数据帧处理

3.4.2 EtherCAT从站控制器的通信端口控制

3.4.3 EtherCAT从站控制器的数据链路错误检测

3.4.4 EtherCAT从站控制器的数据链路地址

3.4.5 EtherCAT从站控制器的逻辑寻址控制

3.5 EtherCAT从站控制器的应用层控制

3.5.1 EtherCAT从站控制器的状态机控制和状态

3.5.2 EtherCAT从站控制器的中断控制

3.5.3 EtherCAT从站控制器的WDT控制

3.6 EtherCAT从站控制器的存储同步管理

3.6.1 EtherCAT从站控制器存储同步管理器

3.6.2 SM通道缓存区的数据交换

3.6.3 SM通道邮箱数据通信模式

3.7 EtherCAT从站信息接口 （SII）

3.7.1 EEPROM中的信息

3.7.2 EEPROM的操作

3.7.3 EEPROM操作的错误处理

3.8 EtherCAT分布时钟

3.8.1 分布时钟的同步与锁存信号

3.8.2 分布时钟寄存器的初始化

3.9 EtherCAT从站控制器LAN9252

3.9.1 LAN9252概述

3.9.2 LAN9252主机总线接口

3.9.3 LAN9252工作模式

3.9.4 LAN9252引脚介绍

3.9.5 LAN9252寄存器映射

3.9.6 LAN9252系统中断

3.9.7 LAN9252中断寄存器

3.9.8 LAN9252主机总线接口

3.9.9 LAN9252的SPI/SQI从器件

3.9.10 LAN9252的以太网PHY

3.9.11 LAN9252的EtherCAT功能

3.10 EtherCAT从站控制器AX58100

3.10.1 AX58100概述

3.10.2 AX58100引脚介绍

3.10.3 AX58100功能说明

3.10.4 AX58100芯片配置和存储器映射描述

3.10.5 AX58100的微控制器接口

3.11 基于Sitara处理器的EtherCAT工业以太网

3.11.1 典型EtherCAT节点

3.11.2 TI的EtherCAT解决方案

3.11.3 EtherCAT软件架构

3.11.4 关键的EtherCAT参数

3.12 集成EtherCAT的AM353x处理器

3.12.1 AM335x微处理器的功能

3.12.2 AM335x微处理器的特性

3.12.3 AM335x微处理器的应用

3.12.4 AM335x微处理器的EtherCAT从站硬件实现

3.12.5 AM335x微处理器的EtherCAT从站软件实现

3.13 netX网络控制器

3.13.1 netX系列网络控制器

3.13.2 netX系列网络控制器的软件结构

3.13.3 基于netX网络控制器的产品

3.14 Anybus CompactCom嵌入式工业网络通信技术

3.14.1 Anybus CompactCom接口

3.14.2 Anybus Communicator 串行网关

第4章 EtherCAT从站硬件系统设计

4.1 基于ET1100的EtherCAT从站硬件电路系统设计

4.1.1 基于ET1100的EtherCAT从站总体结构

4.1.2 微控制器与ET1100 的接口电路设计

4.1.3 ET1100 的配置电路设计

4.1.4 EtherCAT从站以太网物理层 PHY器件

4.1.5 10/100BASE-TX/FX的物理层收发器KS8721

4.1.6 ET1100与KS8721BL的接口电路

4.1.7 直接I/O控制EtherCAT从站硬件电路设计

4.2 基于LAN9252的EtherCAT从站硬件电路系统设计

4.3 8通道模拟量输入智能测控模块 （8AI）的设计

4.3.1 8通道模拟量输入智能测控模块的功能概述

4.3.2 8通道模拟量输入智能测控模块的硬件组成

4.3.3 8通道模拟量输入智能测控模块微控制器主电路的设计

4.3.4 8通道模拟量输入智能测控模块的测量与断线检测电路设计

4.3.5 8通道模拟量输入智能测控模块信号调理与通道切换电路的设计

4.3.6 8通道模拟量输入智能测控模块的程序设计

4.4 8通道热电偶输入智能测控模块 （8TC）的设计

4.4.1 8通道热电偶输入智能测控模块的功能概述

4.4.2 8通道热电偶输入智能测控模块的硬件组成

4.4.3 8通道热电偶输入智能测控模块的测量与断线检测电路设计

4.4.4 8通道热电偶输入智能测控模块的程序设计

4.5 8通道热电阻输入智能测控模块 （8RTD）的设计

4.5.1 8通道热电阻输入智能测控模块的功能概述

4.5.2 8通道热电阻输入智能测控模块的硬件组成

4.5.3 8通道热电阻输入智能测控模块的测量与断线检测电路设计

4.5.4 8通道热电阻输入智能测控模块的程序设计

4.6 4通道模拟量输出智能测控模块 （4AO）的设计

4.6.1 4通道模拟量输出智能测控模块的功能概述

4.6.2 4通道模拟量输出智能测控模块的硬件组成

4.6.3 4通道模拟量输出智能测控模块的PWM输出与断线检测电路设计

4.6.4 4通道模拟量输出智能测控模块自检电路设计

4.6.5 4通道模拟量输出智能测控模块输出算法设计

4.6.6 4通道模拟量输出智能测控模块的程序设计

4.7 16通道数字量输入智能测控模块 （16DI）的设计

4.7.1 16通道数字量输入智能测控模块的功能概述

4.7.2 16通道数字量输入智能测控模块的硬件组成

4.7.3 16通道数字量输入智能测控模块信号预处理电路的设计

4.7.4 16通道数字量输入智能测控模块信号检测电路的设计

4.7.5 16通道数字量输入智能测控模块的程序设计

4.8 16通道数字量输出智能测控模块 （16DO）的设计

4.8.1 16通道数字量输出智能测控模块的功能概述

4.8.2 16通道数字量输出智能测控模块的硬件组成

4.8.3 16通道数字量输出智能测控模块开漏极输出电路的设计

4.8.4 16通道数字量输出智能测控模块输出自检电路的设计

4.8.5 16通道数字量输出智能测控模块外配电压检测电路的设计

4.8.6 16通道数字量输出智能测控模块的程序设计

4.9 8通道脉冲量输入智能测控模块 （8PI）的设计

4.9.1 8通道脉冲量输入智能测控模块的功能概述

4.9.2 8通道脉冲量输入智能测控模块的硬件组成

4.9.3 8通道脉冲量输入智能测控模块的程序设计

第5章 EtherCAT从站评估板与从站栈代码

5.1 EL9800 EtherCAT从站评估板

5.1.1 EtherCAT从站评估板概述

5.1.2 EtherCAT从站配置

5.1.3 从站栈代码工程

5.2 EtherCAT从站栈代码

5.2.1 EtherCAT从站开发入门

5.2.2 EtherCAT从站栈代码结构

5.2.3 从站栈代码包SSC V5i12

5.2.4 硬件存取

5.2.5 从站栈代码的应用

5.2.6 从站栈代码的同步模式

5.2.7 CiA 402驱动配置

5.2.8 TwinCAT设置

第6章 EtherCAT从站信息规范与XML文件

6.1 EtherCAT从站信息规范

6.1.1 XML文件说明

6.1.2 ESI文件架构

6.1.3 XML数据类型

6.1.4 EtherCATInfo

6.1.5 Groups

6.1.6 Devices

6.1.7 Modules

6.1.8 Types

6.1.9 EtherCATDiag

6.1.10 EtherCATDict

6.1.11 EtherCATModule

6.2 XML文件及示例

6.2.1 EtherCATInfo示例

6.2.2 Vendor示例

6.2.3 Descriptions示例

第7章 CANopen与伺服驱动器控制应用协议

7.1 CAN总线简介

7.2 CANopen协议

7.2.1 CANopen协议概述

7.2.2 CAL 协议

7.2.3 CANopen通信和设备模型

7.2.4 CANopen物理层

7.2.5 CANopen应用层

7.2.6 CANopen通信

7.2.7 CANopen预定义连接集

7.2.8 CANopen标识符分配

7.3 IEC 61800-7通信接口标准

7.3.1 IEC 61800-7体系架构

7.3.2 CiA402子协议

7.4 CoE

7.4.1 CoE对象字典

7.4.2 CoE周期性过程数据通信

7.4.3 CoE非周期性数据通信

7.5 CANopen驱动和运动控制设备行规

7.5.1 对驱动的访问

7.5.2 驱动的结构

7.6 CiA402伺服驱动器子协议应用

7.6.1 设备控制状态机

7.6.2 设备控制相关对象

7.6.3 单位转换单元 （Factor Group）

7.6.4 故障代码 （Error code）

7.7 CiA402伺服驱动器子协议运行模式

7.7.1 伺服驱动器支持的 CiA402 运行模式

7.7.2 位置控制功能

7.7.3 标准位置模式

7.7.4 标准速度模式

7.7.5 标准转矩模式

7.7.6 回零模式

7.7.7 周期性同步位置模式

7.7.8 周期性同步速度模式

7.7.9 周期性同步转矩模式

第8章 EtherCAT主站

8.1 EtherCAT主站分类

8.1.1 概述

8.1.2 主站分类

8.1.3 主站分类需求规范

8.1.4 功能包

8.2 TwinCAT 3 EtherCAT主站

8.2.1 TwinCAT 3概述

8.2.2 TwinCAT 3编程

8.3 Acontis EtherCAT主站

8.3.1 Windows EtherCAT实时平台EC-Win

8.3.2 EtherCAT主站LxWin的解决案例

8.3.3 EtherCAT主站协议栈EC-Master

8.3.4 EtherCAT配置及诊断工具EC-Engineer

8.3.5 EtherCAT运动控制库Motion

8.3.6 EtherCAT配置工具包EC-CTK

8.3.7 EtherCAT的诊断和错误检测工具EC-Lyser

8.3.8 EtherCAT主站EC-Win的应用案例

8.4 IgH EtherCAT主站

8.4.1 IgH EtherCAT概述

8.4.2 IgH EtherCAT主站架构

8.4.3 过程数据

8.4.4 FMMU配置

8.4.5 应用程序接口

8.4.6 状态机

8.4.7 获取软件

8.5 SOEM EtherCAT主站

8.5.1 SOEM EtherCAT概述

8.5.2 SOEM的下载与使用

8.5.3 SOEM源代码结构

8.5.4 SOEM的应用

8.6 KPA EtherCAT主站

8.6.1 KPA自动化软件平台

8.6.2 KPA EtherCAT主站

8.6.3 KPA EtherCAT Studio

8.6.4 KPA EtherCAT从站协议栈

8.6.5 KPA EtherCAT从站板卡

8.6.6 KPA运动控制库

8.7 RSW-ECAT Master EtherCAT主站

8.7.1 RSW-ECAT Master概述

8.7.2 RSW-ECAT Master的系统配置

8.7.3 RSW-ECAT Master的控制程序设计

8.7.4 RSW-ECAT Master的数据采集功能

第9章 EtherCAT从站驱动和应用程序设计

9.1 EtherCAT从站驱动和应用程序代码包架构

9.1.1 EtherCAT从站驱动和应用程序代码包的组成

9.1.2 EtherCAT通信协议和应用层控制相关的文件

9.2 EtherCAT从站驱动和应用程序的设计实例

9.2.1 EtherCAT从站代码包解析

9.2.2 EtherCAT状态机转换头文件ecatslv.h

9.2.3 EtherCAT控制器中寄存器的地址和相关掩码头文件esc.h

9.2.4 对象字典的结构体头文件objdef.h

9.2.5 从站驱动和应用程序的入口——主函数

9.2.6 EtherCAT从站周期性过程数据处理

9.2.7 EtherCAT从站状态机转换

9.3 EtherCAT通信中的数据传输过程

9.3.1 EtherCAT从站到主站的数据传输过程

9.3.2 EtherCAT主站到从站的数据传输过程

第10章 从站增加数字量和模拟量通信数据的方法

10.1 EtherCAT程序和XML文件修改概述

10.2 EtherCAT从站XML文件的修改实例

10.3 在EtherCAT从站开发板上增加一个自定义的变量

10.3.1 在索引号0x1a02基础上增加一个16位整型的自定义AI变量

10.3.2 修改XML文件中有关模拟量输入AI的部分

10.3.3 修改STM32程序中有关模拟量输入AI的部分

10.3.4 AI 16INT数据的EtherCAT通信测试

10.4 EtherCAT从站增加数字量输入/输出DI/DO数据通信的方法

10.4.1 EtherCAT从站增加数字量输入 DI数据通信的方法

10.4.2 EtherCAT从站增加数字量输出DO数据通信的方法

10.5 EtherCAT从站增加模拟量输入/输出AI/AO数据通信的方法

10.5.1 XML配置文件和STM32程序的修改内容

10.5.2 EtherCAT从站增加模拟量输入 AI变量的方法

10.5.3 EtherCAT从站增加模拟量输出AO变量的方法

10.5.4 将模拟量AO输出的数据通过模拟量AI进行读取

10.5.5 模拟量输入/输出AI/AO的EtherCAT通信测试

第11章 主站软件安装与从站开发调试

11.1 EtherCAT开发前的准备——软件的安装

11.1.1 主站TwinCAT的安装

11.1.2 TwinCAT安装主站网卡驱动

11.2 EtherCAT从站的开发调试

11.2.1 烧写STM32微控制器程序

11.2.2 TwinCAT软件目录下放置XML文件

11.2.3 建立一个工程

11.2.4 向EEPROM中烧写XML文件

11.2.5 在TwinCAT主站上与从站设备进行简单通信

习题

参考文献