基于EtherCAT实时以太网标识设备控制系统的研究

摘要

随着国内标识产业迅速崛起，对标识设备的要求随之提高，尤其是在运动控制方面，要求标识设备能够快、准、稳的完成运动，而运动控制的精准、快速实现，要求控制器能够快速、实时、可靠的对运动控制系统下达运动命令。工业常用的现场总线对通讯有诸多的不足，在当前众多的工业以太网中，德国BECKHOFF公司研发推出的工业实时以太网具有高效、高速、实时性好、拓扑灵活等优点，解决很多工业存在的难题，EtherCAT最多可以支持65535个设备以及协议传输方式灵活等优点也使多轴控制变得简单，本课题以EtherCAT为基础，主要解决了当前标识设备普遍存在的标识速度慢、实时通讯困难等问题，本文的研究主要有以下几方面: 1.本文首先分析了本课题研究背景和意义，总结当前较为流行的几种运动控制方法以及运动控制发展现状，剖析了现场总线技术在当前工业发展所面临的问题，并比较了工业以太网相对于现场总线技术的优势，最后总结了当前工业比较流行的几种工业以太网。 2.系统阐述了EtherCAT运动控制技术，从EtherCAT协议、EtherCAT从站与主站硬件组成、EtheCAT通讯方式以及EtherCAT如何实现实时控制等方面进行分析，这些方面的优势为EtherCAT运动控制技术的快速、多轴、实时性提供了可能。 3.设计并搭建了标识设备，重点解决了运动部分所存在的问题，硬件上对方案进行了比较与选择，对控制器以及IO模块进行选型，选用CX系列控制器加EL1018、EL2008I/O模块，并绘制完整的电路图;机械方面介绍了机械结构的组成，并用Simlink对机械机构进行了扭矩的分析得到了X、Y轴模块所受的扭矩;软件方面，以原来程序为基础，根据CX系列控制器多任务的优势，对程序重新进行编写;通讯方面介绍了如何通过Profinet与上位机西门子进行通讯;界面方案方面，通过比较与分析选择以Labview为基础的控制界面，并介绍如何通过ADS通讯与Labview进行远程界面数据的传输。 4.运动控制主要通过凸轮盘实现，详细分析如何设计凸轮盘:首先从字符入手，对每个字符都进行优化与设计，使程序能够在运行单个字符的时候快速、稳定;然后对程序进行优化，将每一行字符做成一个凸轮盘并通过程序调用，该方法运行字符时效果不理想，系统抖动严重，因此引用模糊控制思想对运动系统进行优化，最后得到较为理想的标识效果。

目录

声明

摘要

1前言

1．1课题的研究背景

1．2标识设备现状及发展趋势

1．2．1钢坯标识设备现状

1．2．2钢坯标识设备的发展趋势

1．3运动控制现状与发展趋势

1．3．1开放式运动控制器

1．3．2运动控制实现

1．3．3运动控制发展趋势

1．4现场总线与工业实时以太网

1．4．1现场总线及其不足

1．4．2当前工业以太网

1．5本文主要研究内容

2 EtherCAT运动控制技术

2．1 EtherCAT协议概述

2．2．1 EtherCAT系统组成

2．2．2通讯模式

2．2．3 EtherCAT从站协议的实现

2．3 EtherCAT实时控制

2．3．1分布时钟控制

2．3．2分布时钟传输延时及时钟初始偏移测量

2．3．3时钟同步

2．4 TwinCAT运动控制软件

2．5本章小结

3基于EtherCAT标识系统硬件整体设计

3．1标识系统控制方案

3．2电气控制结构设计

3．2．1电气结构的组成

3．2．2电气结构方案确立

3．2．3电气元件型号选择

3．3机械结构设计

3．3．1机械结构总体设计

3．3．2 Simlink模型建立

3．4本章小结

4基于EtherCAT标识系统软件设计

4．1标识系统设计要求

4．2．1标识系统整体程序规划

4．2．2标识系统主程序设计

4．2．3标识系统报警程序设计

4．3通讯设计

4．4．1界面方案选型

4．4．2 ADS通讯设置与介绍

4．4．3数据通讯

4．5本章小结

5 凸轮盘优化与模糊控制的应用

5．1凸轮优化工具

5．2凸轮盘字符优化

5．3凸轮盘程序设计与优化

5．3．1 TwinCAT PLC中电子凸轮模块

5．3．2凸轮运动程序流程

5．3．3凸轮运动优化程序

5．4．1模糊控制原理

5．4．2模糊控制器设计

5．4．3模糊控制器程序编写

5．5本章小结

6结论

6．1全文总结

6．2论文的创新点

6．3论文的不足之处

7展望

参考文献

9攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢