冗余定義

什么是總線冗余功能？我們都知道，EtherCAT現場總線具有靈活的拓撲結構，設備間支持線型、星型、樹型的連接方式，其中線型結構簡單、傳輸效率高，大多數的現場應用中也是使用這種連接方式，如下圖所示。

線型的連接方式確實簡單，走線靈活，便于現場設備布局與維護。在自動化的工業生產中，設備通常在不同的環境中長時間運行，線纜的老化、安裝連接不夠嚴謹等因素導致線纜斷連。假如有一天第一個伺服和第二個伺服之間的線纜斷了，那么第1個伺服后面的設備是不是將無法正常運行呢？如下圖所示。

不管是哪種接線方式，線纜斷線將會影響設備的正常運轉，哪怕是傳統的CAN、RS485等通信的設備控制也都無法正常運轉。問題還得要解決，那有沒有標準的、又不需要添加太多額外的設計成本，就能解決上述的問題呢？一起來看看EtherCAT總線給出的解決方案，以及EtherCAT冗余技術的實現原理。我們先看它的連接方式，如下圖所示。

從EtherCAT的線纜冗余接線圖中可以看出，復用了最后一個從站設備的OUT端接回主站，是不是有點巧妙呢？減少了硬件成本，還能解決問題，確實受大家喜歡。 再來細看它的數據流向，假設 還是第一個伺服和第二個伺服之間斷開了，它的工作原理如下圖所示。

伺服1和伺服2的線纜斷開后仍與從站設備連接著，但通信線路變成兩條支線，設備仍然可以正常通信，設備依然還能夠繼續控制運行。上述就是EtherCAT冗余的解決方案，將線型結構變成了環形結構，實現了鏈路冗余功能。

冗余功能的優勢

01 節約設計成本

EtherCAT線纜冗余，使用了最后一個從站設備的OUT端口，使得冗余功能標準化。

02 增強系統可靠性和穩定性

工業自動化行業中通常要求總線上的設備不間斷運轉，不允許停止生產，冗余技術可以實現應用系統的可靠性和穩定性。

03 故障診斷與處理

當出現線纜斷線時，變成兩條之鏈路控制繼續工作，同時EtherCAT可以自動檢測到總線系統中的故障點，可大大簡化系統的維護工作，提高了設備的維護性。

環境配置

正運動目前只有7系240520以后的版本支持。

環境準備

（1）準備一臺VPLC711-i5-ETH5一體機；

（2）安裝240520以上MotionRT版本；

（3）EtherCAT做主口，其他網口任選一個做從口；

（4）按照圖示接線，EtherCAT接入第一個設備的in，最后一個設備的out接入VPLC711上的對應冗余網口，形成一個環路；

（5） 在總線初始化過程中，SLOT_STOP總線停止后加入SLOT_SLAVE(0)=1；

（6）此時環路中任意處斷開一個接口，節點運行正常；

（7）有需求可在代碼中加入斷線檢測的指令。

RT驅動安裝

第一步：安裝驅動程序

1.打開“設備管理器”，選擇“操作”中的“添加過時硬件”，選擇“手動選擇”。

2.點擊“下一步”。

3.點擊“從磁盤安裝”。

4.點擊“瀏覽按鈕”選擇驅動所在的路徑，打開文件夾“driver_signed”，選擇“ZMotionRt64.inf”。

5.一直點擊”下一步“，直到安裝完成。

注意：驅動更新時，要從設備管理器刪除設備，一定要選擇把驅動文件也刪除。

第二步：安裝EtherCAT協議

MotionRT711支持XPCI/XPCIE的ECAT網口，也支持電腦普通網口作為ECAT使用。

1.在Windows網絡連接界面，選擇需要用作冗余功能總線的網口，右擊屬性→安裝→協議→添加。

2.選擇“從磁盤安裝”。

3.瀏覽驅動位置，選擇”ZMotionRtPacket.inf”。

4.點擊“確定”。

在屬性中查看有ZMotionRT64 Packet Protocol Driver就是安裝成功，勾選上就可以添加對應的網口總線協議。不接設備的網口可以在這里取消掉勾選。

5 . 添加總線協議。

在RT7啟動界面，點擊“AddEcat”，在EtherCAT總線列表下，將對應的冗余網口的總線增加到列表，增加成功之后，“Start”即可。如下圖的標號2所示。

冗余代碼指令分析

冗余指令使用方法如下所示。SLOT_SLAVE -- EtherCAT冗余配置。 （ 該指令在總線停止時進行設置）

斷線檢測指令解析如下

一、SLOT_INFO和NODE_INFO

打印SLOT_INFO(slot,5)可檢測到線纜是否斷開，0-線纜正常，1-檢測到線纜斷開。NODE_INFO有相同功能。

NODE_INFO(slot,node,6)也可檢測到設備網口狀態，按bit位操作，第0位表示IN口狀態,第1位表示OUT口狀態，置1為正常，置0為斷開。（SLOT_INFO只能讀取線路是否有斷線，不能確定是哪個節點斷線，NODE_INFO可以精確到某個節點斷線）。如下圖范例所示。

（1）表示整個環路EtherCat檢測到斷線。

（2）打印值為3，二進制表示為0011，Bit0和Bit1均為1，表示節點0，正常接線。

（3）打印值為2，二進制表示為0010，Bit0為0，Bit1為1，表示節點1 EtherCat In處斷開。

二、NODE_REGREAD

NODE_REGREAD(slot,node,address=0x111,bytes,modbusindes)可以讀取到設備網口狀態，從而精準判斷哪個設備哪個網口斷開。

正常返回為90，in處斷開返回89，out處斷開返回86。

BIT0 =第一個口狀態（in口），BIT2=第二個口狀態（out口）。只看bit0 和bit2 ，置1為斷開，置0為正常。如下圖范例所示。

（1） 打印值為89，二進制表示為01011001，Bit0為1，表示節點1 EtherCAT In口斷開。

（2）打印值為86，二進制表示為01010110，Bit2為1，表示節點0 EtherCAT Out口斷開。

（3）打印值為90，二進制表示為01011010,Bit0和Bit2均為0，表示節點2連接正常。

上位機C#檢測掉線應用實例

我們通過 basic腳本程序，slot_info指令循環判斷是否有掉線，若掉線，則設置對應變量test的值，值為1表示掉線，為0則表示正常連接。

Basic部分程序如下圖所示。（這里通過讀取basic全局變量值判斷，也可以通過寄存器的值判斷，或者通過node_regread掉線指令檢測）

通過上述basic程序可以看到，程序循環監控，刷新slot_info指令的返回值，賦值給test變量，此時， 上位機 通過監控test的值的變化來判斷是否有掉線，上位機顯示界面如下圖所示。

1、伺服正常工作無掉線的情況。

2、伺服正常工作過程中，其中一個EtherCAT節點掉線的情況。

3、相關部分程序如下圖所示。

如上圖可知，上位機通過相關接口實時讀取basic底層變量test的值，來判斷相對應的EtherCAT節點是否掉線。

機器視覺EtherCAT運動控制器VPLC711

VPLC711是一款基于x86平臺和Windows操作系統的高性能機器視覺EtherCAT運動控制器，具備強大的運算能力和靈活性。它具有出色的實時性能和多路高速硬件輸入與多路高速PSO輸出，能夠精準控制多軸同步運動，并與外部設備實現多協議的高速通信。

VPLC711支持多種硬件接口和通信協議，方便與其他設備的連接和集成。除此之外，VPLC711還具備視覺處理功能，能夠實時處理圖像數據，實現視覺檢測、測量和定位等應用。

VPLC711內置Windows運動控制實時內核MotionRT7，形成一種開放式IPC形態實時軟控制器/軟PLC，為用戶提供靈活集成的運動控制+視覺一體化解決方案。

VPLC711硬件參數

1. 采用x86高性能CPU，EtherCAT可支持1ms 64軸同步運行；

2.板載RS232，RS485，EtherNet*5，EtherCAT，USB3.0*4硬件接口；

3.板載20DI，其中4個高速色標鎖存，2組高速單端編碼器；

4.板載20DO，其中4個高速單端脈沖軸，4組高速PWM；

5.支持DVI-D，HDMI顯示，支持雙網口不同IP設置。

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正運動技術專注于運動控制技術研究和通用運動控制軟硬件產品的研發，是國家級高新技術企業。正運動技術匯集了來自華為、中興等公司的優秀人才，在堅持自主創新的同時，積極聯合各大高校協同運動控制基礎技術的研究，是國內工控領域發展最快的企業之一，也是國內少有、完整掌握運動控制核心技術和實時工控軟件平臺技術的企業。主要業務有：運動控制卡_運動控制器_EtherCAT運動控制卡_EtherCAT控制器_運動控制系統_視覺控制器__運動控制PLC_運動控制_機器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運動控制卡等等。