伺服驅動器的EtherCAT從站設計

賈鳳鵬 趙武陽

沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧豐田金杯技師學院，遼寧沈陽 ?110168

摘要：EtherCAT是以以太網為基礎的工業現場總線，具有拓撲靈活，配置簡單，數據傳輸實時性、同步性好等優點。本文介紹了Ethercat從站的基本結構，并以ET1100芯片為實現伺服驅動器從站核心芯片，對其硬件電路設計進行了詳細的描述。

關鍵詞：EtherCAT;伺服驅動器;硬件電路;ET1100

引言：

隨著伺服系統對動態響應和控制精度的要求不斷提高，實際系統間傳遞信息的規模和負責度也不斷增加，這給運動控制系統提出了更高的要求，將工業以太網技術運用于伺服驅動系統中，使系統實現高速，高精同步協調控制成為可能。EtherCAT作為一種工業以太網協議，具有全雙工通信，數據傳輸具有高速、高效的特點。[1]

本文采用Beckoff公司推出的ET1100芯片負責數據鏈路層部分。通過硬件機制完成主站和從站之間的數據交換，當EtherCAT數據報文經過從站節點時ET1100芯片對EtherCAT數據報文進行讀取或者插入[2]。本設計中采用TI的微處理器TMS320F28335芯片負責應用層部分。

1 硬件電路的整體結構

伺服驅動器EtherCAT從站的硬件設計主要包括兩部分：電機控制部分硬件設計和EtherCAT通信部分硬件設計，本文主要研究EtherCAT通信部分硬件設計。EtherCAT從站節點硬件電路主要包含ET1100外圍電路，PHY芯片外圍電路，PDI接口和物理端口通信配置電路等。TMS320F28335作為從站節點CPU與ET1100芯片之間采用并行接口方式交換數據;整體接口結構框圖如下所示：從站上電時由主站根據EEPROM存儲的數據配置ET1100。以太網口PHY0實現與主站之間的通信，接收主站下行報文和發送上行報文給主站，以太網口PHY1實現與下一個從站之間的通信。

2網絡接口設計

EtherCAT協議和標準的以太網協議完全兼容，所以EtherCAT不需要專門的物理層連接設備，使用普通以太網的物理層連接設備即可。主要包括RJ45連接器，隔離變壓器和物理層的PHY芯片。本文中網絡接口由網卡芯片KSZ8081MNX和內置隔離變壓器的雙口RJ45組成，詳細電路如圖2，圖3所示：

ET1100提供4個物理層接口支持MII和ebus接口兩種類型，接口的數目和類型通過p_mode[1：0]和p_conf[3：0]用上拉電阻的方式進行配置，本設計中采用port0和port1，配置成MII接口。ET1100與DSP之間采用并口總線方式進行數據交互，采用15位地址總線和16位數據總線。ET1100具有一個I2C總線的EEPROM接口，最大支持4Mb的存儲空間。

ET1100電路詳細設計如下圖所示：

結束語：

EtherCAT是一種具有高速性和高實時性的以太網現場總線，是運動控制及工業機器人不可或缺的高速通信手段。本文以TMS320F28335芯片為主控制芯片，以ET1100為從站控制器對EtherCAT伺服從站的硬件電路及軟件程序架構進行了設計，該設計具有較高的實時性和通用性。

參考文獻

[1] 廖平，劉曉明.基于EtherCAT通信的伺服電機驅動系統設計[J].儀表技術與傳感器，2019，12：77-81.

[2] 史殿坤. 基于STM32的工業以太網EtherCAT從站的設計和實現[D].哈爾濱工業大學，2012，12.