工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng) | 基于GD32F470的單芯片EtherCAT主站解決方案

在今天工業(yè)控制系統(tǒng)已經(jīng)大量應(yīng)用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，從而降低應(yīng)用成本與提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代后，工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)工業(yè)總線應(yīng)用也逐步占據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的主導(dǎo)地位，例如由西門子公司主導(dǎo)的PROFINET總線、倍福公司主導(dǎo)的EtherCAT總線、羅克韋爾公司主導(dǎo)的Ethernet/IP總線等等。工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線逐步成為新一代工業(yè)控制系統(tǒng)的主流配置，同時(shí)成為進(jìn)入工業(yè)數(shù)字化時(shí)代的基礎(chǔ)。

1

EtherCAT工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線以其高性能、高穩(wěn)定性、高響應(yīng)等特點(diǎn)快速在工業(yè)控制系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用，目前EtherCAT主站在中高端PLC產(chǎn)品中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但在對(duì)成本較敏感的緊湊型PLC控制器中，目前國產(chǎn)PLC依然以Modbus、CANopen等等低速通訊協(xié)議為主，翌控科技通過自主研發(fā)NXTOS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)GD32F470處理器的EtherCAT主站功能(未來將提供PROFINET軟從站與Ethernet/IP主從站方案)，并且支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)PLC編程以及圖形化主站配置與調(diào)試工具，該方案核心特點(diǎn)如下：

?使用GD32F470處理器片內(nèi)資源(基于GD32F470ZIT6或者GD32F470VIT6)

?基于NXTedge Studio編程工具可使用IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)語言對(duì)訪問EtherCAT從站過程數(shù)據(jù)與對(duì)象字典

?支持標(biāo)準(zhǔn)EtherCAT ESI設(shè)備描述文件導(dǎo)入

?可進(jìn)行在線掃描組態(tài)與EtherCAT主從站參數(shù)配置

?可在線監(jiān)控EtherCAT從站設(shè)備狀態(tài)與操作PDO過程數(shù)據(jù)以及通過SDO讀寫對(duì)象字典

?最高支持9個(gè)EtherCAT從站，典型應(yīng)用為8個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器外加1個(gè)IO模塊，EtherCAT極限循環(huán)周期可穩(wěn)定支持250us，典型應(yīng)用為1-2ms

?提供更加靈活的合作模式，可提供軟件SDK深入研發(fā)模式或者基于客戶硬件平臺(tái)NXTOS系統(tǒng)的產(chǎn)品授權(quán)模式

2

翌控科技與兆易創(chuàng)新公司深入合作，共同發(fā)布基于GD32F470單芯片EtherCAT主站解決方案。

選用的GD32F470VI/GD32F470ZI芯片基于Cortex-M4核心，具有240MHZ主頻與2MB FLASH，768KB RAM，完全通過單芯片實(shí)現(xiàn)IEC61131-3 PLC軟件平臺(tái)與EtherCAT主站，同時(shí)控制8個(gè)EtherCAT伺服與1個(gè)EtherCAT IO模塊，通過外擴(kuò)以太網(wǎng)芯片支持TCP/IP通訊，實(shí)現(xiàn)Modbus TCP與私有以太網(wǎng)通訊協(xié)議，同時(shí)支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)編程，支持FBD、LD、ST、SFC與IL編程語言，應(yīng)用架構(gòu)圖如下：

3

基于GD32F470處理器芯片，翌控科技研發(fā)的NXTOS實(shí)現(xiàn)高性能EtherCAT主站，在連接8個(gè)EtherCAT伺服與1個(gè)EtherCAT IO模塊的場(chǎng)景下，依然可實(shí)現(xiàn)EtherCAT主站1ms通訊周期，其中EtherCAT主站單個(gè)周期僅僅占用最高120us最大處理時(shí)間，處理器依然預(yù)留足夠的CPU資源用于保障其他PLC應(yīng)用邏輯、Modbus通訊、運(yùn)動(dòng)控制等等功能運(yùn)行，同時(shí)在NXTedge Studio中可實(shí)現(xiàn)EtherCAT主站狀態(tài)調(diào)試：

4

除了通過單芯片實(shí)現(xiàn)支持EtherCAT功能的PLC解決方案外，該方案同時(shí)支持將GD32F470芯片作為獨(dú)立的協(xié)處理器與第三方處理器進(jìn)行通訊，將實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用由GD32F470+NXTOS完成，而在HOST處理器上則無需進(jìn)行實(shí)時(shí)性優(yōu)化，通過SPI/UART接口與GD32F470通訊，從而實(shí)現(xiàn)接入工業(yè)控制系統(tǒng)：

小結(jié)一下

翌控科技自主研發(fā)的NXTOS系統(tǒng)則打破目前國產(chǎn)工業(yè)控制系統(tǒng)在工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線上的困擾，通過高實(shí)時(shí)系統(tǒng)以及驅(qū)動(dòng)在指定芯片平臺(tái)上的定向深入研發(fā)與優(yōu)化，基于多個(gè)國產(chǎn)以及全球知名廠商處理器選型，為國內(nèi)工業(yè)控制系統(tǒng)核心大腦提供強(qiáng)有力的支持。