来源:时间: 2023-10-16
在今天工业控制系统已经大量应用工业现场总线,从而降低应用成本与提高系统稳定性。进入工业4.0时代后,工业实时以太网工业总线应用也逐步占据工业现场总线的主导地位,例如由西门子公司主导的PROFINET总线、倍福公司主导的EtherCAT总线、罗克韦尔公司主导的Ethernet/IP总线等等。工业实时以太网总线逐步成为新一代工业控制系统的主流配置,同时成为进入工业数字化时代的基础。
EtherCAT工业实时以太网总线以其高性能、高稳定性、高响应等特点快速在工业控制系统中得以广泛应用,目前EtherCAT主站在中高端PLC产品中已经得到广泛应用,但在对成本较敏感的紧凑型PLC控制器中,目前国产PLC依然以Modbus、CANopen等等低速通讯协议为主,通过自主研发NXTOS系统实现国产GD32F470处理器的EtherCAT主站功能(未来将提供PROFINET软从站与Ethernet/IP主从站方案),并且支持IEC61131-3标准PLC编程以及图形化主站配置与调试工具,该方案核心特点如下:
∎使用GD32F470处理器片内资源(基于GD32F470ZIT6或者GD32F470VIT6)
∎基于NXTedge Studio编程工具可使用IEC61131-3标准语言对访问EtherCAT从站过程数据与对象字典
∎支持标准EtherCAT ESI设备描述文件导入
∎可进行在线扫描组态与EtherCAT主从站参数配置
∎可在线监控EtherCAT从站设备状态与操作PDO过程数据以及通过SDO读写对象字典
∎最高支持9个EtherCAT从站,典型应用为8个伺服驱动器外加1个IO模块,EtherCAT极限循环周期可稳定支持250us,典型应用为1-2ms
∎提供更加灵活的合作模式,可提供软件SDK深入研发模式或者基于客户硬件平台NXTOS系统的产品授权模式
我司与兆易创新公司深入合作,共同发布基于GD32F470单芯片EtherCAT主站解决方案。
选用的GD32F470VI/GD32F470ZI芯片基于Cortex-M4核心,具有240MHZ主频与2MB FLASH,768KB RAM,完全通过单芯片实现IEC61131-3 PLC软件平台与EtherCAT主站,同时控制8个EtherCAT伺服与1个EtherCAT IO模块,通过外扩以太网芯片支持TCP/IP通讯,实现Modbus TCP与私有以太网通讯协议,同时支持IEC61131-3标准编程,支持FBD、LD、ST、SFC与IL编程语言,应用架构图如下:
基于GD32F470处理器芯片,在连接8个EtherCAT伺服与1个EtherCAT IO模块的场景下,依然可实现EtherCAT主站1ms通讯周期,其中EtherCAT主站单个周期仅仅占用最高120us最大处理时间,处理器依然预留足够的CPU资源用于保障其他PLC应用逻辑、Modbus通讯、运动控制等等功能运行,同时在NXTedge Studio中可实现EtherCAT主站状态调试:
除了通过单芯片实现支持EtherCAT功能的PLC解决方案外,该方案同时支持将GD32F470芯片作为独立的协处理器与第三方处理器进行通讯,将实时性要求较高的应用由GD32F470+NXTOS完成,而在HOST处理器上则无需进行实时性优化,通过SPI/UART接口与GD32F470通讯,从而实现接入工业控制系统: