基于FPGA的Ethercat主栈协议

（最大可带32轴同步运行，同步抖动±75ns，控制精度125us）

各位老板：

我司有多年的FPGA研发经验；

基于FPGA的Ethercat定制栈更是达到行业领先水平

感谢抽空阅读，欢迎合作

市场痛点

【PLC厂家的痛点】

目前，国内的大多数PLC厂家主要通过增加运控模块来实现轴的运动控制，可控制的轴数比较少（通常是4-6轴），并且模块的价格高昂（一个模块几万）。如果要控制多轴成本就更高，而且控制精度不高，轴与轴之间的精度很大，这意味着不能进入高精尖控制领域。

【应用领域的痛点】

在传统的机加工行业，普通的机床多采用脉冲控制，可以控制的轴数少（4-8轴）。随着产业化升级，常规的控制方案面对需要高精度高速度的产业，以及多设备协同工作的工况，性能越来越捉襟见肘。

现有客户一般都采用传统的总线方案，传统的控制总线具有易干扰、低带宽、硬件接线复杂以及无法快速错误定位等缺点。

常规多轴运控系统，一般都采用多块PCI接口运控卡级联扩展的方式，解决多轴运行的问题，但是这将大大增加您的使用成本。如果一款板卡只支持4个轴，而您的系统恰好需要5个轴来控制的话，您将不得不购买两张运控卡；而且随着越来越多的轴扩展，现场的走线将变得越来越杂乱，同时您的工业PC也必须具有足够多的PCI接口供您的系统来使用。

 

 

 

解决方案

EtherCAT技术的出现，解决了传统控制行业上的短板。由于采用了网线通讯使得可控制的伺服驱动器数量剧增（最多可多达65535台），在增加伺服驱动器个数的同时，利用EtherCAT专门协议还可同时保证数据的实时性传送（同步误差为微妙级），这在多轴协同工作的场合尤为重要。

 

【领先的EtherCAT技术解决方案】

目前针对工业领域的实际应用场合，开发了PLC功能升级的技术解决方案：

1、该方案是基于Xilinx的EtherCAT定制协议栈；

2、最大可带32轴同步运行，同步抖动±75ns，控制精度125us，远高于国内同款协议栈性能；

3、同时最大可支持1024点的IO设备；

4、可根据客户的实际需求，定制2款伺服驱动器和一款IO设备（DO/DI）。

 

【性能指标】

可同时最大控制32轴，控制精度如下：8轴125us，16轴是250us，32轴是500us。目前测试运控卡，20亿包数据无丢失。

 

测试了500us, 250us, 125us, 抖动±75ns

 

 

【功能升级方式】

客户完全不需要了解什么是EtherCAT，只需要配合健飞按如下简单步骤进行升级：

在现有产品基础上，客户仅仅是在原有的电路板上增加一个FPGA芯片，然后使用cpu或者arm甚至是单片机，像操作DRAM一样简单的读写，

即可完成不同总线接口转EtherCAT接口。

将根据客户自己做的硬件板子，定制烧录的程序并且提供给客户，客户使用这个烧录程序就可以进行功能升级，只需要几天时间就可以完成了。

 

【硬件的制作要求】

要求硬件芯片采用XILINX SPARTAN6 LX45(T)/LX75(T)芯片，与PLC控制器之间的接口，支持并口（dsp为EMIF、ARM为GPMC、单片机为FSMC）或者PCIE接口。

 

 

 

 

【调试】

提供简单易用的寄存器和时序手册，客户按该文档进行编写软件程序，并且健飞将会提供

技术支持，协助客户进行调试。

 

【兼容性】

目前与三洋、松下、高创、士林等品牌伺服器有连接测试过，性能稳定。

 

【EtherCAT控制系统框图示例】

 

 

 

【读时序】

 

【写时序】

 

  

【信号说明】

layout-alt:fixed;border:none;mso-border-left-alt:none;mso-border-top-alt:none;mso-border-right-alt:none;mso-border-bottom-alt:none;mso-border-insideh:0.7500pt outset windowtext;mso-border-insidev:0.7500pt outset windowtext;mso-padding-alt:0.0000pt 0.0000pt 0.0000pt 0.0000pt ;">

信号名称	方向	位宽	说明
CLK_60M	O	1bit	由FPGA的发出的60M时钟信号，接收方在该时钟信号的 上升沿采集控制信号数据
AMS_N	O	1bit	片选信号，低电平有效
ADDR18-0	O	19bit	地址信号
AOE_N	O	1bit	输出使能信号,低电平有效
ARE_N	O	1bit	读使能信号,低电平有效
AWE_N	O	1bit	写使能信号,低电平有效
DATA	IO	16bit	双向数据信号，写时为输出，读时为输入

  

 

【实际波形图】

（图一）

DC时钟和中断信号

蓝色为DC时钟周期125us，黄色为pdo 中断信号。

 

（图二）

pdo中断抖动

放大后测试的PDO中断信号抖动为±75ns

 

 

【方案优势】

1、方案是在CPS模式下8轴跑FOLLOW，同步周期125us，DC抖动为±75ns，其性能已达到国际知名商用协议栈水平，目前在国内只有少数几家拥有此技术。

2、升级方式具有简单、易用、快速的特点。

3、一次性付费，无限次使用。

4、投入少，可快速获取高回报。

 

 

 

【方案价值】

让您实现同时控制轴数多达32轴，并且提高了精确度和稳定性。

大幅降低了您的开发成本和时间成本，让您省时省心更省钱。

让您可以自行生产高端的板卡和PLC产品去拓展市场。

让您不再为高精尖的项目犯愁了，公司形象随之高大上起来。

成功案例

PLC功能升级的技术解决方案，一经推出倍受运动控制PLC厂商的青睐。目前已成功为多家深圳企业提供了“量身定制”的解决方案，受到客户一致认可与好评。鉴于公司已跟这些合作成功的客户签定了保密协议，因此不便透露其企业名称及具体细节，希望理解！

【深圳某苹果电池生产厂家的案例】

项目背景：

因为产业化升级，苹果要求所有的电池供应厂商必须把原有的传统电池切割产线更新换代为EtherCAT总线通讯。该客户看了市面上好几款国内外的运动控制器，国内的EtherCAT运动控制器普遍兼容性差，同步抖动高。国外的运动控制器性能好，但价格高昂。

解决方案：

该厂家生产电池多年，对电池的加工公艺十分了解，于是他们想保留原有的加工工艺算法，只想把传统的脉冲式运控卡更换为EtherCAT接口方式。客户有一套自己的加工流程和加工算法，考虑到实际的通讯工况，于是在原有的控制电路板上添加了一款FPGA当作EtherCAT主站协议栈网卡，删除掉原有的脉冲电路模块。仅仅花了1周的时间，就把原有的控制方式更改为EtherCAT接口。6个月的压力测试，千亿包数据无丢失。

合作方式

大致的合作流程如下：

1. 合作双方达成合作意向；

2. 合作双方商定技术细节，如硬件接口、性能参数、伺服器型号等；

3. 合作双方签订合作合同；

4. 贵方制作硬件，我方设计程序；

5. 我方烧录多块电路板供甲方进行测试；

6. 贵方进行一个月的压力测试；

7. 完成测试并确认没问题后，我方提供烧录程序；

8. 完成合作。

 

【合作联系】