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冗余定義
什么是總線冗余功能？我們都知道，EtherCAT現(xiàn)場總線具有靈活的拓撲結(jié)構(gòu)，設(shè)備間支持線型、星型、樹型的連接方式，其中線型結(jié)構(gòu)簡單、傳輸效率高，大多數(shù)的現(xiàn)場應(yīng)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(xiàn)場設(shè)備布局與維護。在自動化的工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備通常在不同的環(huán)境中長時間運行，線纜的老化、安裝連接不夠嚴謹?shù)纫蛩貙?dǎo)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(shè)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(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，哪怕是傳統(tǒng)的CAN、RS485等通信的設(shè)備控制也都無法正常運轉(zhuǎn)。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(shè)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(shù)的實現(xiàn)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(fù)用了最后一個從站設(shè)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(shù)據(jù)流向，假設(shè) 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(shè)備連接著，但通信線路變成兩條支線，設(shè)備仍然可以正常通信，設(shè)備依然還能夠繼續(xù)控制運行。上述就是EtherCAT冗余的解決方案，將線型結(jié)構(gòu)變成了環(huán)形結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了鏈路冗余功能。
冗余功能的優(yōu)勢
01 節(jié)約設(shè)計成本
EtherCAT線纜冗余，使用了最后一個從站設(shè)備的OUT端口，使得冗余功能標準化。
02 增強系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性
工業(yè)自動化行業(yè)中通常要求總線上的設(shè)備不間斷運轉(zhuǎn)，不允許停止生產(chǎn)，冗余技術(shù)可以實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
03 故障診斷與處理
當(dāng)出現(xiàn)線纜斷線時，變成兩條之鏈路控制繼續(xù)工作，同時EtherCAT可以自動檢測到總線系統(tǒng)中的故障點，可大大簡化系統(tǒng)的維護工作，提高了設(shè)備的維護性。
環(huán)境配置
正運動目前只有7系240520以后的版本支持。
環(huán)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(wǎng)口任選一個做從口；
（4）按照圖示接線，EtherCAT接入第一個設(shè)備的in，最后一個設(shè)備的out接入VPLC711上的對應(yīng)冗余網(wǎng)口，形成一個環(huán)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(huán)路中任意處斷開一個接口，節(jié)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(qū)動安裝
第一步：安裝驅(qū)動程序
1.打開“設(shè)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(qū)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(qū)動更新時，要從設(shè)備管理器刪除設(shè)備，一定要選擇把驅(qū)動文件也刪除。
第二步：安裝EtherCAT協(xié)議
MotionRT711支持XPCI/XPCIE的ECAT網(wǎng)口，也支持電腦普通網(wǎng)口作為ECAT使用。
1.在Windows網(wǎng)絡(luò)連接界面，選擇需要用作冗余功能總線的網(wǎng)口，右擊屬性→安裝→協(xié)議→添加。
2.選擇“從磁盤安裝”。
3.瀏覽驅(qū)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(yīng)的網(wǎng)口總線協(xié)議。不接設(shè)備的網(wǎng)口可以在這里取消掉勾選。
5 . 添加總線協(xié)議。
在RT7啟動界面，點擊“AddEcat”，在EtherCAT總線列表下，將對應(yīng)的冗余網(wǎng)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(shè)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(shè)備網(wǎng)口狀態(tài)，按bit位操作，第0位表示IN口狀態(tài),第1位表示OUT口狀態(tài)，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(jié)點斷線，NODE_INFO可以精確到某個節(jié)點斷線）。如下圖范例所示。
（1）表示整個環(huán)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(jié)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(jié)點1 EtherCat In處斷開。
二、NODE_REGREAD
NODE_REGREAD(slot,node,address=0x111,bytes,modbusindes)可以讀取到設(shè)備網(wǎng)口狀態(tài)，從而精準判斷哪個設(shè)備哪個網(wǎng)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(tài)（in口），BIT2=第二個口狀態(tài)（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(jié)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(jié)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(jié)點2連接正常。
上位機C#檢測掉線應(yīng)用實例
我們通過 basic腳本程序，slot_info指令循環(huán)判斷是否有掉線，若掉線，則設(shè)置對應(yīng)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(huán)監(jiān)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(jiān)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(jié)點掉線的情況。
3、相關(guān)部分程序如下圖所示。
如上圖可知，上位機通過相關(guān)接口實時讀取basic底層變量test的值，來判斷相對應(yīng)的EtherCAT節(jié)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(tǒng)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(shè)備實現(xiàn)多協(xié)議的高速通信。
VPLC711支持多種硬件接口和通信協(xié)議，方便與其他設(shè)備的連接和集成。除此之外，VPLC711還具備視覺處理功能，能夠?qū)崟r處理圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)視覺檢測、測量和定位等應(yīng)用。
VPLC711內(nèi)置Windows運動控制實時內(nèi)核MotionRT7，形成一種開放式IPC形態(tài)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(shù)
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(wǎng)口不同IP設(shè)置。
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正運動技術(shù)專注于運動控制技術(shù)研究和通用運動控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)，是國家級高新技術(shù)企業(yè)。正運動技術(shù)匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅持自主創(chuàng)新的同時，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運動控制基礎(chǔ)技術(shù)的研究，是國內(nèi)工控領(lǐng)域發(fā)展最快的企業(yè)之一，也是國內(nèi)少有、完整掌握運動控制核心技術(shù)和實時工控軟件平臺技術(shù)的企業(yè)。主要業(yè)務(wù)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(tǒng)_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。
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