EtherCAT

CiA 402 协议

EtherCAT CoE协议是工业自动化中数据交换的标准，用行话来说是一种高性能的“开放和实时”现场总线，它使用计算机中也使用的以太网硬件标准，但在交换数据包时有不同的工作原理，称为“即时”。

工作原理：
事实上，标准以太网数据包（框架按照IEEE802.3）不再作为数据处理被接收、解释和复制到每个节点。具有标准硬件（例如数控系统）的主站将电报发送到配备了改进的以太网硬件的EtherCAT从站设备（例如伺服驱动器）。在电报通过设备时读取发送给他们的数据，“即时”处理数据，并且以相同的方式在电报通过时输入数据。 在以太网硬件上的各种协议中，EtherCAT提供了绝对最佳的实时性能，能够在32.5μs内处理多达1000个I / O或在125μs内处理100个轴。

EtherCat CoE使用CANopen（CoE）的CiA402配置文件进行数据交换，因此就应用而言，已经在CANopen中使用驱动器和外围设备的用户将发现CanOpen使用相同的变量和参数。

高性能，低成本的以太网技术以及CanOpen的CiA402配置文件的采用，使它在很短的时间内成为基于以太网的现场总线，在各种自动化系统中应用非常广泛。

Cia 402协议：

- 位置模式
- 速度模式
- 轨迹速度模式
- 轨迹扭矩
- 复位模式
- 插补位置模式
- 循环同步位置模式
- 循环同步速度模式
- 循环同步扭矩模式
- 触控探头
- 电子齿轮（HDT规范，未由CiA定义-非标准）
- 压力控制（HDT规范，未由CiA定义-非标准）

Canopen

CanOpen协议（代表控制器数据网络）是基于串行硬件的实时开放确定性现场总线。
设计用于需要高度抗扰性的环境，对于长度小于40m的网络，比特率可以达到1 Mbit / s，并使用差分硬件作为传输手段。 不同类型的应用程序有不同的配置文件。
特别是，CiA402配置文件（通常也称为DS402）定义并标准化了用于电机伺服驱动器的控制器的功能行为，并允许插值和点对点操作。 该总线诞生于25年前，由CiA (Can in Automation) 联盟定义和管理。

Cia 402协议：

- 电子齿轮
- 位置模式
- 速度模式
- 轨迹速度模式
- 轨迹扭矩
- 复位模式
- 插补位置模式
- 循环同步位置模式
- 循环同步速度模式
- 循环同步扭矩模式
- 触控探头
- 压力控制（HDT规格不包括在CiA标准中-非标准）

ProfiNet

在RT（实时）版本和IRT（实时等时）版本有开发ProfiNet现场总线 ，适用于AC1-AC3-AC4之类的应用程序类别。配备此现场总线的所有HDT驱动器都具有相同的功能。

HHDT-已实施的ProfiDrive协议的技术规范：

应用类别（AC）：
- AC1 - 标准驱动器-速度、转矩、电流控制
- AC3 - 根据适用于Siemens PLC 1200系列的AC3规范在驱动器内部执行的定位器（程序模式，手动输入模式）
- AC4 - 配置文件和功能在PLC内部使用技术对象生成，驱动器关闭速度环并获取其位置
- 电轴（非标准-HDT规范）
- 压力控制（非标准-HDT规范）

ProfiNet技术信息

ProfiNet（Process Field Net的缩写）是一种基于标准以太网技术并符合IEEE802.3的“开放式实时”现场总线。 适用于工业数据管理。
ProfiNet使用被称为PROFIdrive的协议来管理对伺服驱动器数据的访问，该协议定义了一系列的参数和标准数据。
ProfiNet是根据3个配置文件开发的，按使用领域、性能和复杂性进行区分。 ProfiDrive协议分布在5类应用程序（AC）中。

ProfiNet - Profiles

- ProfiNet TCP / IP（非实时），不确定性配置文件，适用定时非关键点的应用，它使用标准TCP / IP和UDP / IP协议进行参数化、配置和非循环读/写操作，周期时间> 100 ms。
- ProfiNet RT（实时），确定性配置文件，用于传输标准循环数据和警报。通过RT传输的数据绕过TCP / IP接口，以加速与PLC的数据交换，从而允许创建周期时间<10 ms的应用程序。允许使用PLC的某些“技术对象”功能。
该配置文件的功能与ProfiBus DP V0相当。
- ProfiNet IRT（同步实时），用于运动控制应用的高速确定性配置文件，与EtherCat一样，它需要使用定制ASIC修改的以太网。充分利用西门子PLC提供的“技术对象”。该配置文件允许周期时间小于1ms。

ProfiDrive-“应用程序类别”。

AC1 - 标准驱动器 - 速度、转矩、电流设定值接口。

在最简单的情况下，在最简单的情况下，通过主设定值（例如，速度设定值）控制驱动器（参见图16）。 速度控制完全由驱动控制器控制。 PLC包括自动化过程的所有技术功能。 现场总线仅仅是自动化系统和驱动控制器之间的传输介质。 使用了循环数据交换通信服务。 这种类型的应用程序主要用于经典驱动工程领域（例如，输送机系统）。 通常使用PLC作为自动化系统。 可以使用时钟同步操作，但是对于该应用类通常不需要。

AC2 - 带分布式技术控制器的标准驱动器。

Application Class 2（HDT尚未开发）专门用于实现驱动器应用程序（参见图17）。 在此版本中，自动化过程分为许多小的子过程。技术功能不再仅仅在中央PLC中，也分布在驱动器中。 通讯接口用作技术接口。 通过总线系统在各个自动化组件和驱动控制器之间交换的数据可以单独定义。 但是，该变体假定在所有方向上都保证了通讯；也就是说，在驱动对象（轴）之间也应该可以进行IO数据传输。 为了实现诸如设定值级联、绕线器和速度同步之类的应用，时钟同步操作应该可行。 技术功能在驱动器中实现。

AC3 - 带本地运动控制的单轴定位驱动器

在Application Class 3（参见图18）中，只有用于自动化过程的技术功能仍在PLC中。 定位请求存储在驱动器中。 通过来自控制器（例如PLC）的命令启动单个定位请求。 插补和位置控制以及速度控制直接在驱动器中实现。 由于在此变体中，所有对时间要求严格的控制算法都隐藏在驱动器控制器中，因此只有在需要协调多个轴的复杂跟踪时才需要时钟同步操作。。

AC4 - 带有中央插补和速度设定值接口的运动控制

Application Class 4（参见图19）显示了通过通信系统关闭的位置闭环控制。用于机械手和机器人应用的驱动器通常需要多个驱动器系统的协调依次运动。运动控制主要通过中央自动化单元（NC）实现。对于每个驱动器，这些控制器都会计算特殊的设定值配置文件。通过协调多个驱动器（例如，对于XYZ轴），可以实现某些特定轨迹。除了自动化过程所需的技术功能外，自动化系统还包括驱动器的插补和位置控制功能。速度设定值和实际值以及位置实际值通过循环数据交换（Cyclic Data Exchange）进行传输。驱动控制器本质上仅包括用于闭环速度控制和获取实际位置的算法。由于位置是通过总线系统控制的，因此时钟同步操作是必要的，并且必须非常精确。另外，DSC功能可用于增加控制回路的刚性和动态响应。

Profibus

Profile DP-V0

Profibus（过程现场总线）是用于自动化设备的串行通信标准。 它是开放式协议，由DIN 19245定义。

由三个不同的通信配置文件组成，其中DP（分散的外围设备）是专用于PLC和I / O运行的设备，通过标准电缆以最大工作速度运行，能够在最远达300米的两个节点之间的距离上以9.6 kbit / s至12 Mbit / s的比特率运行。

Profibus的DP V0版本适用于交换循环和诊断数据，使其成为工业自动化领域最受欢迎的产品之一。 

Profidrive 协议规格:
- 速度控制
- 手动定位器
- 压力控制（非标准-HDT规格）

Modbus

RTU 协议

Modbus是一种开放式串行通信协议（RS485，但也包括RS232），创建于1979年，旨在使PLC与工业电子设备进行通信。它很受欢迎且管理成本低，尽管它速度不快，但是非常适合以大约20ms的时间来发出命令。 Modbus允许在连接到同一网络的不同设备之间进行通信，并常用于在监视控制和数据采集系统（SCADA）中将HMI与远程终端单元（RTU）连接。

HDT管理广泛用于工业自动化的Modbus RTU类型协议以及与Modbus RTU非常相似的TCP类型，但在TCP/IP型数据包中传输协议包。

RTU协议规范：
- 速度控制
- 扭矩控制
- 电轴
- 多定位器
- 电子凸轮
- 压力控制

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