一、冗余定義

什么是總線冗余功能？我們都知道，EtherCAT現場總線具有靈活的拓撲結構，設備間支持線型、星型、樹型的連接方式，其中線型結構簡單、傳輸效率高，大多數的現場應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，便于現場設備布局與維護。在自動化的工業生產中，設備通常在不同的環境中長時間運行，線纜的老化、安裝連接不夠嚴謹等因素導致線纜斷連。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備的正常運轉，哪怕是傳統的CAN、RS485等通信的設備控制也都無法正常運轉。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冗余技術的實現原理。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，復用了最后一個從站設備的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。再來細看它的數據流向，假設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備連接著，但通信線路變成兩條支線，設備仍然可以正常通信，設備依然還能夠繼續控制運行。上述就是EtherCAT冗余的解決方案，將線型結構變成了環形結構，實現了鏈路冗余功能。

冗余功能的優勢

01節約設計成本

EtherCAT線纜冗余，使用了最后一個從站設備的OUT端口，使得冗余功能標準化。

02增強系統可靠性和穩定性

工業自動化行業中通常要求總線上的設備不間斷運轉，不允許停止生產，冗余技術可以實現應用系統的可靠性和穩定性。

03故障診斷與處理

當出現線纜斷線時，變成兩條之鏈路控制繼續工作，同時EtherCAT可以自動檢測到總線系統中的故障點，可大大簡化系統的維護工作，提高了設備的維護性。

二、環境配置

?正運動目前只有7系240520以后的版本支持。

環境準備

（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，其他網口任選一個做從口；

（4）按照圖示接線，EtherCAT接入第一個設備的in，最后一個設備的out接入VPLC711上的對應冗余網口，形成一個環路；

（5）在總線初始化過程中，SLOT_STOP總線停止后加入SLOT_SLAVE(0)=1；（6）此時環路中任意處斷開一個接口，節點運行正常；

（7）有需求可在代碼中加入斷線檢測的指令。

三、RT驅動安裝

第一步：安裝驅動程序

1.打開“設備管理器”，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：驅動更新時，要從設備管理器刪除設備，一定要選擇把驅動文件也刪除。

第二步：安裝EtherCAT協議

MotionRT711支持XPCI/XPCIE的ECAT網口，也支持電腦普通網口作為ECAT使用。

1.在Windows網絡連接界面，選擇需要用作冗余功能總線的網口，右擊屬性→安裝→協議→添加。

2.選擇“從磁盤安裝”。

3.瀏覽驅動位置，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的網口總線協議。不接設備的網口可以在這里取消掉勾選。

5.添加總線協議。

在RT7啟動界面，點擊“AddEcat”，在EtherCAT總線列表下，將對應的冗余網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。

四、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)也可檢測到設備網口狀態，按bit位操作，第0位表示IN口狀態,第1位表示OUT口狀態，置1為正常，置0為斷開。

（SLOT_INFO只能讀取線路是否有斷線，不能確定是哪個節點斷線，NODE_INFO可以精確到某個節點斷線）。如下圖范例所示。

（1）表示整個環路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，表示節點1 EtherCat In處斷開。

二、NODE_REGREAD

NODE_REGREAD(slot,node,address=0x111,bytes,modbusindes)可以讀取到設備網口狀態，從而精準判斷哪個設備哪個網口斷開。

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（in口），BIT2=第二個口狀態（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，表示節點2連接正常。

五、上位機C#檢測掉線應用實例

我們通過basic腳本程序，slot_info指令循環判斷是否有掉線，若掉線，則設置對應變量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，程序循環監控，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節點掉線的情況。

3、相關部分程序如下圖所示。

如上圖可知，上位機通過相關接口實時讀取basic底層變量test的值，來判斷相對應的EtherCAT節點是否掉線。

六、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，并與外部設備實現多協議的高速通信。

VPLC711支持多種硬件接口和通信協議，方便與其他設備的連接和集成。除此之外，VPLC711還具備視覺處理功能，能夠實時處理圖像數據，實現視覺檢測、測量和定位等應用。

VPLC711內置Windows運動控制實時內核MotionRT7，形成一種開放式IPC形態實時軟控制器/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

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，支持雙網口不同IP設置。

想要了解更多關于VPLC711的詳情介紹，可以點擊“x86平臺實時Windows機器視覺EtherCAT運動控制器VPLC711”查看。

審核編輯 黃宇