發布日期：2022-04-17 點擊率：1953 品牌：組態王_Kingview
診斷特性對于一個機器的可靠性和調試時間非常重要。除了錯誤檢測外，錯誤的準確定位也不容忽視。EtherCAT 在其系統內部擁有多種不同的診斷功能。
在 EtherCAT 網絡中，從設備( EtherCAT從站控制器)通過硬件芯片中的專用實時組件，根據拓撲的順序處理以太網幀。從站設備在現場總線標準定義的 ISO/OSI 堆棧的所有層中都有診斷機制。主站的配置工具分別從獨立的從站中獲取到狀態信息，直接報告給用戶使用的應用軟件。
圖1：以太網數據幀通過ESC(EtherCAT從站控制器)進行邏輯傳輸
圖2：EtherCAT 可以在系統內部的 IOS/OSI 堆棧的所有層實現診斷
物理層的診斷
物理層包括用于網絡基礎設施建設的線纜和接頭。每個 ESC 端口處理傳輸給用戶相關信息，從而檢測硬件級的通信。除了其他不同的錯誤外，如果 ESC 端口檢測到鏈路丟失，則相關的鏈路丟失計數器值增加。這種情況可能由于接觸不良、不足或者線纜損壞等原因引起。通過讀取相應的寄存器可精確定位來自物理介質的干擾。
另一種診斷特性是傳入的數據幀的 CRC 校驗(校驗總和)。如果損壞的數據幀被標記毀壞，幀中包含的數據會被忽略，CRC 錯誤計數器值增加。后續的設備也會忽略該幀中的數據，且增加轉發 CRC 錯誤計數器的值。CRC 錯誤一般是由于通信線纜過于靠近電力線纜，從而導致 EMC 干擾產生的。用戶通過讀取上述兩個錯誤計數器便可以檢測到可能出現 EMC 干擾通迅的位置。
數據鏈路層的診斷
數據鏈路層保證了 EtherCAT 數據幀和網絡中 EtherCAT 參與者之間的數據交換。該數據交換可以是非周期性或周期性的。周期性數據交換還會被用于多個分布式參與者的周期同步控制。在從站設備中，中斷或看門狗監測數據交換和同步。
在數據鏈路層中工作計數器是一個強有力的診斷機制。該計數器隨著讀或寫命令一同傳輸。如果每個從站成功的進行了數據交換，則計數器增加。主站通過對比實際的和預計的計數器值，便可以檢測到在同一周期中所有從站的數據是否被正確處理，還是有個別報文尚未傳輸。該工作計數器通知不同的可能產生的錯誤，例如，由于鏈接丟失或者內部硬件中斷而導致一個從站不能進行數據交換的情況。對于過程數據配置或通信時序的參數化問題也可以使用這種檢測方式。工作計數器錯誤可被傳輸到一個上層應用中(例如 PLC 程序)，因此工程師可以在軟件中編譯一個合適的響應。
對于高精度同步的應用，可以在EtherCAT 網絡中采用分布時鐘(DC)機制。對于這種數據鏈路層功能也有不同的診斷機制。每個從站包括一個系統時間差值寄存器，寄存器的值是每個從站的本地時間和全局時間的差值。主站通過讀取使用分布時鐘的所有從站的這個寄存器的值，從而監控網絡的同步的精確性，并在出現違規操作時通知用戶。
因為 EtherCAT 使用標準以太網幀，所有網絡狀態可以用免費的軟件(如Wireshark)進行監控狀態。這種方式下，EtherCAT 整個數據幀及其所有報文都能被報告，顯示和分析。
圖3：通過讀取鏈路丟失計數器可以準確定位硬件級別的錯誤
圖4：每個端口對傳入數據幀進行 CRC 校驗，并在必要的情況下增加錯誤計數器數值
應用層的診斷
每個從站的應用層實施了獨立的功能，如：讀取溫度信號，控制氣動伺服閥或者驅動電機。在此，EtherCAT 狀態機提供重要的診斷信息來組織主站和從站之間的行為。每個狀態對應幾個通信功能。主站請求狀態改變，從站則確認或者拒絕狀態改變。如果在初始化階段出現配置錯誤或內部運行時出錯，從站會拒絕態轉換或內部改變到低級別狀態中，并設定一個錯誤位和提供一個錯誤代碼。比如，當過程數據在主站和從站的配置不同時，從站會拒絕狀態改變至 Safe operational 并提供錯誤代碼“無效的輸入配置”。又例如，當從站超過一定時間沒有接收到有效過程數據時，該從站則將狀態轉換到 Safe operational，并報告錯誤“過程數據看門狗”。主站通過一個廣播命令周期性地讀取應用層狀態從而監控整個網絡狀態。
圖5：EtherCAT主站可以通過工作計數器輕松且周期同步的檢測錯誤。
圖6：EtherCAT在應用層的診斷。
除了通過 EtherCAT 狀態機進行核心的診斷功能外，EtherCAT 設備還可以報告特殊的內部應用錯誤。這些取決于從站的個別功能：可以是一個模擬量輸入端子的過電壓，超過驅動的最大轉矩限制或者一個內部的超溫報警。CAN application protocol over EtherCAT(CoE)是一個標準的用于非周期參數訪問的 EtherCAT 協議，該協議定義了診斷歷史對象(類似于錯誤寄存器)。在這些對象設備中可以記錄并保存多達 250 個應用的特定診斷信息，主站讀取信息并報告給用戶。
總結
EtherCAT 通信的所有層中都有獨特的EtherCAT 診斷功能，因此它提供了一個完整且詳盡的網絡狀態概覽。這些功能已經包含在 EtherCAT 協議中，主站需要很少的額外命令就可以實現。EtherCAT 診斷機制可以在硬件中實施或在 EtherCAT 基礎規范中定義：因此所有類似的 EtherCAT 設備都保證了其全部相關功能。
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