冗余定义

什么是总线冗余功能？我们都知道，EtherCAT现场总线具有灵活的拓扑结构，设备间支持线型、星型、树型的连接方式，其中线型结构简单、传输效率高，大多数的现场应用中也是使用这种连接方式，如下图所示。

线型的连接方式确实简单，走线灵活，便于现场设备布局与维护。在自动化的工业生产中，设备通常在不同的环境中长时间运行，线缆的老化、安装连接不够严谨等因素导致线缆断连。假如有一天第一个伺服和第二个伺服之间的线缆断了，那么第1个伺服后面的设备是不是将无法正常运行呢？如下图所示。

不管是哪种接线方式，线缆断线将会影响设备的正常运转，哪怕是传统的CAN、RS485等通信的设备控制也都无法正常运转。问题还得要解决，那有没有标准的、又不需要添加太多额外的设计成本，就能解决上述的问题呢？一起来看看EtherCAT总线给出的解决方案，以及EtherCAT冗余技术的实现原理。我们先看它的连接方式，如下图所示。

从EtherCAT的线缆冗余接线图中可以看出，复用了最后一个从站设备的OUT端接回主站，是不是有点巧妙呢？减少了硬件成本，还能解决问题，确实受大家喜欢。 再来细看它的数据流向，假设 还是第一个伺服和第二个伺服之间断开了，它的工作原理如下图所示。

伺服1和伺服2的线缆断开后仍与从站设备连接着，但通信线路变成两条支线，设备仍然可以正常通信，设备依然还能够继续控制运行。上述就是EtherCAT冗余的解决方案，将线型结构变成了环形结构，实现了链路冗余功能。

冗余功能的优势

01 节约设计成本

EtherCAT线缆冗余，使用了最后一个从站设备的OUT端口，使得冗余功能标准化。

02 增强系统可靠性和稳定性

工业自动化行业中通常要求总线上的设备不间断运转，不允许停止生产，冗余技术可以实现应用系统的可靠性和稳定性。

03 故障诊断与处理

当出现线缆断线时，变成两条之链路控制继续工作，同时EtherCAT可以自动检测到总线系统中的故障点，可大大简化系统的维护工作，提高了设备的维护性。

环境配置

正运动目前只有7系240520以后的版本支持。

环境准备

（1）准备一台VPLC711-i5-ETH5一体机；

（2）安装240520以上MotionRT版本；

（3）EtherCAT做主口，其他网口任选一个做从口；

（4）按照图示接线，EtherCAT接入第一个设备的in，最后一个设备的out接入VPLC711上的对应冗余网口，形成一个环路；

（5） 在总线初始化过程中，SLOT_STOP总线停止后加入SLOT_SLAVE(0)=1；

（6）此时环路中任意处断开一个接口，节点运行正常；

（7）有需求可在代码中加入断线检测的指令。

RT驱动安装

第一步：安装驱动程序

1.打开“设备管理器”，选择“操作”中的“添加过时硬件”，选择“手动选择”。

2.点击“下一步”。

3.点击“从磁盘安装”。

4.点击“浏览按钮”选择驱动所在的路径，打开文件夹“driver_signed”，选择“ZMotionRt64.inf”。

5.一直点击”下一步“，直到安装完成。

注意：驱动更新时，要从设备管理器删除设备，一定要选择把驱动文件也删除。

第二步：安装EtherCAT协议

MotionRT711支持XPCI/XPCIE的ECAT网口，也支持电脑普通网口作为ECAT使用。

1.在Windows网络连接界面，选择需要用作冗余功能总线的网口，右击属性→安装→协议→添加。

2.选择“从磁盘安装”。

3.浏览驱动位置，选择”ZMotionRtPacket.inf”。

4.点击“确定”。

在属性中查看有ZMotionRT64 Packet Protocol Driver就是安装成功，勾选上就可以添加对应的网口总线协议。不接设备的网口可以在这里取消掉勾选。

5 . 添加总线协议。

在RT7启动界面，点击“AddEcat”，在EtherCAT总线列表下，将对应的冗余网口的总线增加到列表，增加成功之后，“Start”即可。如下图的标号2所示。

冗余代码指令分析

冗余指令使用方法如下所示。SLOT_SLAVE -- EtherCAT冗余配置。 （ 该指令在总线停止时进行设置）

断线检测指令解析如下

一、SLOT_INFO和NODE_INFO

打印SLOT_INFO(slot,5)可检测到线缆是否断开，0-线缆正常，1-检测到线缆断开。NODE_INFO有相同功能。

NODE_INFO(slot,node,6)也可检测到设备网口状态，按bit位操作，第0位表示IN口状态,第1位表示OUT口状态，置1为正常，置0为断开。（SLOT_INFO只能读取线路是否有断线，不能确定是哪个节点断线，NODE_INFO可以精确到某个节点断线）。如下图范例所示。

（1）表示整个环路EtherCat检测到断线。

（2）打印值为3，二进制表示为0011，Bit0和Bit1均为1，表示节点0，正常接线。

（3）打印值为2，二进制表示为0010，Bit0为0，Bit1为1，表示节点1 EtherCat In处断开。

二、NODE_REGREAD

NODE_REGREAD(slot,node,address=0x111,bytes,modbusindes)可以读取到设备网口状态，从而精准判断哪个设备哪个网口断开。

正常返回为90，in处断开返回89，out处断开返回86。

BIT0 =第一个口状态（in口），BIT2=第二个口状态（out口）。只看bit0 和bit2 ，置1为断开，置0为正常。如下图范例所示。

（1） 打印值为89，二进制表示为01011001，Bit0为1，表示节点1 EtherCAT In口断开。

（2）打印值为86，二进制表示为01010110，Bit2为1，表示节点0 EtherCAT Out口断开。

（3）打印值为90，二进制表示为01011010,Bit0和Bit2均为0，表示节点2连接正常。

上位机C#检测掉线应用实例

我们通过 basic脚本程序，slot_info指令循环判断是否有掉线，若掉线，则设置对应变量test的值，值为1表示掉线，为0则表示正常连接。

Basic部分程序如下图所示。（这里通过读取basic全局变量值判断，也可以通过寄存器的值判断，或者通过node_regread掉线指令检测）

通过上述basic程序可以看到，程序循环监控，刷新slot_info指令的返回值，赋值给test变量，此时， 上位机 通过监控test的值的变化来判断是否有掉线，上位机显示界面如下图所示。

1、伺服正常工作无掉线的情况。

2、伺服正常工作过程中，其中一个EtherCAT节点掉线的情况。

3、相关部分程序如下图所示。

如上图可知，上位机通过相关接口实时读取basic底层变量test的值，来判断相对应的EtherCAT节点是否掉线。

机器视觉EtherCAT运动控制器VPLC711

VPLC711是一款基于x86平台和Windows操作系统的高性能机器视觉EtherCAT运动控制器，具备强大的运算能力和灵活性。它具有出色的实时性能和多路高速硬件输入与多路高速PSO输出，能够精准控制多轴同步运动，并与外部设备实现多协议的高速通信。

VPLC711支持多种硬件接口和通信协议，方便与其他设备的连接和集成。除此之外，VPLC711还具备视觉处理功能，能够实时处理图像数据，实现视觉检测、测量和定位等应用。

VPLC711内置Windows运动控制实时内核MotionRT7，形成一种开放式IPC形态实时软控制器/软PLC，为用户提供灵活集成的运动控制+视觉一体化解决方案。

VPLC711硬件参数

1. 采用x86高性能CPU，EtherCAT可支持1ms 64轴同步运行；

2.板载RS232，RS485，EtherNet*5，EtherCAT，USB3.0*4硬件接口；

3.板载20DI，其中4个高速色标锁存，2组高速单端编码器；

4.板载20DO，其中4个高速单端脉冲轴，4组高速PWM；

5.支持DVI-D，HDMI显示，支持双网口不同IP设置。

想要了解更多关于VPLC711的详情介绍，可以点击“x86平台实时Windows机器视觉EtherCAT运动控制器VPLC711”查看。

正运动技术专注于运动控制技术研究和通用运动控制软硬件产品的研发，是国家级高新技术企业。正运动技术汇集了来自华为、中兴等公司的优秀人才，在坚持自主创新的同时，积极联合各大高校协同运动控制基础技术的研究，是国内工控领域发展最快的企业之一，也是国内少有、完整掌握运动控制核心技术和实时工控软件平台技术的企业。主要业务有：运动控制卡_运动控制器_EtherCAT运动控制卡_EtherCAT控制器_运动控制系统_视觉控制器__运动控制PLC_运动控制_机器人控制器_视觉定位_XPCIe/XPCI系列运动控制卡等等。