1、EtherCAT總線介紹

　　EtherCAT(以太網(wǎng)控制自動化技術(shù))采用了“飛速傳輸”技術(shù)架構(gòu)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，當(dāng)數(shù)據(jù)幀流經(jīng)節(jié)點時，節(jié)點設(shè)備會即時對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制與轉(zhuǎn)發(fā)操作。其接收以及傳送數(shù)據(jù)所耗費(fèi)的時間均少于1微秒。通常情況下，單個數(shù)據(jù)幀便足以使所有節(jié)點完成數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送工作。這種機(jī)制極大地提升了網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率，顯著提高了通信效率。

　　2、EtherCAT總線優(yōu)勢

　　(1)周期時間極短。讀寫一百個伺服軸可10Khz的速率更新，一般更新速率在1-30Khz。這使得設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互能夠快速響應(yīng)，滿足工業(yè)自動化對實時性的嚴(yán)苛要求。

　　(2)支持分布式時鐘機(jī)制。即便通訊循環(huán)周期有抖動，時鐘的抖動也可以控制在1us，保證了設(shè)備間的高精度同步，讓多軸運(yùn)動控制的協(xié)同配合近乎完美。

　　(3)拓?fù)湄S富。支持總線型，樹狀，星狀等現(xiàn)場總線常用的拓?fù)?，拓?fù)淇扇我饨M合，設(shè)備間距離可達(dá)100米，一個區(qū)段網(wǎng)絡(luò)最多可有65535個設(shè)備，使用環(huán)狀拓?fù)溥€具備纜線冗余機(jī)能，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和靈活性。

　　EtherCAT總線以其卓越的性能和靈活性，在工業(yè)自動化領(lǐng)域發(fā)揮著核心作用。了解其工作原理和優(yōu)勢后，接下來我們將深入探討EtherCAT總線掉線的常見問題及其排查方法，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　如何診斷掉線的“癥狀”1、設(shè)備通訊中斷

　　(1)當(dāng)EtherCAT總線出現(xiàn)掉線情況時，最為直觀的表征便是設(shè)備通訊中斷。原本能夠?qū)χ髡局噶钣枰詫崟r響應(yīng)的設(shè)備，會即刻陷入 “沉默” 狀態(tài)，不再執(zhí)行主站所發(fā)出的任何命令。

　　(2)不僅會致使單個設(shè)備停止運(yùn)行，更會引發(fā)連鎖反應(yīng)，致使上下游設(shè)備因數(shù)據(jù)傳輸受阻，無法獲取運(yùn)行所需指令或反饋信息，進(jìn)而陷入無法正常運(yùn)行的困境，嚴(yán)重影響整個系統(tǒng)的協(xié)同工作與運(yùn)行效能。

　　2、報錯信息提示

　　與此同時，控制系統(tǒng)會隨即彈出一系列報錯信息，諸如“EtherCAT 通信故障”、“從站連接丟失” 等。這些報錯信息本質(zhì)上是系統(tǒng)發(fā)出的緊急警報，旨在明確提示操作人員，當(dāng)前總線連接已出現(xiàn)異常狀況，等待進(jìn)行及時排查與妥善處理。不同類型的報錯信息往往對應(yīng)著各異的故障原因，以 “從站連接丟失” 這一報錯為例，其故障誘因極有可能是從站設(shè)備自身出現(xiàn)故障，或是網(wǎng)線連接部位出現(xiàn)松動，導(dǎo)致信號傳輸中斷。操作人員在接收到此類報錯信息后，應(yīng)依據(jù)可能的故障原因，有序開展設(shè)備檢查、線路排查等工作。

　　3、監(jiān)控軟件界面異常

　　(1)在LeadSys Studio軟件界面上，原本顯示正常工作狀態(tài)的設(shè)備圖標(biāo)會顯示醒目的紅色警示，或者出現(xiàn)閃爍狀態(tài)，直觀的表明設(shè)備與總線的連接已斷開。

　　(2)軸運(yùn)動的數(shù)據(jù)不再有波動和更新，這也是通過監(jiān)控軟件發(fā)現(xiàn)掉線的表現(xiàn)。

　　多維度分析掉線的原因

       1、硬件因素

　　(1)網(wǎng)線質(zhì)量。網(wǎng)線如同EtherCAT總線的數(shù)據(jù)傳輸“軌道”，其質(zhì)量直接影響信號傳輸。劣質(zhì)網(wǎng)線線芯不純，電阻較大，信號在傳輸過程中會不斷衰減，在高速數(shù)據(jù)傳輸下無法穩(wěn)定工作，頻繁出現(xiàn)EtherCAT總線掉線問題。

　　(2)接口松動。工業(yè)環(huán)境中的設(shè)備常處于振動狀態(tài)，久而久之，網(wǎng)線接口易松動，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)時斷時續(xù)，直至完全斷線。(3)從站模塊故障，主站網(wǎng)卡損壞等設(shè)備情況，會直接破壞EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的完整性。從站模塊內(nèi)部電路短路，將無法正常接受和轉(zhuǎn)發(fā)主站指令，導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)通訊中斷。主站網(wǎng)卡損壞則無法與從站進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)交互，使得整個網(wǎng)絡(luò)失去控制信息，從而引發(fā)掉線。

       2、軟件因素

　　軟件配置錯誤

　　從站設(shè)備的配置文件中，如果設(shè)備地址設(shè)置重復(fù)，如配置的站號是一樣的，主站會陷入混亂，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致掉線。

　　驅(qū)動版本問題

　　如果驅(qū)動版本出現(xiàn)不兼容或者出現(xiàn)損壞，就無法正確傳遞信息，導(dǎo)致硬件無法正常工作。

　　3、環(huán)境因素

　　電磁干擾工業(yè)現(xiàn)場的大型電機(jī)，變頻器等設(shè)備在運(yùn)行時會產(chǎn)生較大的電磁輻射，干擾著EtherCAT總線的數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)致從站無法正確收到主站指令，或者主站無法解析從站返回的數(shù)據(jù)，從而引發(fā)掉線。

　　溫度變化過高的溫度會讓電子元件性能下降，設(shè)備可能會掉線;濕度過高則可能會導(dǎo)致短路，使得設(shè)備無法正常工作。

　　供電不穩(wěn)當(dāng)電壓波動過大或者出現(xiàn)瞬間斷電時，設(shè)備可能會出現(xiàn)重啟或者工作異常，如果缺少重連通訊功能，進(jìn)而會導(dǎo)致總線掉線。

　　逐步定位問題根源

       1、外觀檢查

　　(1)當(dāng)發(fā)現(xiàn)EtherCAT總線掉線時，首先進(jìn)行外觀檢查。仔細(xì)查看網(wǎng)線是否有破損，彎折的痕跡，網(wǎng)線接口是否松動，清理接口處灰塵和雜物，確保接口接觸良好，對于容易受到振動的振動影響的設(shè)備，要加強(qiáng)固定和防護(hù)。觀察設(shè)備指示燈是否正常，伺服通常會顯示在常見的顯示屏上，模塊正常連接指示燈和主站EtherCAT網(wǎng)口處通常會有指示燈規(guī)律閃爍。

　　(2)簡單設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)。查看設(shè)備的顯示屏(如果有)，是否有錯誤提示信息，一些設(shè)備會在顯示屏上顯示具體的故障代碼或者錯誤描述，有助于快速定位問題。

　　2、硬件測試

　　(1)更換網(wǎng)線。更換高質(zhì)量的網(wǎng)線，減少因硬件質(zhì)量問題引發(fā)的掉線風(fēng)險。

　　(2)更換設(shè)備。對從站模塊，主站等設(shè)備進(jìn)行替換測試，用已知正常的設(shè)備替換疑似故障設(shè)備，若掉線問題解決，就鎖定問題的設(shè)備。

　　3、軟件診斷

　　(1)配置文件檢查。仔細(xì)檢查從站設(shè)備的配置文件，確認(rèn)設(shè)備地址，通信協(xié)議等參數(shù)設(shè)置是否正確，避免出現(xiàn)設(shè)備設(shè)備地址沖突等錯誤。避免因為新添加從站設(shè)備地址錯誤，導(dǎo)致EtherCAT總線頻繁掉線，重新正確設(shè)置地址后，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)穩(wěn)定。

　　(2)系統(tǒng)日志分析。查看系統(tǒng)日志分析，日志中詳細(xì)記錄了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和錯誤信息等。通過分析日志，能發(fā)現(xiàn)諸如驅(qū)動程序錯誤，通信超時，掃描從站數(shù)缺少等。

　　表1部分驅(qū)動器斷開連接

　　表2整個EtherCAT斷線

　　表3任務(wù)抖動過大導(dǎo)致總線斷開

　　(3)網(wǎng)絡(luò)診斷工具。對EtherCAT網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面掃描，檢測網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否正常，是否存在網(wǎng)絡(luò)堵塞的情況。

　　4、環(huán)境評估

　　(1)電磁干擾也是導(dǎo)致EtherCAT總線掉線的常見因素之一。因此，對電磁干擾進(jìn)行檢測十分必要。可采取屏蔽措施以及調(diào)整設(shè)備布局等方法來降低干擾。在電磁干擾較為嚴(yán)重的區(qū)域，將EtherCAT網(wǎng)線更換為雙層屏蔽網(wǎng)線，能夠顯著增強(qiáng)對電磁信號的屏蔽效果。同時，讓EtherCAT總線遠(yuǎn)離大型電機(jī)等強(qiáng)干擾源，可有效避免干擾信號對總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，實踐證明，這一舉措成功解決了掉線問題。另外，通過改變設(shè)備的安裝位置，合理調(diào)整線纜的走向，使EtherCAT總線盡可能避開潛在的干擾路徑，也能夠大幅減少電磁干擾對EtherCAT總線的不良影響，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

　　(2)溫濕度觀察。觀察設(shè)備溫度是否過高或者環(huán)境是否潮濕。(3)供電系統(tǒng)檢查。配備穩(wěn)壓電源，保障設(shè)備穩(wěn)定供電。