项目一标准以太网总线实时同步技术及其多轴运动

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1、附件5：部分项目成果清单项目一：标准以太网总线实时同步技术及其多轴运动控制平台1项目二：在线空瓶检测机、PET饮料瓶多功能在线检测系统5项目三：异性电子元件插件机械手7项目四：与CMOS兼容的高介电、低损耗纳米晶钛酸钡薄膜的制备和器件应用10项目五：锻造过程模具形状优化设计软件——DOTFORGE12项目六：锻造/挤压模拟软件CASFORM-2D/PC13项目七：全自动自适应四边形网格生成软件AUTOMESH14项目八：模具仿真软件15项目九：结构钢高速焊用药芯焊丝16项目十：髙熔敷速度药芯焊丝16项目十一：利用钢板边角料生产药芯焊丝技术16项目十二：耐腐蚀钢筋新产品16项目十三：基于自

2、动堆焊技术的耐磨、耐热、耐腐蚀备件生产技术16项目十四：具有特殊性能覆层的杆状复合材料16项目十五:甲基苯基环硅氧烷、生胶及混炼胶产业化技术18项目十六:高回弹导电硅橡胶19项目十七:车辆设备燃油及液压系统氟硅橡胶19项目十八:高撕裂硅橡胶20项目十九:高阻尼硅橡胶21项目二十:有机硅涂层性能及应用简介22项目二十一:智能传动轴监测仪23项目二十二:板材信息动态检测及喷码系统23项目二十三:机器视觉检测技术23项目二十四:数控加工监控系统23项目二十五:人工气候智能控制系统23项目一：标准以太网总线实时同步技术及其多轴运动控制平台山东大学数控技术研究中心项目简介：EtherMAC(Eth

3、ernetforManufactureAutomationControl)是面向整个制造自动化控制的实时同步工业以太网总线平台，特别适合于具有“强实时性”和“高同步性”要求的运动控制系统应用。该总线平台拥有自主知识产权（已获得两项发明专利，(1)ZL200710013313.0基于标准以太网的实时同步网络及其工作方法；(2)ZL200710014419.2一种实现以太网链状网络节点间同步的装置和方法）。主控制器采用完全标准的网卡，无需任何专有硬件，网络数据帧符合IEEE802.3标准，具有高度的开放性；采用线型拓扑结构，一个EtherMAC网段内可级联254个设备节点，传输速率100Mb

4、ps，节点间传输距离100米，周期抖动和同步抖动均小于100ns，方便扩展，有极其优越的性能；标准化硬件（具有以太网接口的工控主板或嵌入式主板）可成为一个高性能的控制器，从节点采用FPGA实现IP核，并通过SOPC技术（Altera的NIOSii软核）实现了应用层协议的功能，成本低廉。与国际上公认性能最好的EtherCAT相比，在传输性能上与其相当，且具有如下优点：（1）EtherCAT采用“数据火车”模型通讯，控制数据会滞后两个周期；而EtherMAC采用“下行数据火车”和“上行数据火车”分时运行，控制数据只滞后一个周期。（2）在传统主从控制方式中，通常主控制器控制系统的时间行为（周

5、期定时），因此主控制器要么采用强实时操作系统（其周期定时的抖动误差在几s到十几s）或具有智能（CPU）的专用网路接口卡以保证实时性；EtherMAC主控制器采用完全标准的网卡，选用从节点作为“同步信号源节点”控制系统的时间行为，由FPGA硬件实现，周期定时的抖动误差小于±100ns，降低了主控制器的实时要求，不用实时操作系统在WindowsXP的内核层编程可实现1ms的计算周期；若采用WindowsCE6.0软实时操作系统，可实现更小的计算周期（决定于运算的负荷）。（3）EtherCAT采用分布时钟定时同步模型，要求各站点有高精度的ASCI时钟芯片，且需固定周期对时，或运行IEEE588

6、协议，增加了通讯操作的负荷；EtherMAC17/25采用延时测量补偿，通过每周期发送同步报文以校正系统各站点的时间偏差（jitter），定时精度高，无累积，抖动小于100ns，且无需IEEE1588协议。（4）通讯协议采用低成本的FPGA实现，便于采用SOPC技术与应用系统（伺服驱动器、各类应用接口）融合成一个整体，可根据系统性能要求，软硬结合实现，性能高、成本低；而EtherCAT提供给用户的一般为ASCI的通讯接口，应用系统需外加CPU处理。技术特点：与传统主从控制由主控制器控制系统的时间行为（周期定时）不同，本系统采用标准网卡，又没有采用实时操作系统支持下（实时操作系统实现

7、的周期性同步的抖动，一般为几s到十几s，也无法满足高精度控制要求），不可能由主机端发起同步，本系统提出一种创新性的同步方法。提出了以太网链状网络中通过网络节点间测量和修正网络传输延迟时间，保证网络节点动作同步性的解决方法。市场前景：基于以太网标准网卡实现实时控制的方案具有开放性好、硬件标准化，可靠性高，成本低廉等特点。目前大多的实时以太网方案均采用专用网卡（带CPU）避免操作系统的不确定性影响，以满足实时响应的要求，如Profine