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EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

1 文档说明 本文档旨在为 EtherCAT 用户提供一些诊断方法.

本文档包含了使用 EtherCAT 网络时基本诊断功能的描述和典型的错 误场景. 本文档适用于最终用户、工厂、机器制造商和系统集成商. EtherCAT 诊断的更多信息 C 包含更多细节的错误场景 C 可能对 EtherCAT 主从站供应商更有帮助,请参考 针对研发人员的 EtherCAT 诊断 . 有任何意见和建议请联系 [email protected] EtherCAT 技术协会中国代表处 中国,北京 ? EtherCAT Technology Group June

2017 诊断特点概览 EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

3 EtherCAT 功能特点 在EtherCAT 网络中,信息都通过 Ethernet 报文来交互,每个以太网帧都包 含一个或更多的子报文. 无论何种拓扑结构(线型、菊花链型、星型),帧都由主站发出,经过所有 从站最后返回主站,完成 逻辑环 . 由以太网帧携带的数据被从站 on the fly 进行处理. ? EtherCAT Technology Group June

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4 网络错误类型 ? EtherCAT Technology Group June

2017 能影响 EtherCAT(不同于其他现场总线)网络的错误可分为两类: 1. 硬件错误 a. 物理介质中断或者网络拓扑发生了预期外的改变,数据帧并未到达 所有的网络从站或者未返回主站(例如线缆损坏、接口松动、从站 在运行过程中重启等). b. 数据帧到达了所有从站,但是正确的位序遭到了破坏 (例如EMC干扰、错误的设备等).. 2. 软件错误 a. 初始化阶段,主站发出的参数是错误的或者不符合预期的从站类型 或拓扑 (例如错误的过程数据长度/配置,不支持的周期时间等). b. 正常工作的从站在运行期间检测到了错误(例如同步丢帧、看门狗 超时等). EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

5 EtherCAT 诊断信息概览 ? EtherCAT Technology Group June

2017 EtherCAT 在软硬件层面均提供了广泛的诊断信息.基于简单化的原则,诊 断信息可以在以下

图表中被归类: 周期性诊断 ? 丢帧计数器 ? 工作计数器 硬件诊断 ? 链路/运行的LED ? 链路丢失计数器 ? 非法帧计数器 软件诊断 ? 运行/错误 LED ? 应用层状态码 ? 诊断历史对象 硬件 软件 周期 非周期 周期性诊断 EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

7 工作计数器 ? EtherCAT Technology Group June

2017 EtherCAT 数据帧的每个子报文都以一个16位的工作计数器(WKC)结尾, 子报文寻址到各个从站从而增加计数器值.假如子报文返回主站时携带了非 法的(与预期值不等)WKC,则该子报文的输入数据都会被主站丢弃. 主站设备可以通过网络过程镜像中的部分周期性变 量,选择性地通知控制程序(PLC、NC…)有关工 作计数器的状态(至少是携带周期性过程数据的计 数器). EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

8 工作计数器 C 案例1 ? EtherCAT Technology Group June

2017 所有被寻址到的从站(下图为数字量输入模块)都成功处理了子报文. 返回主站的 WKC 值= 预期值 → WKC 合法 ? 子报文中的输入数据由主站发往控制应用(PLC、NC….) EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

9 工作计数器 C 案例2 ? EtherCAT Technology Group June

2017 一个被寻址到的从站(下图为数字量输入模块)处理对应子报文的时候失 败了. 返回主站的 WKC 值≠预期值 → WKC 非法 ? 子报文的输入数据被主站丢弃 (PLC、NC 使用的是旧数据) EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

10 工作计数器总结 ? EtherCAT Technology Group June

2017 工作计数器与对应的子报文同时由主站接收,并在收到非法或不一致数据 时迅速做出反应. 工作计数器相关的信息是一个数字量( 工作计数器正确 或 工作计数器非 法 ),并不能区分产生错误的原因.非法的工作计数器可能是由于几种不 同情况导致的: - 一个或一个以上的从站物理上从网络中断开,或者没被数据帧寻址到 - 一个或一个以上的从站被重启 - 一个或一个以上从站不处于 OP 状态机 无论何时发生工作计数器错误,问题都需要由硬件诊断和软件诊断功能进 行更深入的检查. EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

11 同步单元 ? EtherCAT Technology Group June

2017 主站能够选择性地将部分从站的子集分配到不同的同步单元.分属不同同步单 元的从站由不同的子报文来进行操作,这使得不同单元使用相互独立的工作计 数器诊断. - (默认的)同步单元:假如一个驱动器在增加工作计数器的时候失败了, 主站收到的三台驱动器的输入数据都会被丢弃. - 独立的同步单元:假如一个驱动器在增加工作计数器的时候失败了,只有 这一台从站的输入数据会被丢弃. 硬件诊断 EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

13 硬件诊断 ? EtherCAT Technology Group June

2017 从站设备的标准存储地址中可以在硬件层面提供基本的错误计数器诊断信息. 这些存储空间可以被主站寻址到并提供给控制应用(比如设定一些变量,或PLC 程序功能块). EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

14 主站丢帧计数器 ? EtherCAT Technology Group June

2017 数据帧被主站认为 丢失 的情况有以下两种:(a)数据帧没返回主站;

(b)数据帧传输过程中发生畸变导致其中信息无意义. 主站检查数据帧的对应位置,可以监视到这两种情况,并通过丢帧计数器 将结果传递给用户. 在EtherCAT中,主站丢帧计数器可以被认为是硬件通讯层面出问题的第一 个指示器位:当这个计数器值增长,主站需要读取从站设备的硬件错误计 数器来进行更深层的调查. EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

15 硬件错误计数器 ? EtherCAT Technology Group June

2017 ? 链路丢失计数器 (可选): 硬件链路中断时计数值增加 Register Length Meaning 0x0310

1 byte Link Lost Counter port

0 0x0311

1 byte Link Lost Counter port

1 0x0312

1 byte Link Lost Counter port

2 0x0313

1 byte Link Lost Counter port

3 ? 非法帧计数器 (必选): 信号错误时计数值增加 Register Length Meaning 0x0300

1 byte CRC Error Counter port

0 Invalid Frame Counter port

0 0x0301

1 byte RX Error Counter port

0 0x0302

1 byte CRC Error Counter port

1 Invalid Frame Counter port

1 0x0303

1 byte RX Error Counter port

1 0x0304

1 byte CRC Error Counter port

2 Invalid Frame Counter port

2 0x0305

1 byte RX Error Counter port

2 0x0306

1 byte CRC Error Counter port

3 Invalid Frame Counter port

3 0x0307

1 byte RX Error Counter port

3 EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

16 链路/运行 灯?EtherCAT Technology Group June

2017 EtherCAT 从站设备强制要求每个可插拔的端口都支持链路/运行 灯. 检查链路丢失计数器之前(或者对一些不支持链路丢失计数器的从站),观 察链路/运行灯可以轻易得到是否存在永久性的链路中断问题:此种情况下 LED 会一直处于灭的状态. No Link! EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

17 链路丢失计数器 ? EtherCAT Technology Group June

2017 链路丢失计数器值的增加反映了硬件通讯通道的中断 C 在此链路中的数据帧 没被发送到相邻设备: 大部分链路丢失的原因如下: ? 临时或者永久性的设备断电,或者设备重启 ? 线缆、接头损坏或者接口质量较差 ? EMC 干扰 +1 Link Lost Counter: EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

18 硬件编码信息 ? EtherCAT Technology Group June

2017 为了在物理介质上传输数据帧,字位需要被编码(发送端)和解码(接收端 )成特定电流/电平的 符号 . 编码结果是独立于链路状态的: ? 硬件编码定义了合法与不合法两种符号. ? 在物理介质中传输时,符号可以存在数据帧内部或者外部(为开启接收 端链路丢失检测机制). EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

19 非法帧计数器 ? EtherCAT Technology Group June

2017 非法帧计数器数值的改变指示接收到的硬件信号发生错误,所有该帧携带的 数据会被丢弃: 导致信号发生畸变的主要原因: ? 外部 EMC 干扰(通常计数器不定时增长) ? 设备或者接口损坏 (通常伴随高速与系统性的计数器值增长) +1 Invalid Frame Counter: EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

20 RX 与CRC 错误 ? EtherCAT Technology Group June

2017 非法的错误计数器反映了以下信息: ? RX 错误 (由RX 错误计数器计数): ? 对应个别无效符号 ? 在数据帧内外都有可能发生(当发生在数据帧内时,也经常伴随 CRC 错误) ? CRC 错误(由CRC 错误计数器计数): ? 对应数据帧总的位序列错误 ? 只可能在帧内发生 两种错误类型之间的差异可以用文字比较加以解释: EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

21 CRC 错误检测 ? EtherCAT Technology Group June

2017 当数据帧由外部到达从站端口时,端口会检查其 CRC 错误(若发生错误则 增加 CRC 错误计数器). EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

22 RX 与CRC 错误信息 ? EtherCAT Technology Group June

2017 以下是硬件错误的补充信息: ? RX 错误 (或者部分 CRC 错误) 在设备上电时,或者相邻设备断电时, 能立即被本设备检查到.只有在运行操作期间发生的错误才应该被认为 存在实际的或潜在的问题,并被持续监视. ? 没有任何一种通讯接口是完全无错的.典型的通讯接口容忍的位错误率 为10-12 (一万亿位传输数据发生一位错误),这意味着即便没有恶劣的环 境,硬件错误计数器的值也会发生零星的改变 (经过数天或数周的持续 运行).只有数量巨大或者经常发生的硬件错误(数秒或数分钟内)应该 被认为存在实际或潜在的问题. ? 对于发生在数据帧外部的错误,当在运行期间发生时,也可以被认为是 硬件错误的信号.但是,主要应注意 CRC 错误,因为它们代表了帧内 容与其本身携带的信息出错了.CRC 错误计数器阐释如下: EtherCAT 诊断 ? 诊断特性 概览 ? 周期性同步 诊断 ? 硬件诊断 ? 软件诊断 ? 诊断流程 案例

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