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确定性,是被一项项指标
实测出来的

控制周期、同步精度、采样率——我们把这些数字写进方案,也在交付时用实测把它们兑现。

1 ms
EtherCAT 控制周期(常态)
< 1 µs
多采集模块间同步精度
CiA402
驱动控制协议标准
100 %
新项目国产化平台优先
01 — Motion Control

EtherCAT 实时运动控制

自研主站软件支持两套开源主站栈:跨平台场景基于 Qt + SOEM 构建; 面向国产化 Linux 平台则采用 IgH EtherCAT Master,配合实时内核补丁运行。 两者均承担从站扫描、PDO 映射配置、状态机管理与周期过程数据收发, 常态控制周期 1 ms,可按项目需要收紧或放宽。

驱动侧遵循 CiA402 行规,通过对象字典完成控制字/状态字交互与模式切换, 支持 CSP(循环同步位置)、CSV(循环同步速度)、CST(循环同步扭矩)与 HM(回零)模式。

  • 伺服使能 / 故障复位 / 状态字实时解析(6040h / 6041h 等标准对象)
  • 速度 / 扭矩 / 位置模式在线切换,切换过程无冲击
  • 实际位置 / 速度 / 电流实时反馈,支持示波器式波形抓取
  • 适配国产主流 EtherCAT 伺服:汇川 SV660N 系列、信捷 DS5C1 系列等
CONTROL STACK
应用层
Qt 人机界面 · 试验流程 · 数据记录
控制层
周期任务调度 · CiA402 状态机 · 模式管理
总线层
SOEM / IgH 主站 · CoE · DC 同步 · PDO/SDO
硬件层
独立网卡(硬件时间戳优先)· 国产 CPU / 银河麒麟
从站
国产伺服 + 自研 EtherCAT IO 模块
02 — Synchronized Acquisition

多通道同步采集

PXIe 与 EtherCAT 两条总线并行:分别面向集中式高采样采集与分布式实时控制,按项目约束选型或组合使用:

PXIe 背板同步(集中式高采样采集)

基于 DAQmx 驱动与 PXIe 背板时钟/触发总线实现多卡同步采集,适合极高采样率的集中式采集场景,含实时显示与流式存储。

EtherCAT DC 同步(分布式实时控制)

利用 EtherCAT 分布式时钟为各从站模块建立统一时间基准,使多个采集模块之间、以及采集与控制输出之间保持确定性对齐。

验收口径:多个 AI 采集模块相互之间同步优于 1 µs;AI 与 DIO、AO 之间共享同一同步基准。 这是写进合同的指标,不是宣传语。

SYNC TARGET
AI ↔ AI(模块间)< 1 µs
AI ↔ DIO同一 DC 基准
AI ↔ AO同一 DC 基准
控制周期抖动1 ms 级确定性

※ 指标为设计目标,按具体配置实测确认。

03 — In-house Slave

自研 EtherCAT 从站模块

按功能独立拆分的模块矩阵,每模块一套「ESC + MCU + 功能电路」,统一支持分布式时钟。

硬件架构

从站侧采用 EtherCAT 从站控制器(ESC)+ STM32F 系列 MCU 的组合:ESC 承担总线链路与 DC 时基, MCU 承担功能电路控制与数据处理。数字量类模块可直接工作在 ESC 的数字 IO 模式,结构最简。

  • 内置 PHY,网络侧仅需变压器 + RJ45,双口菊花链级联
  • EEPROM 保存从站身份与 IO 方向配置,上电自举
  • 等高不等宽模块外壳,导轨安装,现场扩展便捷

软件与协议

模块按标准 EtherCAT 从站实现,提供 ESI 描述文件,可被主流主站(SOEM、IgH、TwinCAT 等)直接识别与配置。

  • CoE(CANopen over EtherCAT)对象字典
  • DC 同步,采集数据打时标
  • 与主站软件同源调试,问题定位链路短
04 — Localization

国产化平台适配

研究所客户的国产化要求(国产 CPU + 银河麒麟操作系统)直接决定了技术选型的边界: 依赖专有硬件与 Windows 驱动栈的平台不再可行。我们把整套软件栈迁移到开源可控的技术路线上。

实时性方面,主站允许挂载成熟的独立网卡,优先选择具备硬件时间戳能力的型号, 不必迁就国产 CPU 板载网卡的能力限制——这条自由度是整个迁移能成立的关键前提之一。

从站侧器件选型以供应稳定为先,主控采用 STM32F 系列,可选用成熟方案,不强行追求全链路国产器件而牺牲可靠性。

操作系统

银河麒麟桌面/服务器版适配与实时性调优

处理器

国产 CPU 平台编译与运行验证

网络

独立网卡选型,硬件时间戳优先

软件栈

Qt 跨平台 UI + 开源主站栈

05 — Software

上位机软件能力

一套软件同时承担流程控制、实时监控、数据记录与报表输出。

📊

实时监视

多通道曲线实时绘制、数值面板、报警阈值与联锁动作提示,支持长时间连续运行。

💾

数据记录

高速流式存储,支持按试验批次归档、事后回放与数据导出(CSV / TDMS 等)。

📋

流程与报表

试验流程编排、加载谱编辑、自动生成试验报表,减少人工记录与转录差错。

Specifications

关键技术指标

项目指标说明
EtherCAT 控制周期1 ms(常态)可按项目要求调整
多模块同步精度< 1 µsAI 模块相互之间,DC 同步
跨类型同步共享 DC 基准AI / DIO / AO 对齐
驱动协议CiA402 / CoECSP / CSV / CST / HM
适配伺服国产 EtherCAT 伺服汇川 SV660N 系列、信捷 DS5C1 系列等
主站栈 · 跨平台SOEMQt 上位机,Windows / Linux 通用
主站栈 · Linux 实时IgH EtherCAT Master银河麒麟 + RT-PREEMPT / Xenomai 实时扩展
运行平台银河麒麟 / 国产 CPUWindows 平台亦可交付
存量采集PXIe 多卡同步DAQmx 驱动,背板同步

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