1794-OW8 罗克韦尔 继电器 模块 安全性能好

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摘要

工业4.0为远距离实现边缘智能带来了曙光，而10BASE-T1L以太网的数据线供电(PoDL)功能、高数据传输速率以及与以太网协议兼容也为未来发展铺平了道路。本文介绍如何在自动化和工业场景中集成新的10BASE-T1L以太网物理层标准，将控制器和用户界面与端点（例如多个传感器和执行器）连接起来，所有器件均使用标准以太网接口进行双向通信。

简介

10BASE-T1L是针对工业连接的物理层标准。它使用标准双绞线电缆，数据速率高达10 Mbps，电力传输距离长达1000米。低延迟和PoDL功能有助于实现对传感器或执行器等器件的远程控制。本文介绍如何实现一个能够同步控制两个或更多步进电机的远程主机系统，借此展示远距离实时通信的能力。

系统概述

图1是系统级应用的示意图。在主机端，由ADIN1100和ADIN1200以太网PHY负责管理标准链路和10BASE-T1L链路之间的转换，而在远程端，控制器通过ADIN1110以太网MAC-PHY与链路接口，只需要一个SPI外设来交换数据和命令。准确的同步运动控制利用ADI Trinamic™ TMC5160步进电机控制器和驱动器来实现，这些器件可生成六点斜坡用于定位，而无需在控制器上进行任何计算。选择这些元器件还能降低对微控制器所用外设、计算能力和代码大小的要求，从而支持使用更广泛的商用产品。此外，在不超过预定功耗限制的情况下，整个远程子系统可以直接由数据线供电；因此，只有媒介转换器板需要提供本地电源。

图1.系统概览。

系统硬件

该系统由四个不同的板组成：

EVAL-ADIN1100板具有ADIN1200 10BASE-T/100BASE-T PHY，与ADIN1100 10BASE-T1L PHY搭配使用，可以将消息从一种物理标准转换为另一种物理标准。它可以针对不同的工作模式进行配置。本项目使用标准模式15（媒介转换器）。EVAL-ADIN1100板还集成了微控制器，用于执行媒介转换所需的基本配置和读取诊断信息。但是，它不能与发送和接收的消息交互；该板对通信完全透明。

EVAL-ADIN1110是远程器件控制器的核心。ADIN1110 10BASE-T1L MAC-PHY通过10BASE-T1L链路接收数据，并通过SPI接口将数据传输到板载Cortex®-M4微控制器进行处理。该板还提供与Arduino Uno兼容的接头，可利用这些接头安装扩展板以添加更多功能。

TMC5160扩展板是一款基于Arduino扩展板外形尺寸定制的开发板。单个扩展板多支持两个TMC5160 SilentStepStick板，多个扩展板可以堆叠在一起以增加可控电机的大数量。所有驱动器共享相同的SPI时钟和数据信号，但片选线保持独立。这种配置支持两种通信模式：如果片选线各自置为有效，则微控制器可以与单个控制器通信——例如配置运动参数。相反，如果同时将多条片选线置为有效，则所有选定的驱动器同时接收相同的命令。后一种模式主要用于运动同步。该板还为StepStick提供了一些额外的输入电容，以降低电机启动时的电流峰值，并使正常工作期间的电流曲线更加平滑。它允许使用PoDL为多配有两个NEMA17电机的整个系统供电（默认设置下，24 V时的大传输功率为12 W）。该板还支持使用螺丝端子来简化与步进电机的连接，使控制器的相位输出更容易访问。

两个EVAL-ADIN11X0EBZ板用于向系统添加PoDL功能，其中一个板用于媒介转换器，另一个用于EVAL-ADIN1110EBZ。该板是一个插件模块，可以安装在评估板的MDI原型接头上，并且可以配置为通过数据线提供和接收电力。

图2.装配好的EVAL-ADIN1110、EVAL-ADIN11X0EBZ和TMC5160扩展板。

软件

软件代码可供下载：利用10Base-T1L以太网进行远程运动控制 - 代码。

为了保持代码的轻量化并有效减少通信开销，没有在数据链路层之上实现标准通信协议。所有消息都是通过预定义固定格式的以太网帧的有效载荷字段进行交换。数据被组织成46字节的数据段，一个数据段由2字节的固定报头和44字节的数据字段组成。报头包括：一个8位器件类型字段，用于确定如何处理接收的数据；以及一个8位器件ID字段，如果存在多个相同类型的器件，可以通过ID来选择单个物理器件。

图3.通信协议格式。

主机接口采用Python编写，以确保与Windows和Linux主机兼容。以太网通信通过Scapy模块进行管理，该模块允许在堆栈的每一层（包括以太网数据链路）创建、发送、接收和操作数据包。协议中定义的每种器件都有一个相应的类，其中包括用于存储要交换的数据的属性，以及一组可用于修改这些属性而不必直接编辑变量的方法。例如，若要在运动控制器的速度模式下更改运动方向，可以使用已定义的方法“setDirectionCW()”和“setDirectionCCW()”，而不必手动为方向标志赋值0或1。每个类还包括一个“packSegment()”方法，该方法根据所考虑的设备器件的预定义格式，以字节数组的形式打包并返回与受控器件对应的数据段。

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