在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，EtherCAT網(wǎng)絡(luò)輕松實(shí)現(xiàn)了過去難以同步控制的成百上千個(gè)電機(jī)，如流水線等。本文將探討如何通過柔性電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在EtherCAT網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)多電機(jī)的精確控制。

?脈沖信號(hào)傳統(tǒng)的伺服電機(jī)采用I/O脈沖信號(hào)控制，主站發(fā)一個(gè)脈沖，電機(jī)走一步。這種驅(qū)動(dòng)器，引線太多、連接不可靠，而且主站也沒辦法擴(kuò)展出成百上千組信號(hào)出來！
?CAN總線既然I/O脈沖控制接線多、又不能控制太多電機(jī)，那能否使用總線統(tǒng)一控制？答案是可以！首先流行起來是CAN總線。CAN總線的時(shí)間同步是通過在總線上傳輸時(shí)間戳來實(shí)現(xiàn)，能保證總線上的全部從節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一時(shí)間處理數(shù)據(jù)！但CAN總線理論上最多只支持110個(gè)從節(jié)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，由于電氣特性的限制，通常不能多于100個(gè)節(jié)點(diǎn)。而且數(shù)據(jù)傳輸速度也不高，常用的CAN2.0A在超高速模式下才1Mbps。這些也導(dǎo)致滿足不了數(shù)百個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的同步要求。但在CAN總線的使用中，CANopen協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。CANopen中最重要的通訊協(xié)議棧是DS301，而DS402是在DS301基礎(chǔ)之上拓展出的伺服類控制協(xié)議。DS402把一個(gè)伺服控制系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能都定義好了，廠家和使用者按照協(xié)議即可開發(fā)和使用符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。正是有了DS402協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，為后面的EtherCAT總線鋪平了伺服控制的道路。
?EtherCAT總線EtherCAT是一個(gè)開發(fā)的架構(gòu)，基于太網(wǎng)為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1. 高速傳輸，使用雙絞線或光線，可以在30uS內(nèi)處理1000個(gè)分布式I/O信號(hào)，或在100uS內(nèi)處理100個(gè)電機(jī)軸。
2. 精確同步，具有納秒級(jí)別的同步性，協(xié)議棧處理延遲僅需幾納秒。
3. 靈活拓?fù)?/strong>，EtherCAT網(wǎng)絡(luò)最多可支持65535個(gè)從設(shè)備，且對(duì)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)沒有限制，線性、樹形、星型等拓?fù)涠贾С帧?/li>

對(duì)于通訊協(xié)議，CANopen被直接移植到EtherCAT總線上使用，稱為COE（CANopen over EtherCAT）。對(duì)于電機(jī)控制，CANopen下的DS402協(xié)議被順理成章地使用。在CAN總線上數(shù)據(jù)傳輸速度不高、節(jié)點(diǎn)不能多、同步性一般的問題都被迎刃而解。

?柔性電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)致遠(yuǎn)電子推出柔性電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能滿足個(gè)性化的接口需求。該系統(tǒng)采用EtherCAT為網(wǎng)絡(luò)，從站模塊面積59mm*50mm，采用40腳標(biāo)準(zhǔn)排針接口。電機(jī)驅(qū)動(dòng)、I/O、模擬采集、電源、耦合器等多種模塊選擇。用戶按需制作分線底板即可，從站板插在底板上通過EtherCAT網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，最多支持255個(gè)。

圖3ZMD-E1050ETC步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

• 24V~48V/1.5A的兩相步進(jìn)電機(jī)；
• 1/2/4/8/16/32/64/128/256細(xì)分選擇；
• CiA402運(yùn)動(dòng)控制協(xié)議，支持CSP/PP/HM/PV模式；
• 3個(gè)數(shù)字輸入，1組ABZ正交編碼輸入；
• 開環(huán)或編碼器閉環(huán)控制可選。

理論上只要底板做得足夠大，就可以串接數(shù)百個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。但是為了提高可靠性和易用性，每個(gè)底板通常只安裝10~50個(gè)電機(jī)模塊或其他功能的模塊；并通過ZPWB-240302電源模塊給EtherCAT部分獨(dú)立供電；然后通過ZCPB-80600 EtherCAT耦合器，用網(wǎng)線接通上級(jí)和下級(jí)的底板；最后形成數(shù)百個(gè)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

圖4

后面的專題，我們將剖析DS402協(xié)議中的兩種位置控制模式CSP和PP，如何在柔性電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中發(fā)揮作用。敬請(qǐng)留意。表1電機(jī)模組選型表

表2I/O模組選型表