高性價比EtherCAT總線伺服控製係統

國內(nei) 工業(ye) 總線基本介紹

     國內(nei) 工業(ye) 控製總線經過多年的發展，目前最常見的是CAN 總線和EtherCAT總線。而一般常見總線芯片無非是485通訊芯片，CAN通訊芯片，其實這種高低壓電平方式傳(chuan) 輸的通訊總線並不穩定，用在工業(ye) 產(chan) 品上不是很適合的。且此通訊總線已經在中國市場流行了幾十年，先入為(wei) 主，加上入門技術門檻低，因而被廣泛應用於(yu) 各種工業(ye) 控製設備中，比如PLC，運動控製係統，遠程IO等等。很多工程師們(men) 也熟悉這兩(liang) 種總線技術。但是由於(yu) 硬件性能和軟件協議的限製，CAN總線更多的是應用在通信數據量小，實時性不高的應用場景，對於(yu) 大數據量，低延時的應用場景，其能力就有點捉襟見肘。

     隨著工業(ye) 4.0信息時代的到來，工業(ye) 現場應用對於(yu) 大數據量通信和實時性有了越來越高的要求。基於(yu) 此，高速工業(ye) 以太網總線應運而生，基於(yu) 以太網的硬件性能和改進的數據交換協議，可以滿足大部分的高速、大數據量和高實時性場景。在各種工業(ye) 以太網總線中，又以EtherCAT總線在國內(nei) 尤為(wei) 流行。其流行主要有以下幾個(ge) 原因：

1、EtherCAT協議是一個(ge) 完全開放的協議。任何公司都可以使用它，可以免費加入會(hui) 員。

2、主站采用標準的物理層和數據鏈路層，不需要增加和改變現有的硬件。EtherCAT總線協議隻改進了數據在以太網協議中的流動方式，完全是一種軟件改動。

3、有很多芯片廠商直接集成了EtherCAT從(cong) 站實現，這使得EtherCAT從(cong) 站設備非常容易實現。

     然而EtherCAT總線並沒有像CAN總線那樣更廣泛流行的原因，原因是EtherCAT主站的實現成本和技術門檻太高所致。

yl34511线路中心工控工業(ye) 控製主站產(chan) 品介紹

     yl34511线路中心工控自成立以來，一直專(zhuan) 注於(yu) 專(zhuan) 用運動控製係統的研發，從(cong) 一開始的注塑取出機械手控製係統到現在的機器人控製係統等等；在控製執行方麵，經曆了從(cong) 脈衝(chong) ，CAN總線，RTEX總線到EtherCAT總線的發展，一步一個(ge) 腳印，可以說在工業(ye) 運動控製領域，積累了很多豐(feng) 富的經驗。2015年國家大力倡導工業(ye) 4.0，我們(men) 積極響應，開始著手研發驅控一體(ti) 係統和EtherCAT總線伺服係統。配合自身的EtherCAT總線伺服係統發展，我們(men) 發現市場上實現的EtherCAT主站方案，要麽(me) 使用Beckhoff（倍福）公司的Twincat軟件方案，要麽(me) 就是使用其它一些外國公司的軟件授權方案，價(jia) 格都非常高昂。作為(wei) 一種工業(ye) 4.0的關(guan) 鍵技術，始終受製於(yu) 人，我們(men) 無法接受這一事實。從(cong) 那時候起，我們(men) 就下定決(jue) 心一定要研發一款適合我們(men) 運動控製係統使用的EtherCAT主站。

     自主研發不一定非要另僻蹊徑，我們(men) 選擇先站在巨人的肩膀上，快速看清方向。我們(men) 的主站係統使用IgH開源項目，搭配Linux係統加實時補丁的路線。整個(ge) 主站係統的初期，其實時性和穩定性並不能達到市場主流的EtherCAT主站性能水準。但是我們(men) 同時也自研了EtherCAT總線伺服，根據自身運動控製係統的要求，定製了專(zhuan) 用的通信協議而並沒有完全遵循CiA402的伺服控製方式。讓EtherCAT主站可以搭配我們(men) 自研的EtherCAT總線伺服同時落地，應用在我們(men) 專(zhuan) 用的運動控製係統中，該控製係統的性能和部署的便捷性都遠遠超越我們(men) 之前脈衝(chong) 型和CAN總線係統，取得了質的飛躍，同時也得到了市場的廣泛認可。

     到了特殊的2020年，一場疫情讓製造業(ye) 迎來了改革的春天，工業(ye) 自動化的需求越來越迫切。基於(yu) 此，我們(men) 決(jue) 定把自研的低成本EtherCAT主站方案和EtherCAT總線伺服，突破實時性的技術難點，使其完全遵循CiA402協議，然後推向市場，讓更多的行業(ye) 可以使用上EtherCAT總線帶來的性能提升和便利。經過這一年努力，終於(yu) 將主站的實時性能接近了主流的標準，實現了完美的轉變。目前，我們(men) 主站係統的主要功能和性能參數如下：

yl34511线路中心工控EtherCAT總線伺服產(chan) 品介紹

     ES2A係列產(chan) 品是yl34511线路中心工控曆時4年自主研發的迭代兩(liang) 代的高性能總線伺服驅動器，是yl34511线路中心工控對市場不斷鑽研、對技術不懈追求的結晶。ES2A係列產(chan) 品使用獨特的單/雙軸模塊化設計，客戶可根據實際應用自由選擇電機功率（50W~2KW/軸），搭配組合成16軸以內(nei) 任意軸數且總功率不超過6KW的總線伺服係統，這大幅提高產(chan) 品性能和易用性。

ES2A係列產(chan) 品特點

     ✔40%體(ti) 積減少和50%接線工時減少

     相比傳(chuan) 統單軸伺服，ES2A安裝體(ti) 積大幅縮減，其中4軸縮減約40%， 6軸縮減約50%，8軸縮減約60%，10軸縮減約70%；采用集中式電源模塊管理的多軸模塊化伺服，省去每個(ge) 伺服軸的動力電源線、輔助電源線、控製線束、製動電源線，大幅減輕客戶現場的布線工作，提高電氣盤櫃效率，節約安裝與(yu) 維護成本。

     ✔30%能耗降低

     yl34511线路中心工控特有的伺服驅動模塊互聯專(zhuan) 利，輕鬆實現多軸擴展。通過共直流母線電氣拓撲，配合控製係統先進的能耗管理算法，將製動軸產(chan) 生的回饋電能供給非製動軸而不是通過製動電阻以熱能形式消耗掉，極大地提升了電能的利用率。相對於(yu) 傳(chuan) 統單體(ti) 伺服，可降低約30%能耗。

     ✔高性能EtherCAT總線通訊方式

     EtherCAT是一種基於(yu) 工業(ye) 以太網技術、采用分布式時鍾同步的總線通訊方式，yl34511线路中心工控EtherCAT有如下特點：

     1、傳(chuan) 輸速率達2×100Mbps，100伺服軸刷新時間僅(jin) 為(wei) 0.1ms；

     2、通信周期最短可達250us；

     3、通過分布式時鍾的精確調製，同步精度小於(yu) 1us；

     4、接線更加靈活，以最常用的線型拓撲為(wei) 例，各節點通過一條網線串接起來，節點地址可自動分配且不受新加入節點影響可保持；

     5、支持CiA402標準協議；

     ✔高響應帶寬

     電流環帶寬最高達3.2KHz，速度環帶寬最高達2KHz，專(zhuan) 門麵向高速度與(yu) 高精度的運動控製場景，極大縮短係統響應時間，提高設備效率。