高性?xún)r(jià)比EtherCAT總線伺服控制系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)工業(yè)總線基本介紹

     國(guó)內(nèi)工業(yè)控制總線經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前最常見(jiàn)的是CAN 總線和EtherCAT總線。而一般常見(jiàn)總線芯片無(wú)非是485通訊芯片，CAN通訊芯片，其實(shí)這種高低壓電平方式傳輸?shù)耐ㄓ嵖偩€并不穩(wěn)定，用在工業(yè)產(chǎn)品上不是很適合的。且此通訊總線已經(jīng)在中國(guó)市場(chǎng)流行了幾十年，先入為主，加上入門(mén)技術(shù)門(mén)檻低，因而被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制設(shè)備中，比如PLC，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程IO等等。很多工程師們也熟悉這兩種總線技術(shù)。但是由于硬件性能和軟件協(xié)議的限制，CAN總線更多的是應(yīng)用在通信數(shù)據(jù)量小，實(shí)時(shí)性不高的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)于大數(shù)據(jù)量，低延時(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景，其能力就有點(diǎn)捉襟見(jiàn)肘。

     隨著工業(yè)4.0信息時(shí)代的到來(lái)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用對(duì)于大數(shù)據(jù)量通信和實(shí)時(shí)性有了越來(lái)越高的要求?；诖?，高速工業(yè)以太網(wǎng)總線應(yīng)運(yùn)而生，基于以太網(wǎng)的硬件性能和改進(jìn)的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，可以滿(mǎn)足大部分的高速、大數(shù)據(jù)量和高實(shí)時(shí)性場(chǎng)景。在各種工業(yè)以太網(wǎng)總線中，又以EtherCAT總線在國(guó)內(nèi)尤為流行。其流行主要有以下幾個(gè)原因：

1、EtherCAT協(xié)議是一個(gè)完全開(kāi)放的協(xié)議。任何公司都可以使用它，可以免費(fèi)加入會(huì)員。

2、主站采用標(biāo)準(zhǔn)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，不需要增加和改變現(xiàn)有的硬件。EtherCAT總線協(xié)議只改進(jìn)了數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)協(xié)議中的流動(dòng)方式，完全是一種軟件改動(dòng)。

3、有很多芯片廠商直接集成了EtherCAT從站實(shí)現(xiàn)，這使得EtherCAT從站設(shè)備非常容易實(shí)現(xiàn)。

     然而EtherCAT總線并沒(méi)有像CAN總線那樣更廣泛流行的原因，原因是EtherCAT主站的實(shí)現(xiàn)成本和技術(shù)門(mén)檻太高所致。

華成工控工業(yè)控制主站產(chǎn)品介紹

     華成工控自成立以來(lái)，一直專(zhuān)注于專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研發(fā)，從一開(kāi)始的注塑取出機(jī)械手控制系統(tǒng)到現(xiàn)在的機(jī)器人控制系統(tǒng)等等；在控制執(zhí)行方面，經(jīng)歷了從脈沖，CAN總線，RTEX總線到EtherCAT總線的發(fā)展，一步一個(gè)腳印，可以說(shuō)在工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，積累了很多豐富的經(jīng)驗(yàn)。2015年國(guó)家大力倡導(dǎo)工業(yè)4.0，我們積極響應(yīng)，開(kāi)始著手研發(fā)驅(qū)控一體系統(tǒng)和EtherCAT總線伺服系統(tǒng)。配合自身的EtherCAT總線伺服系統(tǒng)發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)的EtherCAT主站方案，要么使用Beckhoff（倍福）公司的Twincat軟件方案，要么就是使用其它一些外國(guó)公司的軟件授權(quán)方案，價(jià)格都非常高昂。作為一種工業(yè)4.0的關(guān)鍵技術(shù)，始終受制于人，我們無(wú)法接受這一事實(shí)。從那時(shí)候起，我們就下定決心一定要研發(fā)一款適合我們運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使用的EtherCAT主站。

     自主研發(fā)不一定非要另僻蹊徑，我們選擇先站在巨人的肩膀上，快速看清方向。我們的主站系統(tǒng)使用IgH開(kāi)源項(xiàng)目，搭配Linux系統(tǒng)加實(shí)時(shí)補(bǔ)丁的路線。整個(gè)主站系統(tǒng)的初期，其實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性并不能達(dá)到市場(chǎng)主流的EtherCAT主站性能水準(zhǔn)。但是我們同時(shí)也自研了EtherCAT總線伺服，根據(jù)自身運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，定制了專(zhuān)用的通信協(xié)議而并沒(méi)有完全遵循CiA402的伺服控制方式。讓EtherCAT主站可以搭配我們自研的EtherCAT總線伺服同時(shí)落地，應(yīng)用在我們專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，該控制系統(tǒng)的性能和部署的便捷性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越我們之前脈沖型和CAN總線系統(tǒng)，取得了質(zhì)的飛躍，同時(shí)也得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。

     到了特殊的2020年，一場(chǎng)疫情讓制造業(yè)迎來(lái)了改革的春天，工業(yè)自動(dòng)化的需求越來(lái)越迫切。基于此，我們決定把自研的低成本EtherCAT主站方案和EtherCAT總線伺服，突破實(shí)時(shí)性的技術(shù)難點(diǎn)，使其完全遵循CiA402協(xié)議，然后推向市場(chǎng)，讓更多的行業(yè)可以使用上EtherCAT總線帶來(lái)的性能提升和便利。經(jīng)過(guò)這一年努力，終于將主站的實(shí)時(shí)性能接近了主流的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了完美的轉(zhuǎn)變。目前，我們主站系統(tǒng)的主要功能和性能參數(shù)如下：

華成工控EtherCAT總線伺服產(chǎn)品介紹

     ES2A系列產(chǎn)品是華成工控歷時(shí)4年自主研發(fā)的迭代兩代的高性能總線伺服驅(qū)動(dòng)器，是華成工控對(duì)市場(chǎng)不斷鉆研、對(duì)技術(shù)不懈追求的結(jié)晶。ES2A系列產(chǎn)品使用獨(dú)特的單/雙軸模塊化設(shè)計(jì)，客戶(hù)可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用自由選擇電機(jī)功率（50W~2KW/軸），搭配組合成16軸以?xún)?nèi)任意軸數(shù)且總功率不超過(guò)6KW的總線伺服系統(tǒng)，這大幅提高產(chǎn)品性能和易用性。

ES2A系列產(chǎn)品特點(diǎn)

     ?40%體積減少和50%接線工時(shí)減少

     相比傳統(tǒng)單軸伺服，ES2A安裝體積大幅縮減，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(gè)伺服軸的動(dòng)力電源線、輔助電源線、控制線束、制動(dòng)電源線，大幅減輕客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的布線工作，提高電氣盤(pán)柜效率，節(jié)約安裝與維護(hù)成本。

     ?30%能耗降低

     華成工控特有的伺服驅(qū)動(dòng)模塊互聯(lián)專(zhuān)利，輕松實(shí)現(xiàn)多軸擴(kuò)展。通過(guò)共直流母線電氣拓?fù)?，配合控制系統(tǒng)先進(jìn)的能耗管理算法，將制動(dòng)軸產(chǎn)生的回饋電能供給非制動(dòng)軸而不是通過(guò)制動(dòng)電阻以熱能形式消耗掉，極大地提升了電能的利用率。相對(duì)于傳統(tǒng)單體伺服，可降低約30%能耗。

     ?高性能EtherCAT總線通訊方式

     EtherCAT是一種基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、采用分布式時(shí)鐘同步的總線通訊方式，華成工控EtherCAT有如下特點(diǎn)：

     1、傳輸速率達(dá)2×100Mbps，100伺服軸刷新時(shí)間僅為0.1ms；

     2、通信周期最短可達(dá)250us；

     3、通過(guò)分布式時(shí)鐘的精確調(diào)制，同步精度小于1us；

     4、接線更加靈活，以最常用的線型拓?fù)錇槔?，各?jié)點(diǎn)通過(guò)一條網(wǎng)線串接起來(lái)，節(jié)點(diǎn)地址可自動(dòng)分配且不受新加入節(jié)點(diǎn)影響可保持；

     5、支持CiA402標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；

     ?高響應(yīng)帶寬

     電流環(huán)帶寬最高達(dá)3.2KHz，速度環(huán)帶寬最高達(dá)2KHz，專(zhuān)門(mén)面向高速度與高精度的運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)景，極大縮短系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，提高設(shè)備效率。