在自動化生產(chǎn)線中，EtherCAT網(wǎng)絡(luò)輕松實現(xiàn)了過去難以同步控制的成百上千個電機，如流水線等。本文將探討如何通過柔性電機驅(qū)動系統(tǒng)，在EtherCAT網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實現(xiàn)對多電機的精確控制。

?脈沖信號傳統(tǒng)的伺服電機采用I/O脈沖信號控制，主站發(fā)一個脈沖，電機走一步。這種驅(qū)動器，引線太多、連接不可靠，而且主站也沒辦法擴展出成百上千組信號出來！
?CAN總線既然I/O脈沖控制接線多、又不能控制太多電機，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總線的時間同步是通過在總線上傳輸時間戳來實現(xiàn)，能保證總線上的全部從節(jié)點統(tǒng)一時間處理數(shù)據(jù)！但CAN總線理論上最多只支持110個從節(jié)點，在實際應(yīng)用中，由于電氣特性的限制，通常不能多于100個節(jié)點。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)百個電機驅(qū)動器的同步要求。但在CAN總線的使用中，CANopen協(xié)議應(yīng)運而生。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是一個開發(fā)的架構(gòu)，基于太網(wǎng)為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。具有以下優(yōu)點：

1. 高速傳輸，使用雙絞線或光線，可以在30uS內(nèi)處理1000個分布式I/O信號，或在100uS內(nèi)處理100個電機軸。
2. 精確同步，具有納秒級別的同步性，協(xié)議棧處理延遲僅需幾納秒。
3. 靈活拓撲，EtherCAT網(wǎng)絡(luò)最多可支持65535個從設(shè)備，且對拓撲的結(jié)構(gòu)沒有限制，線性、樹形、星型等拓撲都支持。

對于通訊協(xié)議，CANopen被直接移植到EtherCAT總線上使用，稱為COE（CANopen over EtherCAT）。對于電機控制，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)點不能多、同步性一般的問題都被迎刃而解。

?柔性電機驅(qū)動系統(tǒng)致遠電子推出柔性電機驅(qū)動系統(tǒng)，能滿足個性化的接口需求。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。電機驅(qū)動、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)級聯(lián)，最多支持255個。

圖3ZMD-E1050ETC步進電機驅(qū)動模塊

• 24V~48V/1.5A的兩相步進電機；
• 1/2/4/8/16/32/64/128/256細分選擇；
• CiA402運動控制協(xié)議，支持CSP/PP/HM/PV模式；
• 3個數(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)百個步進電機驅(qū)動模塊。但是為了提高可靠性和易用性，每個底板通常只安裝10~50個電機模塊或其他功能的模塊；并通過ZPWB-240302電源模塊給EtherCAT部分獨立供電；然后通過ZCPB-80600 EtherCAT耦合器，用網(wǎng)線接通上級和下級的底板；最后形成數(shù)百個的電機驅(qū)動系統(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，如何在柔性電機驅(qū)動系統(tǒng)中發(fā)揮作用。敬請留意。表1電機模組選型表

表2I/O模組選型表