1、 2022/7/11 1EtherCAT總線在運動控制系統中的應用 2022/7/11 2全球40多個驅動產品制造商發(fā)布了具有EtherCAT接口的驅動器全球850個EtherCAT會員單位AMK BECKHOFF CTDanaher KEB LTI（LUST）SEW Stober鮑米勒力士樂倫茨百格拉正頻 2022/7/11 3系統結構圖I/OIPC伺服驅動EterhCAT總線 2022/7/11 4EtherCAT是什么？ 超高速工業(yè)以太網超高速工業(yè)以太網 2022/7/11 5傳輸速率: 2 x 100 Mbaud （全雙工）“火車” (以太網幀) 不停地飛速行使100 伺服軸(每個8

2、Byte IN+OUT) ：100 s = 0.1 ms分布于100 節(jié)點的1000 開關量I/O ：30 s = 0.03 ms 200 模擬量I/O (16 bit) ：50 s, 20 kHz 采樣頻率EtherCAT 性能表現 2022/7/11 6Slave DeviceEtherCAT Slave ControllerSlave DeviceEtherCAT Slave Controller運行原理：飛速傳輸的以太網協議在幀的傳輸過程中過程數據被提取或插入每個從站對過程數據的大小幾乎無限制（1 Bit60 Kbyte,如果需要則使用幾個以太網幀傳輸）每一個循環(huán)中幀的報文數據構成可以

3、不同。如：超短循環(huán)時間用于軸數據，稍長循環(huán)用于I/O刷新并支持異步的、事件觸發(fā)的通信 2022/7/11 7EterhCAT協議架構logical Process image: up to 4 GByte0232Telegram structureEthernet HDRHDR 1PLC DataHDR 2NC Data HDR nData nCRCPLC DataData nNC DataSub-Telegram 1Sub-Telegram 2Sub-Telegram nDVIIPC. 2022/7/11 8MSSSSSSSStEtherCAT 分布式時鐘 ( 1 s同步精度）各個驅動器之間

4、以及驅動和I/O之間精準同步( 1 s!) 通過分布時鐘的精確校準實現DVIIPC.伺服驅動EtherCAT總線I/O誤差1 s 2022/7/11 9Bus CycleBus CycleBus CycleBus CycleBus CycleBus CycleBus CycleTmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OEtherCAT從系統上突破了傳統總線傳統的總線數據傳輸-需要經過3次接力數據才能到達程序PLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskIInp

5、utOutput最大輸入讀取時間：= I/O內部總線傳輸時間+現場總線傳輸時間+CPU傳輸到內存時間 2022/7/11 10TmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/O總線直達I/O，不再需要I/O內部總線到現場總線的接力.DMA直接將總線傳上來的數據復制到內存，不再經過CPU.PLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskI不再需要I/O內部總線不再需要特殊的主站接口Bus CycleBus CycleBus CycleBus CycleBus CycleB

6、us CycleBus CycleEtherCAT：采用一網到底的結構 2022/7/11 11PLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskIEtherCAT：采用一網到底的結構 EtherCAT系統結構 2022/7/11 12PLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskOIPLC TaskITDMA (NIC)TEtherCAT CycleTDMA (time for Data transfer from/to Ethernet Controller per Direct Memory Access): n

7、egligibleEtherCAT：采用一網到底的結構EtherCAT系統結構 2022/7/11 13靈活的拓補結構I/OIPC伺服驅動EterhCAT總線 2022/7/11 14冗余功能: 防止網絡斷線Slave M-1RXTXRXTXSlave 1RXTXRXTXSlave NRXTXRXTXSlave M+1RXTXRXTXJJJJ.MasterMAC 1MAC 2RXTXRXTXTX UnitTXRX UnitRX只需要兩個以太網口，無需其他特殊硬件 2022/7/11 15在EtherCAT 上層的運動控制協議對于設備的控制EtherCAT采用經過大量實踐檢驗的現有協議CANop

8、en over EtherCAT: I/O, 驅動, 閥導，等.SERCOS over EtherCAT: 用于伺服驅動CANopenDevice Device Device DeviceProfile Profile Profile Profile A B C XOSI Layer 7: EtherCAT Spec Communication Profile“OSI Layer 2: EtherCAT Data Link LayerOSI Layer 1: Ethernet Physical Layer (IEEE 802-3)Bus-Line? 2022/7/11 16不再需要專門的運動控

9、制單元成本更低、無軸數限制。超快的數據傳輸可以讓位置環(huán)周期控制在微妙級多軸精確同步，驅動和I/O之間精確同步1 s靈活的拓補結構出色的調試診斷性能網絡線路冗余熟悉的設備控制協議CANopen Sercos容易學習多主站之間實時數據交換EtherCAT不僅是驅動器外部總線還是驅動器內部總線多個驅動器制造商采用EtherCAT作為驅動器內部總線EtherCAT不僅是運動控制總線還是I/O總線、傳感器和執(zhí)行器總線周邊產品齊全EtherCAT 給運動控制系統帶來的好處 2022/7/11 17EtherCAT 在運動控制及其他方面的應用情況 2022/7/11 1811/07/2022EtherCAT

10、: Ethernet Control Automation TechnologyEtherCAT 被廣泛應用從2003年以來EtherCAT應用的節(jié)點數量在工業(yè)以太網中是最多的。 2022/7/11 1911/07/2022EtherCAT: Ethernet Control Automation TechnologyEtherCAT應用場合 需要快速的場合:運動控制例如：機器人、機械手液壓/電子沖壓機場加工中心木材價格設備包裝設備印刷設備需要檢測/測量的場合閉環(huán)控制 2022/7/11 2011/07/2022EtherCAT: Ethernet Control Automation Tec

11、hnology例1：繞線機繞線機控制 2022/7/11 2111/07/2022EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology例2：彎管機IWM Automation: EtherCAT and Safety over EtherCAT 2022/7/11 2211/07/2022EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology例3：燈具生產 2022/7/11 2311/07/2022EtherCAT: Ethernet Control Automation Technology例子: 機器人

12、:時間上第一個用Java和EtherCAT控制的機器人.University of Lund, Sweden:Robot controller implemented on standard PC with Real Time Java.例4：機器人控制 Photo used with permission from CNET Networks, Inc., Copyright 2007. All rights reserved. 2022/7/11 24倍福基于EtherCAT的運動控制產品 2022/7/11 25數字式緊湊型伺服驅動器 AX20 xx直線伺服電機 ALxxxx數字式緊湊型

13、伺服驅動器 AX25xx同步伺服電機 AM2000/AM3xxx數字式緊湊型伺服驅動器 AX5xxx適用于高動態(tài)定位任務的驅動系統 2022/7/11 26AX5000 | 數字式緊湊型伺服驅動器 2022/7/11 27AX5000 | 數字式緊湊型伺服驅動器技術亮點快速控制回路電流控制環(huán)：最快 31.25 s速度控制環(huán)：最快 62.5 s位置控制環(huán)：最快 125 s高速 EtherCAT 系統通訊單通道或雙通道伺服驅動器自由搭配多軸控制系統雙通道驅動器可以自由匹配兩個不同的電機直流母線技術和制動能源管理系統各種伺服電機接口：多種反饋接口支持各種伺服電機 支持大范圍電機電流量程 2022/7

14、/11 28高速捕獲輸入 100480 V AC 寬電壓設計內置主濾波器內置安全功能（可選）重啟鎖定功能TwinSAFE：用于運動控制的智能安全功能設計緊湊，便于控制柜安裝（深 300 mm）AX-Bridge 快速連接電源和直流母線靈活多變的冷卻方案（無風扇，強制冷卻，冷卻板）AX5000 | 數字式緊湊型伺服驅動器技術亮點 2022/7/11 29電機反饋：旋轉變壓器電源 100 V AC480 V AC狀態(tài)顯示，例如軸軸標識符或故障信息電機反饋：Sin/Cos 1Vss、TTL、單圈或多圈、EnDat、Hiperface、BiSS24 V DC 控制和制動電壓8 點數字量 I/O，例如啟

15、用、限位開關、捕獲輸入、故障信息EtherCAT 系統總線直流電源/直流母線可選的接口板用插槽，例如附加反饋制動控制/電機溫度監(jiān)控可選的重啟鎖定用插槽或可選的 TwinSAFE 安全卡Navigationstasten電機電路執(zhí)行材質鑒定導航鍵（Enter, Up/Down）AX5000 | 數字式緊湊型伺服驅動器功能特點 2022/7/11 30AX51xx | 單通道伺服驅動器單軸伺服驅動器，用于最大 額定電流為 25 A 的電機 2022/7/11 31AX5118, AX5125 | 額定輸出電流分別為 18 A 和 25 A新AX51xx | 單通道伺服驅動器 2022/7/11 3

16、2AX5118, AX5125 | 額定輸出電流分別為 18 A 和 25 A適用于電源、直流母線和控制電壓的快速連接電源分配模塊 AX5911適用于 AX5118 和 AX5125 的快速連接電源分配模塊 AX5921適用于用于伺服驅動器的快速連接電源模塊 AX5901AX51xx | 單通道伺服驅動器新 2022/7/11 33AX52xx | 雙通道伺服驅動器雙通道伺服驅動器，可以驅動兩個電機，最大總電流為 12 A 2022/7/11 34多種電機接口 AX5000 2022/7/11 35基于PC控制和AX5000的運動控制系統 2022/7/11 36應用于運動控制系統中的快速I/

17、Oexact reaction timeInput: EL1252 Output: EL2252 SignalTime極高的時間分辨率10ns準確的時間控制1 s 2022/7/11 37快速信號采樣, 記錄模擬量值 | 超采樣模塊超采樣 極速檢測PLC 周期PLC 周期檢測周期 2022/7/11 38多次輸出模塊exact output pulse Output: EL2262 SignalTime可在1個PLC掃描周期內輸出多個脈沖的數字量模塊。 2022/7/11 39帶有細分功能的編碼器模塊EL5101 Encoder SignalCycles 1 2 3 4 5 6 7 3 4 5 6 7 3,05 4,6 5,8 6,8 7,6 internal countervalue without MIvaluewith MI速度更平滑，控制更精確 2022/7/11 40Micro Increments (MI) XFC eXtreme Fast Control Technologywithout micro Increments:Cycle timePosit