EtherCAT总线在运动控制系统的应用

驱动技术2020/6/151EtherCAT总线在运动控制系统中的应用驱动技术2020/6/152全球40多个驱动产品制造商发布了具有EtherCAT接口的驱动器全球850个EtherCAT会员单位AMKBECKHOFFCTDanaherKEBLTI（LUST）SEWStober鲍米勒力士乐伦茨百格拉正频驱动技术2020/6/153系统结构图I/OIPC伺服驱动EterhCAT总线驱动技术2020/6/154EtherCAT是什么？超高速工业以太网超高速工业以太网驱动技术2020/6/155传输速率:2x100Mbaud（全双工）“火车”(以太网帧)不停地飞速行使100伺服轴(每个8ByteIN+OUT)：100μs=0.1ms分布于100节点的1000开关量I/O：30μs=0.03ms200模拟量I/O(16bit)：50μs,20kHz采样频率EtherCAT性能表现驱动技术2020/6/156SlaveDeviceEtherCATSlaveControllerSlaveDeviceEtherCATSlaveController运行原理：飞速传输的以太网协议在帧的传输过程中过程数据被提取或插入每个从站对过程数据的大小几乎无限制（1Bit…60Kbyte,如果需要则使用几个以太网帧传输）每一个循环中帧的报文数据构成可以不同。如：超短循环时间用于轴数据，稍长循环用于I/O刷新并支持异步的、事件触发的通信驱动技术2020/6/157EterhCAT协议架构logicalProcessimage:upto4GByte0232TelegramstructureEthernetHDRHDR1PLCDataHDR2NCDataHDRnDatanCRCPLCDataDatanNCDataSub-Telegram1Sub-Telegram2Sub-TelegramnDVIIPC....驱动技术2020/6/158MSSSSSSSS∆tEtherCAT分布式时钟(1μs同步精度）各个驱动器之间以及驱动和I/O之间精准同步(1μs!)—通过分布时钟的精确校准实现DVIIPC....伺服驱动EtherCAT总线I/O误差1μs驱动技术2020/6/159BusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleTmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OEtherCAT从系统上突破了传统总线传统的总线数据传输----需要经过3次接力数据才能到达程序PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskIInputOutput最大输入读取时间：=I/O内部总线传输时间+现场总线传输时间+CPU传输到内存时间驱动技术2020/6/1510TmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/O总线直达I/O，不再需要I/O内部总线到现场总线的接力.DMA直接将总线传上来的数据复制到内存，不再经过CPU.PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskI不再需要I/O内部总线不再需要特殊的主站接口BusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleEtherCAT：采用一网到底的结构驱动技术2020/6/1511PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskIEtherCAT：采用一网到底的结构EtherCAT系统结构驱动技术2020/6/1512PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskITDMA(NIC)TEtherCATCycleTDMA(timeforDatatransferfrom/toEthernetControllerperDirectMemoryAccess):negligibleEtherCAT：采用一网到底的结构EtherCAT系统结构驱动技术2020/6/1513灵活的拓补结构I/OIPC伺服驱动EterhCAT总线驱动技术2020/6/1514冗余功能:防止网络断线SlaveM-1RXTXRXTXSlave1RXTXRXTXSlaveNRXTXRXTXSlaveM+1RXTXRXTXJJJJ......MasterMAC1MAC2RXTXRXTXTXUnitTXRXUnitRX只需要两个以太网口，无需其他特殊硬件驱动技术2020/6/1515在EtherCAT上层的运动控制协议对于设备的控制EtherCAT采用经过大量实践检验的现有协议CANopenoverEtherCAT:I/O,驱动,阀导，等..SERCOSoverEtherCAT:用于伺服驱动CANopenDeviceDeviceDeviceDeviceProfileProfileProfileProfileABCXOSILayer7:EtherCATSpec„CommunicationProfile“OSILayer2:EtherCATDataLinkLayerOSILayer1:EthernetPhysicalLayer(IEEE802-3)Bus-Line?驱动技术2020/6/1516不再需要专门的运动控制单元—成本更低、无轴数限制。超快的数据传输—可以让位置环周期控制在微妙级多轴精确同步，驱动和I/O之间精确同步1μs灵活的拓补结构出色的调试诊断性能网络线路冗余熟悉的设备控制协议—CANopenSercos—容易学习多主站之间实时数据交换EtherCAT不仅是驱动器外部总线还是驱动器内部总线—多个驱动器制造商采用EtherCAT作为驱动器内部总线EtherCAT不仅是运动控制总线还是I/O总线、传感器和执行器总线—周边产品齐全EtherCAT给运动控制系统带来的好处驱动技术2020/6/1517EtherCAT在运动控制及其他方面的应用情况TotalEtherCAT30061516544751107462520304010000020000030000040000050000060000020042005200620072008TotalperyearForecastPiecesTotalEtherCAT驱动技术2020/6/151815/06/2020EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnologyEtherCAT被广泛应用•从2003年以来EtherCAT应用的节点数量在工业以太网中是最多的。驱动技术2020/6/151915/06/2020EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnologyEtherCAT应用场合需要快速的场合:运动控制例如：机器人、机械手液压/电子冲压机场加工中心木材价格设备包装设备印刷设备需要检测/测量的场合闭环控制驱动技术2020/6/152015/06/2020EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例1：绕线机绕线机控制驱动技术2020/6/152115/06/2020EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例2：弯管机IWMAutomation:EtherCATandSafetyoverEtherCAT驱动技术2020/6/152215/06/2020EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例3：灯具生产驱动技术2020/6/152315/06/2020EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例子:机器人:时间上第一个用Java和EtherCAT控制的机器人.UniversityofLund,Sweden:RobotcontrollerimplementedonstandardPCwithRealTimeJava.例4：机器人控制PhotousedwithpermissionfromCNETNetworks,Inc.,Copyright2007.Allrightsreserved.驱动技术2020/6/1524倍福基于EtherCAT的运动控制产品驱动技术2020/6/1525数字式紧凑型伺服驱动器AX20xx直线伺服电机ALxxxx数字式紧凑型伺服驱动器AX25xx同步伺服电机AM2000/AM3xxx数字式紧凑型伺服驱动器AX5xxx适用于高动态定位任务的驱动系统驱动技术2020/6/1526AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器驱动技术2020/6/1527AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器技术亮点快速控制回路电流控制环：最快31.25µs速度控制环：最快62.5µs位置控制环：最快125µs高速EtherCAT系统通讯单通道或双通道伺服驱动器自由搭配多轴控制系统双通道驱动器可以自由匹配两个不同的电机直流母线技术和制动能源管理系统各种伺服电机接口：多种反馈接口支持各种伺服电机支持大范围电机电流量程驱动技术2020/6/1528高速捕获输入100…480VAC宽电压设计内置主滤波器内置安全功能（可选）重启锁定功能TwinSAFE：用于运动控制的智能安全功能设计紧凑，便于控制柜安装（深300mm）AX-Bridge–快速连接电源和直流母线灵活多变的冷却方案（无风扇，强制冷却，冷却板）AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器技术亮点驱动技术2020/6/1529电机反馈：旋转变压器电源100VAC…480VAC状态显示，例如轴轴标识符或故障信息电机反馈：Sin/Cos1Vss、TTL、单圈或多圈、EnDat、Hiperface、BiSS24VDC控制和制动电压8点数字量I/O，例如启用、限位开关、捕获输入、故障信息EtherCAT系统总线直流电源/直流母线可选的接口板用插槽，例如附加反馈制动控制/电机温度监控可选的重启锁定用插槽或可选的TwinSAFE安全卡Navigationstasten电机电路执行材质鉴定导航键（Enter,Up/Down）AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器功能特点驱动技术2020/6/1530AX51xx|单通道伺服驱动器单轴伺服驱动器，用于最大额定电流为25A的电机驱动技术2020/6/1531AX5118,AX5125|额定输出电流分别为18A和25A新AX51xx|单通道伺服驱动器驱动技术2020/6/1532AX5118,AX5125|额定输出电流分别为18A和25A适用于电源、直流母线和控制电压的快速连接电源分配模块AX5911适用于AX5118和AX5125的快速连接电源分配模块AX5921适用于用于伺服驱动器的快速连接电源模块AX5901AX51xx|单通道伺服驱动器新驱动技术2020/6/1533AX52xx|双通道伺服驱动器双通道伺服驱动器，可以驱动两个电机，最大总电流为12A驱动技术2020/6/1534多种电机接口AX5000驱动技术2020/6/1535基于PC控制和AX5000的运动控制系统驱动技术2020/6/1536应用于运动控制系统中的快速I/OexactreactiontimeInput:EL1252Output:EL2252SignalTime极高的时间分辨率10ns准确的时间控制1µs驱动技术2020/6/1537快速信号采样,记录模拟量值|超采样模块超采样–极速检测PLC周期PLC周期检测周期驱动技术2020/6/1538多次输出模块exactoutputpulseOutput:EL2262SignalTime