【200個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)】如何快速搭建柔性自動(dòng)生產(chǎn)線？

基于EtherCAT總線的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可為幾百個(gè)電機(jī)的自動(dòng)生產(chǎn)線應(yīng)用提供高速、精確、靈活和可靠的通信和控制解決方案，有助于提高生產(chǎn)效率、降低成本并增強(qiáng)系統(tǒng)的性能和可靠性。

在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中，電機(jī)是必不可少的執(zhí)行部件，有時(shí)一個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線可能需要控制幾十甚至幾百個(gè)電機(jī)。系統(tǒng)中需要控制如此多的電機(jī)，此時(shí)既要保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，還要方便系統(tǒng)的擴(kuò)展、維護(hù)和工程師進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，選用EtherCAT總線通訊的驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)目前來說是最好的選擇。EtherCAT（以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù)）可以控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)高精度的定位和運(yùn)動(dòng)，EtherCAT與步進(jìn)電機(jī)的結(jié)合可實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的運(yùn)動(dòng)控制，適用于各種工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)械控制應(yīng)用。

?EtherCAT在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用

EtherCAT在電機(jī)應(yīng)用中具有以下優(yōu)勢：

1. 支持高速的數(shù)據(jù)傳輸，具有極低的延遲，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的控制循環(huán)，從而提高了電機(jī)控制的實(shí)時(shí)性和精度。
2. 提供了精確的同步機(jī)制，使得多個(gè)電機(jī)能夠以高精度的方式進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)，適用于需要精確協(xié)同工作的應(yīng)用。
3. 支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如線型、星型、樹形等，可以根據(jù)實(shí)際需求靈活配置，降低了布線的復(fù)雜性。
4. 具有良好的可擴(kuò)展性，可以輕松地添加或刪除電機(jī)節(jié)點(diǎn)，適應(yīng)不同規(guī)模的系統(tǒng)。
5. 提供了豐富的診斷功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)的狀態(tài)和參數(shù)，快速定位故障，提高了系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)效率。
6. 采用了時(shí)分復(fù)用技術(shù)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和確定性，適用于對時(shí)間要求嚴(yán)格的電機(jī)控制應(yīng)用。
7. EtherCAT是一種開放的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，支持不同廠商的設(shè)備之間的互操作性，例如可以快速接入DI、DO、模擬量采集等模塊，更加方便系統(tǒng)集成。
8. 由于EtherCAT使用以太網(wǎng)作為物理底層，利用以太網(wǎng)的優(yōu)勢，可以減少線纜數(shù)量，降低系統(tǒng)成本。

實(shí)際應(yīng)用中可能還有以下需求：

小體積，結(jié)構(gòu)緊湊，在最小的體積下集成最多的從站。

易于安裝和維護(hù)。

更靈活的擴(kuò)展，可快速增加和減少電機(jī)數(shù)量。

安裝更加簡潔，降低布線的復(fù)雜性。

為滿足個(gè)性化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)需求，廣州致遠(yuǎn)電子推出插板式電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用EtherCAT總線通訊，支持高速的數(shù)據(jù)傳輸，具有極低的延遲，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的控制循環(huán)，從而提高了電機(jī)控制的實(shí)時(shí)性和精度。從站電機(jī)驅(qū)動(dòng)模組為59mm*50mm的小尺寸模塊，采用40腳2.54mm標(biāo)準(zhǔn)排針接口。用戶可按需自行設(shè)計(jì)制作分線底板，驅(qū)動(dòng)器插在底板上通過EtherCAT網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)，總線最多可擴(kuò)展65535個(gè)從站設(shè)備。

圖1致遠(yuǎn)電子插板式電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案框圖

表1致遠(yuǎn)電子EtherCAT電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

驅(qū)動(dòng)器其他參數(shù)：

1/2/4/8/16/32/64/128/256細(xì)分選擇；

CiA402運(yùn)動(dòng)控制協(xié)議，支持CSP/PP/HM/PV模式；

3個(gè)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。

圖2ZMD-E1050ECT電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

?快速實(shí)現(xiàn)200個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì) 1. 選擇一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

EtherCAT可以有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以使用線型、環(huán)型、樹型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，下面介紹使用致遠(yuǎn)電子ZMC900E主站控制器，線型拓?fù)鋵?shí)施200個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)（若要較高的實(shí)時(shí)性，可使用多個(gè)ZMC900E主站控制器。若要做冗余設(shè)計(jì)，可選用致遠(yuǎn)電子的HPCIe-2E主站卡），系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3200個(gè)EtherCAT電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)框圖

ZMC900EEtherCAT主站控制器是廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司開發(fā)的最新一代智能總線型控制器，是面向工廠智能化時(shí)代的機(jī)器控制器。其采用工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)的嵌入式 ARM 方案，集實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、智能算法于一身，以 EtherCAT 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議為向?qū)?，可以快速、有效、便捷的?gòu)建數(shù)控智能化設(shè)備，以適應(yīng)工廠智能化、信息化產(chǎn)業(yè)的變革。

圖4ZMC900EEtherCAT主站控制器

致遠(yuǎn)電子 PCIe EtherCAT通訊卡 是一款基于PCIe的EtherCAT總線通訊接口卡。其采用工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)的FPGA控制方案，通訊速度極高，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)。支持MiniPCIE、PCIe半卡、PCIe全卡設(shè)計(jì)，可兼容任何類型的3.3 V/DC MiniPCIE和PCIe插槽。

2. 底板設(shè)計(jì)

ZMD-E1050ECT驅(qū)動(dòng)器的典型應(yīng)用框圖如圖6所示，底板設(shè)計(jì)只需選擇合適自己的接線端子，將線引出即可使用。由于EtherCAT網(wǎng)絡(luò)是通過PCB連接，省去了網(wǎng)線，結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)得非常緊湊。

圖6ZMD-E1050ECT典型應(yīng)用框圖

EtherCAT網(wǎng)口電路參考電路如圖7所示，在干擾較大的環(huán)境下，可使用集成隔離變壓器的RJ45接口。

圖7網(wǎng)口設(shè)計(jì)加隔離變壓器

通常情況下數(shù)字輸入接口通過無源開關(guān)接GND2即可，若外部需要接PLC、NPN型的接近開關(guān)等有源信號，可使用普通的光耦進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，參考電路如圖8所示：

圖8數(shù)字輸入電路

使用ZMD-E1050ECT電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，只需簡單搭建外圍電路即可實(shí)現(xiàn)多電機(jī)應(yīng)用，分線底板根據(jù)使用場景自行設(shè)計(jì)，使用非常靈活，在較小空間內(nèi)可布置200個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，致遠(yuǎn)電子的20電機(jī)控制系統(tǒng)評估底板如圖9所示：

圖9電機(jī)控制系統(tǒng)