應用EtherCAT實現i5智能數控機床
加入技術交流群
為何選用EtherCAT？
除了設備本身功能的實施，在研發初期，沈陽機床上海研究院對總線選擇做出了預言和評估。因為i5平臺要求通過以太網進行云端管理，而基于以太網技術的物理層使得車間信息化的成本變得可以接受，現場設備間的互聯變得很簡單。因此，將目標鎖定了工業以太網的通信技術。
圖4： HSHA系列伺服驅動器——EtherCAT從站
圖5：I/O設備——EtherCAT從站
因為i5中很多算法的know how開發，而EtherCAT支持的郵箱協議使得面向復雜應用和互聯的高級功能開發的過程變得相對容易，使用EtherCAT郵箱通信可以隨時傳輸伺服驅動器的所有參數，并且支持標準Ethernet數據幀的傳輸，實現標準IT的應用，便于與上層管理軟件的集成；
與其他很多正在升級的行業一樣，數控系統供應商在研發可以提供高性能能加工的功能的同時，還希望能降低研發成本。EtherCAT通信不需要交換機、路由器等有源基礎設施組件，也不需要復雜的IT知識。在數控系統上無需專用的昂貴的通信卡，而只需要一個標準的以太網端口即可實現數據通信。而在外部設備從站上只需要價格低廉的ASIC芯片，或者可以把實現EtherCAT從站鏈路層的IP核集成到本來也需要的FPGA上。I5數控系統為了綜合低的成本和開發的方便，在伺服驅動器上使用了倍福公司的ASIC芯片，而在IO操作站上使用了FPGA IP核；使其在使用EtherCAT技術后，幾乎沒有增加任何硬件成本，性能就得以大大提升；
面對復雜的數控系統使用現場，用戶對于設備現場可使用性的要求非常高——高精靈活加工；極高效；極可靠。而EtherCAT完全滿足了這些要求：使用EtherCAT通信替代傳統的模擬量控制方式，取消了模擬量受到干擾和衰減的現象，極大提高了數控系統的可靠性。尤其在中國目前的工廠條件下，用戶要求設備應用現場對環境溫濕度容限極高，中國南方夏季高溫高濕環境下無環控可直接運行；生產現場對電源/電磁環境無需額外提供任何保障。
總結
EtherCAT為機床的最終用戶帶來的最終效益顯而易見，這是沈陽機床源于采用基于PC和EtherCAT控制方式所導致的：
■ 機床性能的提升從而節約時間：可以將插補周期從4ms縮短到0.5ms，大大提高了數控系統的加工速度和精度；快速的通信系統也使得數控系統的PLC響應時間縮短為原來的十分之一，提高了外部設備的響應性，縮短了加工時間；
■ 降低生產的時間和成本：傳統的模擬量控制方式下，每個伺服驅動器都需要由數控系統發出模擬量控制信號，并反饋編碼器信號，這就需要在數控系統上為每個伺服驅動器設置一個接線端子和相應的電纜。由于電纜都不是標準定義的，因此需要生產廠家投入大量的人力物力進行生產。而現在從數控系統到伺服系統和其他外設都使用標準的以太網線纜，可以直接從專業廠家采購，降低了生產時間和成本。
■ 機床使用方便：EtherCAT靈活方便靈活的拓撲結構，易于配置和診斷。一個EtherCAT網絡最多可支持65,535個設備，而不受在拓撲結構中放置位置的限制，可以很方便地連接i5數控系統需要的伺服驅動器、IO操作單元、操作面板、光柵尺、編碼器、各種傳感器等，使其真正成為“智能的大腦”。從站設備也不需要專門的撥碼開關進行地址配置，協議診斷可以定位到出錯的設備。
評論