基于EtherCAT总线的电机驱动器,可为几百个电机的自动生产线应用提供高速、精确、灵活和可靠的通信和控制解决方案,有助于提高生产效率、降低成本并增强系统的性能和可靠性。
在工业自动化生产线中,电机是必不可少的执行部件,有时一个自动化生产线可能需要控制几十甚至几百个电机。系统中需要控制如此多的电机,此时既要保证系统的实时性,还要方便系统的扩展、维护和工程师进行系统的设计和开发,选用EtherCAT总线通讯的驱动器控制电机目前来说是最好的选择。EtherCAT(以太网控制自动化技术)可以控制步进电机实现高精度的定位和运动,EtherCAT与步进电机的结合可实现高精度、高效率的运动控制,适用于各种工业自动化和机械控制应用。
EtherCAT在电机驱动的应用
EtherCAT在电机应用中具有以下优势:
支持高速的数据传输,具有极低的延迟,能够实现快速的控制循环,从而提高了电机控制的实时性和精度。
提供了精确的同步机制,使得多个电机能够以高精度的方式进行同步运动,适用于需要精确协同工作的应用。
支持多种拓扑结构,如线型、星型、树形等,可以根据实际需求灵活配置,降低了布线的复杂性。
具有良好的可扩展性,可以轻松地添加或删除电机节点,适应不同规模的系统。
提供了丰富的诊断功能,可以实时监测电机的状态和参数,快速定位故障,提高了系统的可靠性和维护效率。
采用了时分复用技术,保证了数据传输的实时性和确定性,适用于对时间要求严格的电机控制应用。EtherCAT是一种开放的工业以太网标准,
支持不同厂商的设备之间的互操作性,例如可以快速接入DI、DO、模拟量采集等模块,更加方便系统集成。由于EtherCAT使用以太网作为物理底层,利用以太网的优势,可以减少线缆数量,降低系统成本。
实际应用中可能还有以下需求:
小体积,结构紧凑,在最小的体积下集成最多的从站。
易于安装和维护。
更灵活的扩展,可快速增加和减少电机数量。
安装更加简洁,降低布线的复杂性。
为满足个性化的电机驱动需求,广州致远电子推出插板式电机驱动系统,该系统采用EtherCAT总线通讯,支持高速的数据传输,具有极低的延迟,能够实现快速的控制循环,从而提高了电机控制的实时性和精度。从站电机驱动模组为59mm*50mm的小尺寸模块,采用40脚2.54mm标准排针接口。用户可按需自行设计制作分线底板,驱动器插在底板上通过EtherCAT网络级联,总线最多可扩展65535个从站设备。
图1 致远电子插板式电机驱动系统方案框图
表1 致远电子EtherCAT电机驱动器
驱动器其他参数:
1/2/4/8/16/32/64/128/256细分选择;
CiA402运动控制协议,支持CSP/PP/HM/PV模式;
3个数字输入,1组ABZ正交编码输入;
图2 ZMD-E1050ECT电机驱动器
快速实现200个电机驱动应用设计
1. 选择一个拓扑结构
EtherCAT可以有多种拓扑结构,可以使用线型、环型、树型等拓扑结构,下面介绍使用致远电子ZMC900E主站控制器,线型拓扑实施200个电机驱动器系统(若要较高的实时性,可使用多个ZMC900E主站控制器。若要做冗余设计,可选用致远电子的HPCIe-2E主站卡),系统框图如图3所示。
图3 200个EtherCAT电机驱动器系统框图
ZMC900E EtherCAT主站控制器 是广州致远电子股份有限公司开发的最新一代智能总线型控制器,是面向工厂智能化时代的机器控制器。其采用工业领域内先进的嵌入式 ARM 方案,集实时操作系统、智能算法于一身,以 EtherCAT 工业以太网协议为向导,可以快速、有效、便捷的构建数控智能化设备,以适应工厂智能化、信息化产业的变革。
图4 ZMC900E EtherCAT主站控制器
致远电子 PCIe EtherCAT通讯卡 是一款基于PCIe的EtherCAT总线通讯接口卡。其采用工业领域内先进的FPGA控制方案,通讯速度极高,实时性很强。支持MiniPCIE、PCIe半卡、PCIe全卡设计,可兼容任何类型的3.3 V/DC MiniPCIE和PCIe插槽。
图5 PCIe EtherCAT通讯卡
2. 底板设计
ZMD-E1050ECT驱动器的典型应用框图如图6所示,底板设计只需选择合适自己的接线端子,将线引出即可使用。由于EtherCAT网络是通过PCB连接,省去了网线,结构可以设计得非常紧凑。
图6 ZMD-E1050ECT典型应用框图
EtherCAT网口电路参考电路如图7所示,在干扰较大的环境下,可使用集成隔离变压器的RJ45接口。
图7 网口设计加隔离变压器
通常情况下数字输入接口通过无源开关接GND2即可,若外部需要接PLC、NPN型的接近开关等有源信号,可使用普通的光耦进行电平转换,参考电路如图8所示:
图8 数字输入电路
使用ZMD-E1050ECT电机驱动器,只需简单搭建外围电路即可实现多电机应用,分线底板根据使用场景自行设计,使用非常灵活,在较小空间内可布置200个电机驱动,致远电子的20电机控制系统评估底板如图9所示:
图9 电机控制系统