應(yīng)用EtherCAT實現(xiàn)i5智能數(shù)控機(jī)床
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為何選用EtherCAT？
除了設(shè)備本身功能的實施，在研發(fā)初期，沈陽機(jī)床上海研究院對總線選擇做出了預(yù)言和評估。因為i5平臺要求通過以太網(wǎng)進(jìn)行云端管理，而基于以太網(wǎng)技術(shù)的物理層使得車間信息化的成本變得可以接受，現(xiàn)場設(shè)備間的互聯(lián)變得很簡單。因此，將目標(biāo)鎖定了工業(yè)以太網(wǎng)的通信技術(shù)。
圖4： HSHA系列伺服驅(qū)動器——EtherCAT從站
圖5：I/O設(shè)備——EtherCAT從站
因為i5中很多算法的know how開發(fā)，而EtherCAT支持的郵箱協(xié)議使得面向復(fù)雜應(yīng)用和互聯(lián)的高級功能開發(fā)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(qū)動器的所有參數(shù)，并且支持標(biāo)準(zhǔn)Ethernet數(shù)據(jù)幀的傳輸，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)IT的應(yīng)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(yè)一樣，數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商在研發(fā)可以提供高性能能加工的功能的同時，還希望能降低研發(fā)成本。EtherCAT通信不需要交換機(jī)、路由器等有源基礎(chǔ)設(shè)施組件，也不需要復(fù)雜的IT知識。在數(shù)控系統(tǒng)上無需專用的昂貴的通信卡，而只需要一個標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)端口即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。而在外部設(shè)備從站上只需要價格低廉的ASIC芯片，或者可以把實現(xiàn)EtherCAT從站鏈路層的IP核集成到本來也需要的FPGA上。I5數(shù)控系統(tǒng)為了綜合低的成本和開發(fā)的方便，在伺服驅(qū)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(shù)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(fù)雜的數(shù)控系統(tǒng)使用現(xiàn)場，用戶對于設(shè)備現(xiàn)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(tǒng)的模擬量控制方式，取消了模擬量受到干擾和衰減的現(xiàn)象，極大提高了數(shù)控系統(tǒng)的可靠性。尤其在中國目前的工廠條件下，用戶要求設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)場對環(huán)境溫濕度容限極高，中國南方夏季高溫高濕環(huán)境下無環(huán)控可直接運行；生產(chǎn)現(xiàn)場對電源/電磁環(huán)境無需額外提供任何保障。
總結(jié)
EtherCAT為機(jī)床的最終用戶帶來的最終效益顯而易見，這是沈陽機(jī)床源于采用基于PC和EtherCAT控制方式所導(dǎo)致的：
■ 機(jī)床性能的提升從而節(jié)約時間：可以將插補(bǔ)周期從4ms縮短到0.5ms，大大提高了數(shù)控系統(tǒng)的加工速度和精度；快速的通信系統(tǒng)也使得數(shù)控系統(tǒng)的PLC響應(yīng)時間縮短為原來的十分之一，提高了外部設(shè)備的響應(yīng)性，縮短了加工時間；
■ 降低生產(chǎn)的時間和成本：傳統(tǒng)的模擬量控制方式下，每個伺服驅(qū)動器都需要由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出模擬量控制信號，并反饋編碼器信號，這就需要在數(shù)控系統(tǒng)上為每個伺服驅(qū)動器設(shè)置一個接線端子和相應(yīng)的電纜。由于電纜都不是標(biāo)準(zhǔn)定義的，因此需要生產(chǎn)廠家投入大量的人力物力進(jìn)行生產(chǎn)。而現(xiàn)在從數(shù)控系統(tǒng)到伺服系統(tǒng)和其他外設(shè)都使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)線纜，可以直接從專業(yè)廠家采購，降低了生產(chǎn)時間和成本。
■ 機(jī)床使用方便：EtherCAT靈活方便靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，易于配置和診斷。一個EtherCAT網(wǎng)絡(luò)最多可支持65,535個設(shè)備，而不受在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中放置位置的限制，可以很方便地連接i5數(shù)控系統(tǒng)需要的伺服驅(qū)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(shè)備也不需要專門的撥碼開關(guān)進(jìn)行地址配置，協(xié)議診斷可以定位到出錯的設(shè)備。
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