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中電港:高性能 EtherCAT 伺服解決方案優(yōu)勢解讀

Carol Li ? 來源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:李彎彎 ? 2020-04-02 09:54 ? 次閱讀
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電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/李彎彎)近年來,國內伺服市場增長迅速,2018底國內伺服銷售規(guī)模1200萬臺,銷售額約120億人民幣,國內伺服品牌市場占有率達到20%,約240萬臺。隨著“中國制造2025”的不斷推進,中國的伺服驅動市場每年保持20%以上增長。

伺服應用領域廣泛,主要包括數(shù)控機床、多關機機器人、鋰電池制造設備、LED晶圓設備、3C制造設備、雕琢/切割機、紡織機械、食品與包裝設備、朔料機械等。在日前由電子發(fā)燒友網(wǎng)主辦的《2020年第三屆無刷直流電機控制技術在線研討會》上,中電港銷售經(jīng)理王炳興就伺服技術的最新發(fā)展趨勢和方案做了精彩分享。

圖:中電港銷售經(jīng)理王炳興先生

據(jù)王炳興先生介紹,目前伺服技術主要有兩大發(fā)展趨勢:一是傳統(tǒng)的伺服市場以脈沖,CAN總線為主,隨著智能制造技術要求的提升,EtherCAT總線開始成為新一代的技術,逐步取代CAN總線,未來的市場占有率會超過50%以上;二是隨著國內工業(yè)機器人,高精密設備等行業(yè)的高速發(fā)展,對于多軸、高性能伺服的需求越來越多。

采用Renesas MCU+Lattice FPGA雙芯片架構的方案特點

中電港結合上述兩大技術發(fā)展趨勢,推出了高性能伺服驅動解決方案,該方案采用RenesasMCU+LatticeFPGA雙芯片架構,支持Ethercat,支持多軸應用。方案的優(yōu)勢是:一、FPGA硬件電流環(huán),高性能,高精度;二、以最優(yōu)的成本實現(xiàn)單/多軸的應用;三、靈活選擇型號搭配不同配置。

圖:高性能伺服驅動解決方案優(yōu)勢(紅色部分為DEMO板)

王炳興先生詳細介紹了該方案所選用型號的特點。首先來看RenesasRZ/T1,該系列芯片主核采用的是ARMCortex-R4F,工作主頻從可選300MHz、450MHz、600MHz,支持雙精度浮點運算,最重要的是支持EtherCAT功能,支持編碼器接口。

圖:RenesasRZ/T1系列特點展示

從產(chǎn)品線的型號來看,該系列最大的特點是全系列管腳兼容,可以靈活根據(jù)不同的功能或者主頻選擇不同的型號。為了讓聽眾更明白,王炳興先生進一步介紹,“比如我們現(xiàn)在的方案采用300MHz+EtherCAT功能,如果根據(jù)主頻選擇不同型號,我們還可以選擇主頻450MHz或者600MHz,甚至選擇雙核的版本,EtherCAT也是可選的功能,如果不需要EtherCAT功能,也可以不選?!?/p>

再來看LatticeFPGA系列,F(xiàn)PGA采用的是ECP5系列,整個系列是從12K覆蓋到85K的邏輯單元。王炳興先生指出,“為了保持兼容性及可擴展性,該方案選用了封裝完全兼容的25K/45K邏輯單元,選用的封裝式256caBGA,可以靈活的搭配1至4軸的需求,如果客戶需要6軸或者7軸,也可以選擇85K,容量更高?!?/p>

高性能Ethercat伺服解決方案系統(tǒng)框圖及優(yōu)勢

從整個伺服解決方案的系統(tǒng)框圖來看,該方案是以Renesas(RZ/T1)和LatticeFPGA(ECP5)作為主控,外圍搭配Renesas接口芯片。FPGA用來做硬件電流環(huán)以及編碼器接口,MCU用來做位置環(huán)、速度環(huán)以及EtherCAT控制,整個方案是采用FPGA硬件電流環(huán)以及EtherCAT總線架構的多軸伺服系統(tǒng),可以實現(xiàn)真正意義的多軸實時控制。

圖:高性能EtherCAT伺服解決方案系統(tǒng)框圖

圖:高性能EtherCAT伺服解決方案詳細的功能框圖

優(yōu)勢一:電流環(huán)更快速

王炳興先生指出,該方案采用RenesasRZ/T1+LatticeFPGA的最大優(yōu)勢是電流環(huán)更快速。在傳統(tǒng)的方案中,位置環(huán)和速度控制環(huán)算法復雜,計算緩慢,電流環(huán)控制需要實時、快速更新,要想在單個處理器芯片里兼顧這兩類不同的算法,非常具有挑戰(zhàn)性。而采用雙芯片的架構,把電流環(huán)控制放在FPGA里面進行硬件加速,延時和計算時間是快速并確定的,而且FPGA做為協(xié)處理器,還可以分擔處理器的工作。

優(yōu)勢二:多軸控制

該方案采用FPGA的另一大優(yōu)勢是多軸控制,對比傳統(tǒng)MCU,F(xiàn)PGA在多軸同步控制、電流環(huán)控制、PWM控制和輸出等方面更有優(yōu)勢。

與市面其他伺服方案對比,F(xiàn)PGA方案具有明顯優(yōu)勢。目前市面常見的方案有SOC和DSP

  • 從內核來看,RenesasRZ/T1采用的主核是ARMCortex-R4F,SOC一般采用ARMCortex-A9,DSP一般采用C2000;
  • 從電流環(huán)控制來看,F(xiàn)GPA和SOC都可以用硬件實現(xiàn),DSP有快速的電流環(huán);
  • 從主頻來看,F(xiàn)PGA有300MHz、450MHz和600MHz可選,SOC也有667MHz到888MHz可選,DSP受限于架構,主頻只能到200MHz。
  • 從EtherCAT控制來看,F(xiàn)GPA采用硬核的EtherCAT,更有優(yōu)勢,因為FPGA集結內置EtherCAT,通信更迅速,SOC一般需要購買IPCode,DSP暫時只能外加EtherCAT通信芯片;
  • 電機軸來看,F(xiàn)GPA可以靈活搭配1至4軸,甚至可以選擇不同封裝的型號,達到6軸,SOC本質也是FPGA,也可以到1到4軸,而DSP最多只能控制兩個電機,如果要做多軸電機,需要外加芯片,架構會完全發(fā)生變化;
  • 從開發(fā)難度來看,RenesasRZ/T1+LatticeFPGA分工明確,相對難度更低;
  • 從可擴展性和成本來看,RenesasRZ/T1+LatticeFPGA可以靈活選擇不同型號搭配不同方案,可擴展性更有優(yōu)勢,綜合成本也更有優(yōu)勢。

整體而言,RenesasRZ/T1+LatticeFPGA方案在EtherCAT總線、單軸以及多軸的支持、開發(fā)的難易度、可擴展性和成本上相對比較均衡,方案更有優(yōu)勢。

觀看本場直播精彩回放,請點擊:http://webinar.elecfans.com/replay/478.html

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