各有所長的總線驅(qū)控誰能最終稱霸運控市場
在傳統(tǒng)運動控制系統(tǒng)中，一般以脈沖或者模擬量作為控制信號，將控制信號發(fā)送到電機驅(qū)動器中然后由電機驅(qū)動器驅(qū)動電機運行。這種模式下，上位機與電機驅(qū)動器通過大量的數(shù)字量或者模擬量IO連接。隨著總線技術(shù)的發(fā)展，運控廠家將總線技術(shù)應(yīng)用運動控制器中。上位機通過總線將運動參數(shù)傳送至電機驅(qū)動器，再由電機驅(qū)動器驅(qū)動電機運行。
在總線運控系統(tǒng)中，上位機的總線通訊接口可以通過線性拓撲方式連接多個支持總線通訊的電機驅(qū)動器。較之傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，大大減少了接線數(shù)量與布線時間。同時總線模式下，通訊方式為數(shù)字式通信，可以不用考慮信號漂移問題，不像中脈沖信號和模擬量信號受到電磁干擾會導(dǎo)致信號失真。目前，常見的總線技術(shù)有，EhertCAT，RTEX，CCLINK，CANopen等等。
EtherCAT總線驅(qū)動
EtherCAT其實也就是工業(yè)以太網(wǎng)的一種開放架構(gòu)現(xiàn)場總線系統(tǒng)。使用EtherCAT的成本非常低廉，任何帶有以太網(wǎng)控制器的單元都可以作為EtherCAT主站，從站可以使用任意供應(yīng)商提供的產(chǎn)品，當(dāng)然也可以使用ETG（倍福公司旗下EtherCAT技術(shù)協(xié)會）提供的從站源碼進行開發(fā)。
作為工業(yè)通信，低延時是必需的。EtherCAT采用分布式時鐘，因此在實時性上是很優(yōu)秀的。每個具有分布式時鐘的從站周期性地與參考時鐘進行同步消除誤差，時間誤差小于1us。在實時性上EtherCat相比于ProfiNet，ProfiBus之類是更突出的。
在運控領(lǐng)域，總線技術(shù)與驅(qū)動器二者相輔相成，我們直接從產(chǎn)品來看比較直觀。這里以雷賽智能CL3-EC系列為例。CL3-EC系列是雷賽在閉環(huán)步進研發(fā)的基礎(chǔ)上融合 EtherCAT 總線技術(shù)打造的高速總線型閉環(huán)步進驅(qū)動產(chǎn)品。
CL3-EC支持COE (CANopen over EtherCAT)協(xié)議，支持CSP、PP、PV、HM這些主流的控制模式。這一系列通過EtherCAT分布時鐘的精準(zhǔn)調(diào)整，同步誤差低于15ns，同步抖動在±20ns區(qū)間內(nèi)，在多軸的同步通信上很有優(yōu)勢。數(shù)據(jù)傳輸速度是雙向100Mbps，1ms通信周期，不同于CANopen的是在通信周期小于1ms情況下EtherCAT支持250us的整數(shù)倍，當(dāng)然，通信周期與上位機規(guī)格也息息相關(guān)。
（圖源：雷賽智能官網(wǎng)）
總的來說，對于多軸應(yīng)用，應(yīng)用EtherCAT工業(yè)總線方案，在同步控制，實時數(shù)據(jù)傳輸上的確有顯著優(yōu)化。
RTEX總線驅(qū)動
RTEX是為了實現(xiàn)伺服電機控制更高的同步性、實時性，松下特定開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)總線系統(tǒng)。RTEX主要競爭力在高速和低成本上，省配線這種總線驅(qū)動都能做到的就不多提了。這里以松下旗下MINAS A6 家族伺服驅(qū)動器產(chǎn)品為例。
MADLT01NF驅(qū)動器可以對位置，速度，轉(zhuǎn)矩，全閉環(huán)四個維度進行控制。RTEX支持CP控制模式，同時內(nèi)嵌回零模式并支持USB串口調(diào)試功能。RTEX支持下的驅(qū)動器支持2路高速差分輸入或者5路單端輸入，同時進行兩路單端隔離數(shù)字輸出，響應(yīng)頻率為3.2 kHz。MINAS A6 系列的最高速度可達到6500r/min，指令更新周期也僅為1ms。
RTEX下3.2kHz的高響應(yīng)帶寬在面向高速度與高精度的運動控制場景，極大縮短系統(tǒng)響應(yīng)時間，提高設(shè)備效率。
CANopen總線驅(qū)動
CANopen 是一個基于 CAN串行總線系統(tǒng)和 CAL的高層協(xié)議。不僅能夠?qū)⒖偩€負載減少到最低限度，還能確保極短的反應(yīng)時間。它可以實現(xiàn)較高的通訊性能，減少了磁兼容性問題，并降低電纜成本。作為運控驅(qū)動的老牌，市面上幾乎所有品牌的伺服驅(qū)動器都支持CANopen總線。
（圖源：臺達官網(wǎng)）
應(yīng)用CANopen總線驅(qū)動器的產(chǎn)品實在太多，我這里選的是臺達ASDA-A3為例來看看此類總線驅(qū)動的實力。A3是現(xiàn)在臺達伺服系統(tǒng)高階應(yīng)用的代表作。
首先，A3響應(yīng)帶寬是3.1kHz，比起上面那位的高響應(yīng)帶寬也沒有落下太多，實際應(yīng)用上絕對能保證實時性。根據(jù)官網(wǎng)給出的測試圖，A3擁有125 μs同步周期，幾乎可以與命令做到同步擬合。A3可組成多達127軸的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，最高通訊速率1Mbps。在遠距離應(yīng)用場合，CANopen驅(qū)動器仍舊能帶來最穩(wěn)定的發(fā)揮。
CC-Link總線驅(qū)動
CC-Link是以三菱電機為主導(dǎo)推出的開放式現(xiàn)場總線，特點在于其數(shù)據(jù)容量大,通信速度多級可選擇，同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。這里不討論稍老一些的CC-Link IE Field以及經(jīng)濟型的CC-Link IE Field Basic，主要聚焦在最新的CC-Link IE TSN。
CC-Link IE TSN是三菱推出的新總線技術(shù)。TSN（時間敏感網(wǎng)絡(luò)）是智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最焦點的技術(shù)之一。CC-Link IE TSN將千兆以太網(wǎng)帶寬與TSN相結(jié)合，拓展了CC-Link IE基于工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)從信息層到應(yīng)用層縱向整合的先進通信技術(shù)。CC-Link IE TSN 使用時間分割和時間同步的方式，實現(xiàn)了實時性和非實時通信的共存。
此類總線驅(qū)動，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)充分利用同步時間，在規(guī)定時間雙方向同時發(fā)送通信幀，大幅縮短通信周期；在控制通訊內(nèi)可組合通信周期內(nèi)高速的控制和緩慢的控制，實現(xiàn)運控性能的最大化。
CC-Link IE TSN下驅(qū)動器最高通訊速率1Gbps ，數(shù)據(jù)傳輸速度是雙向150Mbps。這已經(jīng)是全面領(lǐng)先的技術(shù)參數(shù)了，另據(jù)悉此協(xié)議下的驅(qū)動最多可控軸數(shù)遠超目前市面上的品類。具體可控軸數(shù)還未考證。
CC-Link IE TSN以其高度契合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的愿景的特性，在總線驅(qū)控領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的影響。很多工控企業(yè)均開始改用此通信協(xié)議。
小結(jié)
市面上還有很多類總線驅(qū)動器，如安川的Mechatrolink-III，B&R的Powerlink等等。值得一提的是三菱在國內(nèi)市場競爭激烈的情況下，憑幾款經(jīng)典產(chǎn)品占據(jù)了足夠大市場份額，這相當(dāng)一部分功勞都得歸功于總線驅(qū)動足夠給力。
總線驅(qū)動器的選擇當(dāng)然不僅僅在于技術(shù)方面的指標(biāo)屬性，如帶寬和傳輸速率這些；還應(yīng)該包括一些軟性指標(biāo)，比如開放性，獨立性，互通性等等，這些因素綜合在一起才能決定哪一門類下的總線驅(qū)動能在市場中笑到最后。
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