工業(yè)自動(dòng)化通信協(xié)議轉(zhuǎn)換與運(yùn)動(dòng)控制深度結(jié)合的工程實(shí)踐

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，不同通信協(xié)議間的數(shù)據(jù)互通常成為技術(shù)難點(diǎn)。某智能倉儲(chǔ)項(xiàng)目中，工程師通過EtherCAT主站轉(zhuǎn)Profinet網(wǎng)關(guān)連接匯川伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂搬運(yùn)軌跡的精準(zhǔn)控制，其中輪廓加減速度功能使貨物搬運(yùn)效率提升23%，這一案例揭示了協(xié)議轉(zhuǎn)換與運(yùn)動(dòng)控制深度結(jié)合的工程價(jià)值。

支持Profinet與EtherCAT雙向通信的協(xié)議網(wǎng)關(guān)（如XD-ECPNM20型號(hào)），本質(zhì)上承擔(dān)著工業(yè)數(shù)據(jù)協(xié)議翻譯器的角色。該設(shè)備通過嵌入式芯片實(shí)時(shí)解析Profinet IO數(shù)據(jù)報(bào)文，將其轉(zhuǎn)換為EtherCAT主站可識(shí)別的過程數(shù)據(jù)對(duì)象（PDO），傳輸速率可達(dá)每周期1ms，如同在兩種通信協(xié)議間架設(shè)了直連高速公路。實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)關(guān)的Configuration Manager軟件可將西門子PLC的Profinet網(wǎng)絡(luò)參數(shù)自動(dòng)映射至EtherCAT從站設(shè)備，避免了傳統(tǒng)方案中PLC需額外處理協(xié)議棧的算力消耗。

在匯川伺服驅(qū)動(dòng)器的二次開發(fā)中，工程師需先刪除原有封裝軸模塊，通過SoftMotionLight CiA402軸重構(gòu)控制架構(gòu)。上位機(jī)通過Sml_Basic函數(shù)庫發(fā)送目標(biāo)位置（8000脈沖）、基準(zhǔn)速度（3000rpm）及S型加減速曲線參數(shù)，伺服內(nèi)置的軌跡發(fā)生器隨即生成連續(xù)的位置指令，其原理類似車輛起步時(shí)平緩加速、停車時(shí)漸進(jìn)減速，有效抑制了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性震動(dòng)。某汽車焊裝線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，采用7段S曲線算法后，機(jī)械臂末端抖動(dòng)幅度由±1.2mm降至±0.3mm。

軟件配置包含三大步驟：

使用TIA Portal建立Profinet網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，分配設(shè)備名稱

在EtherCAT主站轉(zhuǎn)Profinet網(wǎng)關(guān)配置工具中導(dǎo)入EDS文件，建立輸入輸出數(shù)據(jù)映射表

PDO映射如下圖所示，從0開始偏移16個(gè)位那么第二條就是從16開始偏移8個(gè)位那第三條就是從24開始，就這樣依次類推

在TIA Portal軟件上面可以看到分配的Q地址是64開始的那就是從64開始2個(gè)字節(jié)是第一條，66開始一個(gè)字節(jié)是第二條，67開始2個(gè)字節(jié)是第三條，69開始4個(gè)字節(jié)是第四條

項(xiàng)目實(shí)施后的維護(hù)數(shù)據(jù)顯示，采用該架構(gòu)的設(shè)備平均無故障時(shí)間（MTBF）達(dá)到8600小時(shí)，較傳統(tǒng)脈沖控制方案提升41%。值得關(guān)注的是，在2024年某鋰電設(shè)備展會(huì)上，采用同類方案的六軸協(xié)作機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了0.02mm級(jí)重復(fù)定位精度，其平滑的加速度曲線控制能力已接近國際一線品牌水平。這預(yù)示著國產(chǎn)伺服系統(tǒng)與工業(yè)通信技術(shù)的融合創(chuàng)新正打開新的應(yīng)用空間。

審核編輯 黃宇