【200個電機驅動】如何快速搭建柔性自動生產線？

基于EtherCAT總線的電機驅動器，可為幾百個電機的自動生產線應用提供高速、精確、靈活和可靠的通信和控制解決方案，有助于提高生產效率、降低成本并增強系統的性能和可靠性。

在工業(yè)自動化生產線中，電機是必不可少的執(zhí)行部件，有時一個自動化生產線可能需要控制幾十甚至幾百個電機。系統中需要控制如此多的電機，此時既要保證系統的實時性，還要方便系統的擴展、維護和工程師進行系統的設計和開發(fā)，選用EtherCAT總線通訊的驅動器控制電機目前來說是最好的選擇。EtherCAT（以太網控制自動化技術）可以控制步進電機實現高精度的定位和運動，EtherCAT與步進電機的結合可實現高精度、高效率的運動控制，適用于各種工業(yè)自動化和機械控制應用。

EtherCAT在電機驅動的應用

EtherCAT在電機應用中具有以下優(yōu)勢：

支持高速的數據傳輸，具有極低的延遲，能夠實現快速的控制循環(huán)，從而提高了電機控制的實時性和精度。

提供了精確的同步機制，使得多個電機能夠以高精度的方式進行同步運動，適用于需要精確協同工作的應用。

支持多種拓撲結構，如線型、星型、樹形等，可以根據實際需求靈活配置，降低了布線的復雜性。

具有良好的可擴展性，可以輕松地添加或刪除電機節(jié)點，適應不同規(guī)模的系統。

提供了豐富的診斷功能，可以實時監(jiān)測電機的狀態(tài)和參數，快速定位故障，提高了系統的可靠性和維護效率。

采用了時分復用技術，保證了數據傳輸的實時性和確定性，適用于對時間要求嚴格的電機控制應用。EtherCAT是一種開放的工業(yè)以太網標準，

支持不同廠商的設備之間的互操作性，例如可以快速接入DI、DO、模擬量采集等模塊，更加方便系統集成。由于EtherCAT使用以太網作為物理底層，利用以太網的優(yōu)勢，可以減少線纜數量，降低系統成本。

實際應用中可能還有以下需求：

小體積，結構緊湊，在最小的體積下集成最多的從站。

易于安裝和維護。

更靈活的擴展，可快速增加和減少電機數量。

安裝更加簡潔，降低布線的復雜性。

為滿足個性化的電機驅動需求，廣州致遠電子推出插板式電機驅動系統，該系統采用EtherCAT總線通訊，支持高速的數據傳輸，具有極低的延遲，能夠實現快速的控制循環(huán)，從而提高了電機控制的實時性和精度。從站電機驅動模組為59mm*50mm的小尺寸模塊，采用40腳2.54mm標準排針接口。用戶可按需自行設計制作分線底板，驅動器插在底板上通過EtherCAT網絡級聯，總線最多可擴展65535個從站設備。

圖1?致遠電子插板式電機驅動系統方案框圖

表1?致遠電子EtherCAT電機驅動器

驅動器其他參數：

1/2/4/8/16/32/64/128/256細分選擇；

CiA402運動控制協議，支持CSP/PP/HM/PV模式；

3個數字輸入，1組ABZ正交編碼輸入；

開環(huán)或編碼器閉環(huán)控制可選。

圖2?ZMD-E1050ECT電機驅動器

? 快速實現200個電機驅動應用設計

?1. 選擇一個拓撲結構

EtherCAT可以有多種拓撲結構，可以使用線型、環(huán)型、樹型等拓撲結構，下面介紹使用致遠電子ZMC900E主站控制器，線型拓撲實施200個電機驅動器系統（若要較高的實時性，可使用多個ZMC900E主站控制器。若要做冗余設計，可選用致遠電子的HPCIe-2E主站卡），系統框圖如圖3所示。

圖3?200個EtherCAT電機驅動器系統框圖

ZMC900E?EtherCAT主站控制器?是廣州致遠電子股份有限公司開發(fā)的最新一代智能總線型控制器，是面向工廠智能化時代的機器控制器。其采用工業(yè)領域內先進的嵌入式 ARM 方案，集實時操作系統、智能算法于一身，以 EtherCAT 工業(yè)以太網協議為向導，可以快速、有效、便捷的構建數控智能化設備，以適應工廠智能化、信息化產業(yè)的變革。

圖4?ZMC900E?EtherCAT主站控制器

致遠電子 PCIe EtherCAT通訊卡 是一款基于PCIe的EtherCAT總線通訊接口卡。其采用工業(yè)領域內先進的FPGA控制方案，通訊速度極高，實時性很強。支持MiniPCIE、PCIe半卡、PCIe全卡設計，可兼容任何類型的3.3 V/DC MiniPCIE和PCIe插槽。

圖5?PCIe?EtherCAT通訊卡

2. 底板設計

ZMD-E1050ECT驅動器的典型應用框圖如圖6所示，底板設計只需選擇合適自己的接線端子，將線引出即可使用。由于EtherCAT網絡是通過PCB連接，省去了網線，結構可以設計得非常緊湊。

圖6?ZMD-E1050ECT典型應用框圖

EtherCAT網口電路參考電路如圖7所示，在干擾較大的環(huán)境下，可使用集成隔離變壓器的RJ45接口。

圖7?網口設計加隔離變壓器

通常情況下數字輸入接口通過無源開關接GND2即可，若外部需要接PLC、NPN型的接近開關等有源信號，可使用普通的光耦進行電平轉換，參考電路如圖8所示：

圖8?數字輸入電路

使用ZMD-E1050ECT電機驅動器，只需簡單搭建外圍電路即可實現多電機應用，分線底板根據使用場景自行設計，使用非常靈活，在較小空間內可布置200個電機驅動，致遠電子的20電機控制系統評估底板如圖9所示：

圖9?電機控制系統