工業(yè)以太網(wǎng)時(shí)代，該如何選擇總線運(yùn)動(dòng)控制器？

小伙伴們?nèi)绻肓私飧钊氲慕忉專ù_保我們沒有忽悠你），請(qǐng)繼續(xù)往下看吧。

EtherCAT是EtherCAT基金會(huì)基于以太網(wǎng)基礎(chǔ)開發(fā)的一種開放式的、先進(jìn)的現(xiàn)場總線，它通過一系列獨(dú)特的機(jī)制來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝c可靠。EtherCAT只需要使用一根百兆網(wǎng)線就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，常見拓?fù)淙缦拢ň栈ㄦ湥?，主站?a target="_blank">控制器）接第一個(gè)從站（電機(jī)，IO模塊等），第一個(gè)從站接第二個(gè)從站， 一直接到第N個(gè)（當(dāng)然EtherCAT也支持其他拓?fù)洌ｋm然大家只看到一根網(wǎng)線串了下去，但百兆網(wǎng)線里其實(shí)包含4根線，其中兩根是用來做輸出數(shù)據(jù)（TX），兩根是用來返回?cái)?shù)據(jù)（RX），所以其實(shí)內(nèi)部是組成了一個(gè)環(huán)網(wǎng)，如下圖。

EtherCAT主站需要使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) + 標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)芯片 + EtherCAT協(xié)議棧，從站則需要使用專門的通信芯片（ESC）來保證通信的高速和穩(wěn)定。

所以，雖說它們對(duì)外的接口都是網(wǎng)口（RJ45接口），但EtherCAT和EtherNET在硬件層面是有很大不同的，不僅僅是數(shù)據(jù)層的不同哦。EtherCAT正式工作的期間（PDO通信），只有一個(gè)數(shù)據(jù)幀在主站和從站之間高速傳輸，經(jīng)過每個(gè)從站時(shí)，每個(gè)從站取下自己需要的數(shù)據(jù)（命令位置，控制字等），塞入自己需要上報(bào)的數(shù)據(jù)（反饋位置，電機(jī)狀態(tài)等），就像一列高速的列車經(jīng)過每個(gè)車站都要上客下客一樣。

但比高鐵更快的是，EtherCAT通過專用芯片（ESC）實(shí)現(xiàn)在飛行中處理數(shù)據(jù)（process on the fly），而不用等到完全收到數(shù)據(jù)后再處理，再發(fā)送。所以可以實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)交換，讓我們看看官方給的這組讓人震驚的數(shù)據(jù)吧。

前面提到了，EtherCAT從站芯片（ESC）有分布式時(shí)鐘，這個(gè)到底是什么東西呢？我們接著往下看。

現(xiàn)場總線一般都是串行通信，到達(dá)各個(gè)從站肯定是有時(shí)差的，高鐵再快，也不能同時(shí)到達(dá)上海和昆山。

那么EtherCAT怎么保證從站統(tǒng)一行動(dòng)，而沒有掉隊(duì)呢？答案就是分布式時(shí)鐘。

EtherCAT主站會(huì)挑選第一個(gè)帶時(shí)鐘（DC）功能的從站作為時(shí)鐘主站（DC Master），各從站按照時(shí)鐘主站的時(shí)間統(tǒng)一步調(diào)。這樣，如果多個(gè)電機(jī)做多軸插補(bǔ)的時(shí)候，就可以參考精準(zhǔn)的時(shí)鐘信號(hào)統(tǒng)一時(shí)間采樣（采集命令數(shù)據(jù)），統(tǒng)一時(shí)間動(dòng)作，就像這樣：

每個(gè)從站都有一個(gè)自己的手表，像不像香港警匪片，長官說：現(xiàn)在對(duì)表，晚上8:50一起行動(dòng)（說的時(shí)候表情一定要嚴(yán)肅）。當(dāng)然，EtherCAT的時(shí)鐘（DC）對(duì)表可不是靠手撥的（是因?yàn)橥嗽O(shè)計(jì)撥鈕了？）， EtherCAT是通過復(fù)雜的機(jī)制計(jì)算各個(gè)從站之間的時(shí)鐘誤差，實(shí)時(shí)修正，保證各從站時(shí)間保持非常小的誤差（遠(yuǎn)小于1us，官方測試數(shù)據(jù)約20ns）。

（有圖有真相了吧，這次相信了吧）

再回到最初的問題，和脈沖電機(jī)對(duì)比的問題，脈沖驅(qū)動(dòng)雖然在同一時(shí)間收到了數(shù)據(jù)，但因?yàn)轵?qū)動(dòng)之間沒有辦法統(tǒng)一協(xié)調(diào)時(shí)鐘信號(hào)，所以從理論上肯定是不如EtherCAT的。當(dāng)然，實(shí)際上大部分應(yīng)用都制約在電機(jī)調(diào)試性能上，所以小伙伴們的感受并不明顯，和脈沖對(duì)比也是，和某千兆總線對(duì)比也是。但EtherCAT在底層已經(jīng)為精準(zhǔn)同步打好了基礎(chǔ)。（有的小伙伴可能說，別吹牛了，我都知道EtherCAT的下一代標(biāo)準(zhǔn)就是EtherCAT G，也是千兆總線，說明還是千兆更好。事實(shí)是EtherCAT G的設(shè)計(jì)并不是為了提高同步性的（目前已經(jīng)很好了），那它的意義是什么，將會(huì)在下一期中詳細(xì)介紹）。

除了以上的優(yōu)勢，EtherCAT還有很多其他優(yōu)勢，包括接線簡單，排查干擾方便，沒有丟脈沖的煩惱，傳輸數(shù)據(jù)豐富（例如絕對(duì)值數(shù)據(jù)，力矩狀態(tài)）等。

最后，當(dāng)然還是要為我們的正運(yùn)動(dòng)控制器做下廣告，正運(yùn)動(dòng)在國產(chǎn)控制器中最早支持EtherCAT，目前支持的從站最多，兼容性最好。

一、ZMC408CE產(chǎn)品亮點(diǎn)

1.高性能處理器，提升運(yùn)算速度、響應(yīng)時(shí)間和掃描周期等；

2.一維/二維/三維、多通道視覺飛拍，高速高精；

3.位置同步輸出PSO，連續(xù)軌跡加工中對(duì)精密點(diǎn)膠膠量控制和激光能量控制等；

4.多軸同步控制，多坐標(biāo)系獨(dú)立控制等；

5.EtherCAT同步周期可快至125us；

6.EtherCAT總線和脈沖軸混合插補(bǔ)；

7.直線插補(bǔ)、任意空間圓弧插補(bǔ)、螺旋插補(bǔ)、樣條插補(bǔ)等；

8.應(yīng)用靈活，可PC上位機(jī)開發(fā)，也可脫機(jī)獨(dú)立運(yùn)行；

二、ZMC408CE產(chǎn)品簡介

ZMC408CE是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)推出的一款高性能EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器，核心技術(shù)采用了先進(jìn)的FPGA技術(shù)，實(shí)現(xiàn)硬件位置比較輸出、精準(zhǔn)輸出功能，保證連續(xù)軌跡加工的出色性能和穩(wěn)定性，以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)捕獲的實(shí)時(shí)性，從而實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)控制和提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)。

ZMC408CE支持EtherCAT + 脈沖軸混合插補(bǔ)，可脫機(jī)或聯(lián)機(jī)運(yùn)行，軸數(shù)8-32軸可選，支持ZDevelop + 多種高級(jí)上位機(jī)混合編程，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、電子凸輪、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、連續(xù)軌跡加工和30+種機(jī)器人模型的控制。

軸數(shù)8-32軸可選；

板載EtherCAT，CAN，RS232，RS485，EtherNet，U盤接口；

板載24DI，其中4路高速色標(biāo)鎖存；

板載16DO，其中8路硬件比較輸出PSO，8路高速PWM；

專用的手輪輸入接口。

三、控制器多維多通道PSO應(yīng)用

1.二維PSO輸出示意圖

2.三維PSO輸出示意圖

四、控制器支持多種開發(fā)方式

支持PLC、Basic、HMI組態(tài)三種編程方式。PC上位機(jī)API編程支持C#、C++、LabVIEW、Matlab、Qt、Linux、VB.Net、Python等接口。

五、ZMC408CE應(yīng)用場景

適用于3C電子、半導(dǎo)體、新能源、光伏、汽車、醫(yī)療、點(diǎn)膠設(shè)備、流水線等領(lǐng)域的大型加工、裝配生產(chǎn)線上。

本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)時(shí)代，該如何選擇總線運(yùn)動(dòng)控制器？就分享到這里。

審核編輯：湯梓紅