RX72M单芯片EtherCAT伺服方案（上）概述与功能介绍

 

 

简介

随着工业4.0的发展，越来越多的终端设备迈向智能化、网络化。智能化要求终端设备具有高性能输出，能实时处理数据并做相应的反馈；而由于现场域数据量增大，传统的串口总线或者现场总线已经不能满足要求，如何在提高处理性能的同时，实现高速的网络通讯？

本文将介绍由瑞萨电子给大家带来基于瑞萨电子的RX72M产品的单芯片EtherCAT伺服参考设计方案（并由瑞萨电子的第三方合作伙伴睿德为委托设计）。

 

现场域（或叫现场层），这里主要是指OT域（运营技术）设备的应用场合，包括了原来现场总线（或者工业以太网）通讯的所有设备，如IO模块、伺服、传感器、减速器等。

 

RX72M的主要特性

■ 支持主流的工业网络通信协议，示例软件包括：EtherCAT、PROFINET RT、Ethernet/IP、Modbus TCP和作为工业以太网软件的OPC UA

■ 集成2通道的EtherCAT从站控制器

■ 高达240MHz主频和1396 CoreMark算力的性能，支持1MB SRAM

■ 带有双精度浮点运算单元以及专门针对马达控制的三角函数加速器，可实现sin, cos, 反三角函数以及开方根函数运算

■ 具有丰富的PWM控制输出以及模拟信号单元，支持多达2轴的电机驱动

■ 支持6通道的Delta-sigma调制器接口，支持电流环反馈信号

■ 支持多种封装，轻松实现小型化PCB设计

 

工业以太网通讯性能的增强在高性能CPU计算能力的加持下，对于工业应用并实现工业4.0至关重要，RX72M及其解决方案为广大客户提供了一个高性价比的产品，帮助客户减少开发成本，快速提供符合工业以太网通讯标准的解决方案并投放市场，RX72M是您值得信任的最佳选择！

 

下面让我们来看看本方案的具体规格跟操作吧。

 

目录

1. 概述

2. 功能介绍

3. 操作说明

4. 规范

 

1. 概述

1.1 概述

 

本方案介绍了基于RX72M的单芯片EtherCAT伺服控制板的硬件架构、电源和接口定义，EtherCAT通信的连接，以及通过TwinCAT3控制电机操作等。

该方案的控制板使用的主芯片型号：R5F572MDDDFB（RX72M 144脚 & 2M Flash版本）

该方案的驱动板使用交流220V电源，功率0.75kW，可以驱动AC220V 50W—400W的电机。

当前配置的电机是珠海凯邦电机，型号为BM0602A1PD-A，参数如下：

• AC：220V，额定电流：1.6A，最大电流：5.6A

• 额定输出功率200W，额定转矩0.64N·m

• 额定转速300rpm，最大转速600rpm

• 编码器：多摩川绝对值编码器，分辨率是单圈17位/多圈16位

软件开发环境：

• IDE: e² studio 2021-01

• 编译器：CCRX-V3.01

 

注意

断开电源后，一定要等点击电源指示灯D27熄灭后，才可以碰触驱动板。

 

1.2 整体架构

 

控制板硬件整体架构图如下：

图1 控制板整体架构图

 

图2 驱动板整体架构图

 

1.3 外观图

 

图3 驱动器整机图

 

图4 控制板图

 

2. 功能介绍

 

2.1 控制板主要器件列表（瑞萨）

 

图5 瑞萨器件列表

 

2.2 RX72M控制板介绍

 

图6 控制板接口图

 

2.2.1 仿真J2/烧录CON1接口

使用如下图的仿真口J2可以连接E1 / E2 Lite / EZ-Cube2等支持RX系列FINED通信的仿真器。

图7 仿真接口

 

1. 仿真模式：跳线J26跳线全部NC；J2仿真口连接E1 / E2 Lite / EZ-Cube2，可以使用FINE的模式仿真。

2. 在仿真的时候，如果使用仿真器给控制板供电，程序可以正常调试，但是因控制板部分电路是5V供电，部分功能可能不正常。

3. USB口烧录：跳线J26：1-2短接 / 3-4 短接，并使用USB线连接CON1和电脑，此时按仿真接口旁的复位按钮，MCU进入USB Boot模式，可以使用Renesas Flash Programmer连接板子烧录RX72M。

4. 没有连接交流驱动板的时候，可以使用CON1: USB口给控制板供电。

 

2.2.2 编码器接口J7

编码器接口，使用DB15母座，引脚定义如下表。

图8 编码器接口

 

1. 如果使用多摩川绝对值编码器：D+ / D- / 5V / GND（连接黄色部分）

2. 如果为增量型编码器，需要连接：A / B / Z，以及霍尔信号：U / V / W

 

2.2.3 I2C按键板接口J4

I2C按键板接口定义如下表。

表1 I2C按键板接口(J4)

 

2.2.4 SPI 接口J14

SPI接口定义如下表。

表2 SPI 接口(J14)

 

2.2.5 通信指示灯 (EtherCAT)

EtherCAT通信指示灯如下表。

表3 EtherCAT通信指示灯

 

2.2.6 UART接口J1

UART接口定义如下表。

表4 UART 接口(J1)

 

2.3 交流驱动板介绍

 

图9 交流驱动板接口介绍

 

2.3.1电源指示灯

交流驱动板上有两个红色指示灯，如上图位置，分别是D29红色指示灯，表示控制电源指示灯。

D27红色LED指示灯：电机电源指示灯。

 

注意

断开电源后，一定要等电机电源指示灯D27灭后，才可以碰触驱动板。

 

2.3.2 控制板与驱动板接口P2

下图是控制板驱动板的接口定义。

表5 驱动板接口定义 (P2)

 

说明：

1. IGBT温度：使用模拟信号A_T_IGBT。I2C接口预留，Pin4: SCL / Pin6: SDA

2. 母线电压：使用数字信号MCLK0 / MDAT0， A_V_PN是预留的模拟信号

3. 电流采样：

  V相：MCLK1/MDAT1

  W相：MCLK2/MDAT2

  A_IV / A_IW：是预留的模拟信号

4. FAN预留

5. +15V / -15V：为预留，控制板暂时不需使用

6. 5V：2A

7. 24V：500mA左右

 

2.3.3 电源/电机接口P4

图10 电源/电机接口定义图

 

• 接口：BHP 5-12-11.0-11/TML

• LA~LB：交流电压220V

• L1~L2：交流电压220V

• UVW：连接电机的UVW相

• P~AGND：如果L1~L2没有接入交流，也可以从P~AGND接入直流电压（<300V）

• EARTH：接入大地

 

注意

在连接AC交流电源时，EARTH信号需要接入插座大地信号。