各有所长的总线驱控谁能最终称霸运控市场

在传统运动控制系统中，一般以脉冲或者模拟量作为控制信号，将控制信号发送到电机驱动器中然后由电机驱动器驱动电机运行。这种模式下，上位机与电机驱动器通过大量的数字量或者模拟量IO连接。随着总线技术的发展，运控厂家将总线技术应用运动控制器中。上位机通过总线将运动参数传送至电机驱动器，再由电机驱动器驱动电机运行。

 

在总线运控系统中，上位机的总线通讯接口可以通过线性拓扑方式连接多个支持总线通讯的电机驱动器。较之传统控制系统，大大减少了接线数量与布线时间。同时总线模式下，通讯方式为数字式通信，可以不用考虑信号漂移问题，不像中脉冲信号和模拟量信号受到电磁干扰会导致信号失真。目前，常见的总线技术有，EhertCAT，RTEX，CCLINK，CANopen等等。

 

EtherCAT总线驱动

 

EtherCAT其实也就是工业以太网的一种开放架构现场总线系统。使用EtherCAT的成本非常低廉，任何带有以太网控制器的单元都可以作为EtherCAT主站，从站可以使用任意供应商提供的产品，当然也可以使用ETG（倍福公司旗下EtherCAT技术协会）提供的从站源码进行开发。

 

作为工业通信，低延时是必需的。EtherCAT采用分布式时钟，因此在实时性上是很优秀的。每个具有分布式时钟的从站周期性地与参考时钟进行同步消除误差，时间误差小于1us。在实时性上EtherCat相比于ProfiNet，ProfiBus之类是更突出的。

 

在运控领域，总线技术与驱动器二者相辅相成，我们直接从产品来看比较直观。这里以雷赛智能CL3-EC系列为例。CL3-EC系列是雷赛在闭环步进研发的基础上融合 EtherCAT 总线技术打造的高速总线型闭环步进驱动产品。

 

CL3-EC支持COE (CANopen over EtherCAT)协议，支持CSP、PP、PV、HM这些主流的控制模式。这一系列通过EtherCAT分布时钟的精准调整，同步误差低于15ns，同步抖动在±20ns区间内，在多轴的同步通信上很有优势。数据传输速度是双向100Mbps，1ms通信周期，不同于CANopen的是在通信周期小于1ms情况下EtherCAT支持250us的整数倍，当然，通信周期与上位机规格也息息相关。

 

（图源：雷赛智能官网）

 

总的来说，对于多轴应用，应用EtherCAT工业总线方案，在同步控制，实时数据传输上的确有显著优化。

 

RTEX总线驱动

 

RTEX是为了实现伺服电机控制更高的同步性、实时性，松下特定开发的网络总线系统。RTEX主要竞争力在高速和低成本上，省配线这种总线驱动都能做到的就不多提了。这里以松下旗下MINAS A6 家族伺服驱动器产品为例。

 

MADLT01NF驱动器可以对位置，速度，转矩，全闭环四个维度进行控制。RTEX支持CP控制模式，同时内嵌回零模式并支持USB串口调试功能。RTEX支持下的驱动器支持2路高速差分输入或者5路单端输入，同时进行两路单端隔离数字输出，响应频率为3.2 kHz。MINAS A6 系列的最高速度可达到6500r/min，指令更新周期也仅为1ms。

 

RTEX下3.2kHz的高响应带宽在面向高速度与高精度的运动控制场景，极大缩短系统响应时间，提高设备效率。

 

CANopen总线驱动

 

CANopen 是一个基于 CAN串行总线系统和 CAL的高层协议。不仅能够将总线负载减少到最低限度，还能确保极短的反应时间。它可以实现较高的通讯性能，减少了磁兼容性问题，并降低电缆成本。作为运控驱动的老牌，市面上几乎所有品牌的伺服驱动器都支持CANopen总线。

 

（图源：台达官网）

 

应用CANopen总线驱动器的产品实在太多，我这里选的是台达ASDA-A3为例来看看此类总线驱动的实力。A3是现在台达伺服系统高阶应用的代表作。

 

首先，A3响应带宽是3.1kHz，比起上面那位的高响应带宽也没有落下太多，实际应用上绝对能保证实时性。根据官网给出的测试图，A3拥有125 µs同步周期，几乎可以与命令做到同步拟合。A3可组成多达127轴的网络系统，最高通讯速率1Mbps。在远距离应用场合，CANopen驱动器仍旧能带来最稳定的发挥。

 

CC-Link总线驱动

 

CC-Link是以三菱电机为主导推出的开放式现场总线，特点在于其数据容量大,通信速度多级可选择，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。这里不讨论稍老一些的CC-Link IE Field以及经济型的CC-Link IE Field Basic，主要聚焦在最新的CC-Link IE TSN。

 

CC-Link IE TSN是三菱推出的新总线技术。TSN（时间敏感网络）是智能制造、工业互联网最焦点的技术之一。CC-Link IE TSN将千兆以太网带宽与TSN相结合，拓展了CC-Link IE基于工业以太网实现从信息层到应用层纵向整合的先进通信技术。CC-Link IE TSN 使用时间分割和时间同步的方式，实现了实时性和非实时通信的共存。

 

此类总线驱动，在网络内充分利用同步时间，在规定时间双方向同时发送通信帧，大幅缩短通信周期；在控制通讯内可组合通信周期内高速的控制和缓慢的控制，实现运控性能的最大化。

 

CC-Link IE TSN下驱动器最高通讯速率1Gbps ，数据传输速度是双向150Mbps。这已经是全面领先的技术参数了，另据悉此协议下的驱动最多可控轴数远超目前市面上的品类。具体可控轴数还未考证。

 

CC-Link IE TSN以其高度契合工业互联网的愿景的特性，在总线驱控领域产生了巨大的影响。很多工控企业均开始改用此通信协议。

 

小结

 

市面上还有很多类总线驱动器，如安川的Mechatrolink-III，B&R的Powerlink等等。值得一提的是三菱在国内市场竞争激烈的情况下，凭几款经典产品占据了足够大市场份额，这相当一部分功劳都得归功于总线驱动足够给力。

 

总线驱动器的选择当然不仅仅在于技术方面的指标属性，如带宽和传输速率这些；还应该包括一些软性指标，比如开放性，独立性，互通性等等，这些因素综合在一起才能决定哪一门类下的总线驱动能在市场中笑到最后。