【200个电机驱动】如何快速搭建柔性自动生产线？

基于EtherCAT总线的电机驱动器，可为几百个电机的自动生产线应用提供高速、精确、灵活和可靠的通信和控制解决方案，有助于提高生产效率、降低成本并增强系统的性能和可靠性。

 

在工业自动化生产线中，电机是必不可少的执行部件，有时一个自动化生产线可能需要控制几十甚至几百个电机。系统中需要控制如此多的电机，此时既要保证系统的实时性，还要方便系统的扩展、维护和工程师进行系统的设计和开发，选用EtherCAT总线通讯的驱动器控制电机目前来说是最好的选择。EtherCAT（以太网控制自动化技术）可以控制步进电机实现高精度的定位和运动，EtherCAT与步进电机的结合可实现高精度、高效率的运动控制，适用于各种工业自动化和机械控制应用。

 

 

 EtherCAT在电机驱动的应用

 

EtherCAT在电机应用中具有以下优势：

1. 支持高速的数据传输，具有极低的延迟，能够实现快速的控制循环，从而提高了电机控制的实时性和精度。
2. 提供了精确的同步机制，使得多个电机能够以高精度的方式进行同步运动，适用于需要精确协同工作的应用。
3. 支持多种拓扑结构，如线型、星型、树形等，可以根据实际需求灵活配置，降低了布线的复杂性。
4. 具有良好的可扩展性，可以轻松地添加或删除电机节点，适应不同规模的系统。
5. 提供了丰富的诊断功能，可以实时监测电机的状态和参数，快速定位故障，提高了系统的可靠性和维护效率。
6. 采用了时分复用技术，保证了数据传输的实时性和确定性，适用于对时间要求严格的电机控制应用。
7. EtherCAT是一种开放的工业以太网标准，支持不同厂商的设备之间的互操作性，例如可以快速接入DI、DO、模拟量采集等模块，更加方便系统集成。
8. 由于EtherCAT使用以太网作为物理底层，利用以太网的优势，可以减少线缆数量，降低系统成本。

实际应用中可能还有以下需求：

小体积，结构紧凑，在最小的体积下集成最多的从站。

易于安装和维护。

更灵活的扩展，可快速增加和减少电机数量。

安装更加简洁，降低布线的复杂性。

为满足个性化的电机驱动需求，广州致远电子推出插板式电机驱动系统，该系统采用EtherCAT总线通讯，支持高速的数据传输，具有极低的延迟，能够实现快速的控制循环，从而提高了电机控制的实时性和精度。从站电机驱动模组为59mm*50mm的小尺寸模块，采用40脚2.54mm标准排针接口。用户可按需自行设计制作分线底板，驱动器插在底板上通过EtherCAT网络级联，总线最多可扩展65535个从站设备。

图1 致远电子插板式电机驱动系统方案框图

表1 致远电子EtherCAT电机驱动器

驱动器其他参数：

1/2/4/8/16/32/64/128/256细分选择；

CiA402运动控制协议，支持CSP/PP/HM/PV模式；

3个数字输入，1组ABZ正交编码输入；

开环或编码器闭环控制可选。

图2 ZMD-E1050ECT电机驱动器

 快速实现200个电机驱动应用设计 1. 选择一个拓扑结构

EtherCAT可以有多种拓扑结构，可以使用线型、环型、树型等拓扑结构，下面介绍使用致远电子ZMC900E主站控制器，线型拓扑实施200个电机驱动器系统（若要较高的实时性，可使用多个ZMC900E主站控制器。若要做冗余设计，可选用致远电子的HPCIe-2E主站卡），系统框图如图3所示。

图3 200个EtherCAT电机驱动器系统框图

ZMC900E EtherCAT主站控制器 是广州致远电子股份有限公司开发的最新一代智能总线型控制器，是面向工厂智能化时代的机器控制器。其采用工业领域内先进的嵌入式 ARM 方案，集实时操作系统、智能算法于一身，以 EtherCAT 工业以太网协议为向导，可以快速、有效、便捷的构建数控智能化设备，以适应工厂智能化、信息化产业的变革。
 

图4 ZMC900E EtherCAT主站控制器

致远电子 PCIe EtherCAT通讯卡 是一款基于PCIe的EtherCAT总线通讯接口卡。其采用工业领域内先进的FPGA控制方案，通讯速度极高，实时性很强。支持MiniPCIE、PCIe半卡、PCIe全卡设计，可兼容任何类型的3.3 V/DC MiniPCIE和PCIe插槽。

 

2. 底板设计

ZMD-E1050ECT驱动器的典型应用框图如图6所示，底板设计只需选择合适自己的接线端子，将线引出即可使用。由于EtherCAT网络是通过PCB连接，省去了网线，结构可以设计得非常紧凑。

图6 ZMD-E1050ECT典型应用框图

EtherCAT网口电路参考电路如图7所示，在干扰较大的环境下，可使用集成隔离变压器的RJ45接口。

图7 网口设计加隔离变压器

通常情况下数字输入接口通过无源开关接GND2即可，若外部需要接PLC、NPN型的接近开关等有源信号，可使用普通的光耦进行电平转换，参考电路如图8所示：

图8 数字输入电路

使用ZMD-E1050ECT电机驱动器，只需简单搭建外围电路即可实现多电机应用，分线底板根据使用场景自行设计，使用非常灵活，在较小空间内可布置200个电机驱动，致远电子的20电机控制系统评估底板如图9所示：

图9 电机控制系统