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1、基于开放式基于开放式 EtherCATEtherCAT 总线的总线的 PCPC 数控系统数控系统朱鸿巍 19920111152814摘要：本文总体介绍了基于开放式 EtherCAT 总线的 PC 数控系统的性能特点及其运用情况，对市场上各种不同数控系统进行了对比，并对基于开放式EtherCAT 总线的 PC 数控系统的发展前景进行了分析。1 1 基于开放式基于开放式 EtherCATEtherCAT 总线的总线的 PCPC 数控系统的介绍数控系统的介绍1.1EtherCAT1.1EtherCAT 总线技术特点总线技术特点EtherCAT 是开放的实时以太网络通讯协议，最初由德国倍福自动化有限公
2、司(Beckhoff Automation GmbH) 研发。EtherCAT 为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT 建立了新的技术标准30 s 内可以更新1000个 I/O 数据，并利用以太网和因特网技术实现垂直优化集成。使用 EtherCAT，可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构，无需昂贵的基础组件。EtherCAT 还可以使用传统的交换机连接方式，以集成其它的以太网设备。其它的实时以太网方案需要与控制器进行特殊连接，而 EtherCAT 只需要价格低廉的标准以太网卡(NIC) 便可实现。EtherCAT
3、 拥有多种机制，支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之间的通讯,从站的输入数据插入到同一数据帧的相关报文中 当该数据帧经过所有从站并完成数据交换后，由 EtherCAT 系统的末端从站将数据帧返回如图所示，整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟发送和接受的以太帧压缩了大量的设备数据 可用数据率达 90%以上。它实现了安全功能，采用技术可行且经济实用的方法，使以太网技术可以向下延伸至 I/O 级。1.2EtherCAT1.2EtherCAT 总线的总线的 PCPC 数控系统数控系统目前，采用以太网化现场总线的数控系统已经大量应用在生产现场，基于开放式 EtherCAT 总线的 PC 数控系统具
4、有很好的通讯性能，接线简单，协议开发性好，I/O 响应速度快，等优点，但当前的主流的数控系统除了采用以太网化的现场总线，一般还混合采用多种总线，根据不同层次的需要使用不同的总线，EtherCAT 总线目前主要用于伺服部分。由于各种原因，EtherCAT 总线还没有实现“一网到底” ，典型的系统如： 西门子 SIEMENS 840Di,采用工业以太网和工厂以太网相连接，采用 profinet 连接现场控制设备，采用 profibus 连接数控系统 i/o、mcp、hmi 等，采用 driver CLiQ 连接驱动和电机单元。FANUC CNC 单元与伺服放大器之间的信号传输采用 FANUC 串行
5、伺服总线 FSSB 和高速HSSB，I/O 接口采用 Fanuc I/O Link 或 Profibus。其高档的 30i/31i/32i 系列还可选择 FL-net、PROFIBUS-DP、DeviceNet、I/O Link-II 等。2 2基于开放式基于开放式 EtherCATEtherCAT 总线的总线的 PCPC 数控系统与目前数控系统的对数控系统与目前数控系统的对比比2.12.1基于开放式基于开放式 EtherCATEtherCAT 总线的总线的 PCPC 数控系统数控系统国内已有华中数控数、浙大中控、大连光洋、沈阳高精、广州数控等都对基于以太网的现场总线技术的数控系统进行了研发。
6、且都是采用基于以太网物理层的技术路线。 华中数控在星形和环形网数控系统结构上都进行了探索性的研究，并与浙大中控合作进行了基于 EPA 的下一代数控系统体系结构的研究。华中世纪星 HNC-210 数控装置中伺服部分，广州数控 GSK 983M-S/V 加工中心数控系统伺服指令接口使用 EtherCAT，广州数控采用 EtherCAT 的 GSK 983M-S/V 性能及其参数如下：EMI 抑制：变压器隔离，节点间距离：100M，最小周期 125250us，带宽2100M，传送方式：全双工，抖动：1us。它的一些其他性能参数如下：存储空间： 3000KB、192 个零件程序 16 位 CPU，刷新
7、速度不太快，快移/进给速度：7600mm/min 30000mm/min（选配） ，直线 7600mm/min，宏功能相对比较完善，32 工位刀架，32 组刀补，PLC 功能内置，可实现各种自动刀架、主轴自动换档等控制，梯形图可编辑、上传、下载，I/O 口可扩展，41/42（带扩展 16/16） 。2.22.2各类型数控系统对比各类型数控系统对比西门子系统（高端）结构特点:数控装置采用模块化结构设计，经济性好，在一种标准硬件上，配置多种软件，使它具有多种工艺类型，满足各种机床的需要，并成为系列产品。采用SIMATICS系列可编程控制器或集成式可编程控制器，用SYEP编程语言，具有丰富的人机对话
8、功能，具有多种语言的显示。开放性:好性价比：性能较好，价格较贵，性价比一般可维护性：有完善的维护体系，但维护成本较高市场认知度：良好的市场认知度，享誉全球的品牌力量广州数控（中端）结构特点:广州数控各种系统的型号面板，操作界面，电气连接设计理念一脉相承，操作方便。开放性:一般性价比：性能能满足需要，价格适中，性价比好可维护性：国内产品，维护方便，价格适中市场认知度：国内数控系统第一品牌，在国内的知名度大凯恩帝系统（低端）结构特点:FANUC为模仿对象，不断在技术上取得进步和突破。在国内经济普及型系统中，是功能强大和稳定的系统。配套成熟，手轮，急停等功能按键都有做标准的。开放性:一般性价比：在性
9、能能满足需要的情况下，价格较便宜，性价比较高可维护性：国内产品，维护方便，价格适中市场认知度：在国内的认知度较大华中数控华中世纪星 HNC-210（部分应用EtherCAT 总线）结构特点:系统采用基于通用32位工业控制机和开放式体系结构，可充分利用PC的软硬件资源，二次开发容易，数控装置中伺服部分运用易于EtherCAT总线系统维护和更新换代、可靠性好。 开放性:好性价比：性能能满足需要，价格较便宜，性价比较高可维护性：国内产品，维护方便，价格适中市场认知度：华中数控力推产品，市场前景好3 3 基于开放式基于开放式 EtherCATEtherCAT 总线的总线的 PCPC 数控系统的发展前景
10、数控系统的发展前景基于开放式 EtherCAT 总线的 PC 数控系统拥有很好的通信性能，接线简单，协议开放性好，I/O 响应速度快，系统软硬件集成度高，并且系统能解决伺服运动控制系统中高密度实时数据的传输问题，能提高多电机伺服系统的实时通信性能，具有很好的应用前景。EtherCAT 总线性价比高，EtherCAT 比目前市场上常用的 PROFINET 更便宜，却要快 50 倍.EtherCAT 功能优越，可以完全兼容以太网，可将因特网技术嵌入到简单设备中，并最大化地利用了以太网所提供的巨大带宽，是一种实时性能优越且成本低廉的网络技术。经过多年的推广之后，工业以太网肯定会完全取代现场总线，因为工业以太网能让用户获取开发而低成本的价值，EtherCAT 总线不久后实现“一网到底”是一种大的趋势。
