EtherCAT总线在运动控制系统的应用课件

EtherCAT总线在运动控制系统中的应用驱动技术

2022/10/19

1EtherCAT总线在运动控制系统中的应用驱动技术全球40多个驱动产品制造商发布了具有EtherCAT接口的驱动器

全球850个EtherCAT会员单位AMKBECKHOFFCTDanaherKEBLTI（LUST）SEWStober鲍米勒力士乐伦茨百格拉正频驱动技术

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2全球40多个驱动产品制造商发布了具有EtherCAT接口的驱系统结构图I/OIPC伺服驱动EterhCAT总线驱动技术

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3系统结构图I/OIPC伺服驱动EterhCAT总线驱动技术EtherCAT是什么？超高速工业以太网超高速工业以太网

驱动技术

2022/10/19

4EtherCAT是什么？超高速工业以太网超高速工业以太网传输速率:2x100Mbaud（全双工）“火车”(以太网帧)不停地飞速行使100伺服轴(每个8ByteIN+OUT)：100μs=0.1ms分布于100节点的1000开关量I/O：30μs=0.03ms200模拟量I/O(16bit)：50μs,20kHz采样频率EtherCAT性能表现驱动技术

2022/10/19

5传输速率:2x100Mbaud（全双工）EtherSlaveDeviceEtherCATSlaveControllerSlaveDeviceEtherCATSlaveController运行原理：飞速传输的以太网协议在帧的传输过程中过程数据被提取或插入每个从站对过程数据的大小几乎无限制（1Bit…60Kbyte,

如果需要则使用几个以太网帧传输）每一个循环中帧的报文数据构成可以不同。如：超短循环时间用于轴数据，稍长循环用于I/O刷新并支持异步的、事件触发的通信驱动技术

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6SlaveDeviceEtherCATSlaveSlaEterhCAT协议架构logicalProcessimage:upto4GByte0232TelegramstructureEthernetHDRHDR1PLCDataHDR2NCDataHDRnDatanCRCPLCDataDatanNCDataSub-

Telegram1Sub-

Telegram2Sub-

TelegramnDVIIPC....驱动技术

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7EterhCAT协议架构logicalProcessimMSSSSSSSS∆tEtherCAT分布式时钟

(<<1μs同步精度）各个驱动器之间以及驱动和I/O之间精准同步(<<1μs!)—通过分布时钟的精确校准实现DVIIPC....伺服驱动EtherCAT总线I/O误差<1μs驱动技术

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8MSSSSSSSS∆tEtherCAT分布式时钟(<<BusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleTmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OEtherCAT从系统上突破了传统总线传统的总线数据传输----需要经过3次接力数据才能到达程序PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskIInputOutput最大输入读取时间：=I/O内部总线传输时间+现场总线传输时间+CPU传输到内存时间驱动技术

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9BusCycleBusCycleBusCycleBusTmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/O总线直达I/O，不再需要I/O内部总线到现场总线的接力.DMA直接将总线传上来的数据复制到内存，不再经过CPU.PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskI不再需要I/O内部总线不再需要特殊的主站接口BusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleEtherCAT：采用一网到底的结构驱动技术

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10TmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskIEtherCAT：采用一网到底的结构EtherCAT系统结构驱动技术

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11PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskITDMA(NIC)TEtherCATCycleTDMA

(timeforDatatransfer

from/toEthernetControllerperDirectMemoryAccess):

negligibleEtherCAT：采用一网到底的结构EtherCAT系统结构驱动技术

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12PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOI灵活的拓补结构I/OIPC伺服驱动EterhCAT总线驱动技术

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13灵活的拓补结构I/OIPC伺服驱动EterhCAT总线驱动技冗余功能:防止网络断线SlaveM-1RXTXRXTXSlave1RXTXRXTXSlaveNRXTXRXTXSlaveM+1RXTXRXTXJJJJ......MasterMAC1MAC2RXTXRXTXTXUnitTXRXUnitRX只需要两个以太网口，无需其他特殊硬件驱动技术

2022/10/19

14冗余功能:防止网络断线SlaveM-1RXTXRXTXS在EtherCAT上层的运动控制协议对于设备的控制EtherCAT采用经过大量实践检验的现有协议CANopenoverEtherCAT:I/O,驱动,阀导，等..SERCOSoverEtherCAT:用于伺服驱动CANopenDevice Device Device DeviceProfile Profile Profile ProfileA BC XOSILayer7:EtherCATSpec„CommunicationProfile“OSILayer2:EtherCATDataLinkLayerOSILayer1:EthernetPhysicalLayer(IEEE802-3) Bus-Line ?驱动技术

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15在EtherCAT上层的运动控制协议对于设备的控制Ethe不再需要专门的运动控制单元—成本更低、无轴数限制。超快的数据传输—可以让位置环周期控制在微妙级多轴精确同步，驱动和I/O之间精确同步<<1μs灵活的拓补结构出色的调试诊断性能网络线路冗余熟悉的设备控制协议—CANopenSercos—容易学习多主站之间实时数据交换EtherCAT不仅是驱动器外部总线还是驱动器内部总线—多个驱动器制造商采用EtherCAT作为驱动器内部总线EtherCAT不仅是运动控制总线还是I/O总线、传感器和执行器总线—周边产品齐全EtherCAT给运动控制系统带来的好处驱动技术

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16不再需要专门的运动控制单元—成本更低、无轴数限制。EtherEtherCAT在运动控制及其他方面的应用情况驱动技术

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17EtherCAT在运动控制及其他方面的应用情况驱动技术19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnologyEtherCAT被广泛应用从2003年以来EtherCAT应用 的节点数量在工业以太网中是 最多的。驱动技术

2022/10/19

1818/10/2022EtherCAT:EthernetC19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnologyEtherCAT应用场合需要快速的场合:运动控制例如：机器人、机械手液压/电子冲压机场加工中心木材价格设备包装设备印刷设备需要检测/测量的场合闭环控制驱动技术

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1918/10/2022EtherCAT:EthernetC19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例1：绕线机绕线机控制

驱动技术

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2018/10/2022EtherCAT:EthernetC19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例2：弯管机IWMAutomation:EtherCATandSafetyoverEtherCAT驱动技术

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2118/10/2022EtherCAT:EthernetC19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例3：灯具生产驱动技术

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2218/10/2022EtherCAT:EthernetC19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例子:机器人:时间上第一个用Java和EtherCAT控制的机器人.UniversityofLund,Sweden:Robotcontrollerimplemented

onstandardPCwith

RealTimeJava.例4：机器人控制

PhotousedwithpermissionfromCNETNetworks,Inc.,Copyright2007.Allrightsreserved.驱动技术

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2318/10/2022EtherCAT:EthernetC倍福基于EtherCAT的运动控制产品驱动技术

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24倍福基于EtherCAT的运动控制产品驱动技术20数字式紧凑型伺服驱动器AX20xx直线伺服电机ALxxxx数字式紧凑型伺服驱动器AX25xx同步伺服电机AM2000/AM3xxx数字式紧凑型伺服驱动器AX5xxx适用于高动态定位任务的驱动系统驱动技术

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25数字式紧凑型伺服驱动器AX20xx直线伺服电机ALxxxAX5000|

数字式紧凑型伺服驱动器

驱动技术

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26AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器驱动技术AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器技术亮点快速控制回路电流控制环：最快31.25µs速度控制环：最快62.5µs位置控制环：最快125µs高速EtherCAT系统通讯单通道或双通道伺服驱动器自由搭配多轴控制系统双通道驱动器可以自由匹配两个不同的电机直流母线技术和制动能源管理系统各种伺服电机接口：多种反馈接口支持各种伺服电机

支持大范围电机电流量程驱动技术

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27AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器技术亮点快速控制回路高速捕获输入

100…480VAC宽电压设计内置主滤波器内置安全功能（可选）重启锁定功能TwinSAFE：用于运动控制的智能安全功能设计紧凑，便于控制柜安装（深300mm）AX-Bridge–快速连接电源和直流母线灵活多变的冷却方案（无风扇，强制冷却，冷却板）AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器技术亮点驱动技术

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28高速捕获输入AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器技术亮电机反馈：旋转变压器电源100VAC…480VAC状态显示，例如轴轴标识符或故障信息电机反馈：Sin/Cos1Vss、TTL、单圈或多圈、EnDat、Hiperface、BiSS24VDC控制和制动电压8点数字量I/O，例如启用、限位开关、捕获输入、故障信息EtherCAT系统总线直流电源/直流母线可选的接口板用插槽，例如附加反馈制动控制/电机温度监控可选的重启锁定用插槽或可选的TwinSAFE安全卡Navigationstasten电机电路执行材质鉴定导航键（Enter,Up/Down）AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器功能特点驱动技术

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29电机反馈：旋转变压器电源100VAC…480VACAX51xx|单通道伺服驱动器单轴伺服驱动器，用于最大额定电流为25A的电机驱动技术

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30AX51xx|单通道伺服驱动器单轴伺服驱动器，用于最大驱AX5118,AX5125|额定输出电流分别为18A和25A新AX51xx|单通道伺服驱动器驱动技术

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31AX5118,AX5125|额定输出电流分别为18AX5118,AX5125|额定输出电流分别为18A和25A适用于电源、直流母线和控制电压的快速连接电源分配模块AX5911适用于AX5118

和AX5125

的快速连接电源分配模块AX5921适用于用于伺服驱动器的快速连接电源模块AX5901AX51xx|单通道伺服驱动器新驱动技术

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32AX5118,AX5125|额定输出电流分别为18AX52xx|双通道伺服驱动器双通道伺服驱动器，可以驱动两个电机，最大总电流为12A驱动技术

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33AX52xx|双通道伺服驱动器双通道伺服驱动器，可以驱动多种电机接口

AX5000驱动技术

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34多种电机接口基于PC控制和AX5000的运动控制系统驱动技术

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35基于PC控制和AX5000的运动控制系统驱动技术2应用于运动控制系统中的快速I/OexactreactiontimeInput:EL1252Output:EL2252SignalTime极高的时间分辨率10ns准确的时间控制<1µs驱动技术

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36应用于运动控制系统中的快速I/Oexactreaction快速信号采样,记录模拟量值|超采样模块超采样–极速检测PLC周期PLC周期检测周期驱动技术

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37快速信号采样,记录模拟量值|超采样模块超采样–极速多次输出模块exactoutputpulseOutput:EL2262SignalTime可在1个PLC扫描周期内输出多个脉冲的数字量模块。驱动技术

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38多次输出模块exactoutputpulseOutp带有细分功能的编码器模块EL5101EncoderSignalCycles

1234567

34567

3,054,65,86,87,6internalcountervaluewithoutMIvalue

withMI速度更平滑，控制更精确驱动技术

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39带有细分功能的编码器模块EL5101EncoderSigMicroIncrements(MI)XFC–eXtremeFastControlTechnologywithoutmicroIncrements:CycletimePositiontPositiont+1∆PositionSpeed1033313411145111561116711withmicroincrements:CycletimePositiontPositiont+1∆PositionSpeed103,053,053,0513,054,61,551,5514,65,81,21,215,86,81116,87,60,80,8驱动技术

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40MicroIncrements(MI)XFC–eX基于EtherCAT的运动控制产品适用于所有行业和工业应用领域

帮助用户实现更高性能的控制要求。谢谢大家！EtherCATThanks！EtherCAT驱动技术

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41基于EtherCAT的运动控制产品适用于所有行业和工业应用领EtherCAT总线在运动控制系统中的应用驱动技术

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42EtherCAT总线在运动控制系统中的应用驱动技术全球40多个驱动产品制造商发布了具有EtherCAT接口的驱动器

全球850个EtherCAT会员单位AMKBECKHOFFCTDanaherKEBLTI（LUST）SEWStober鲍米勒力士乐伦茨百格拉正频驱动技术

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43全球40多个驱动产品制造商发布了具有EtherCAT接口的驱系统结构图I/OIPC伺服驱动EterhCAT总线驱动技术

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44系统结构图I/OIPC伺服驱动EterhCAT总线驱动技术EtherCAT是什么？超高速工业以太网超高速工业以太网

驱动技术

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45EtherCAT是什么？超高速工业以太网超高速工业以太网传输速率:2x100Mbaud（全双工）“火车”(以太网帧)不停地飞速行使100伺服轴(每个8ByteIN+OUT)：100μs=0.1ms分布于100节点的1000开关量I/O：30μs=0.03ms200模拟量I/O(16bit)：50μs,20kHz采样频率EtherCAT性能表现驱动技术

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46传输速率:2x100Mbaud（全双工）EtherSlaveDeviceEtherCATSlaveControllerSlaveDeviceEtherCATSlaveController运行原理：飞速传输的以太网协议在帧的传输过程中过程数据被提取或插入每个从站对过程数据的大小几乎无限制（1Bit…60Kbyte,

如果需要则使用几个以太网帧传输）每一个循环中帧的报文数据构成可以不同。如：超短循环时间用于轴数据，稍长循环用于I/O刷新并支持异步的、事件触发的通信驱动技术

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47SlaveDeviceEtherCATSlaveSlaEterhCAT协议架构logicalProcessimage:upto4GByte0232TelegramstructureEthernetHDRHDR1PLCDataHDR2NCDataHDRnDatanCRCPLCDataDatanNCDataSub-

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TelegramnDVIIPC....驱动技术

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48EterhCAT协议架构logicalProcessimMSSSSSSSS∆tEtherCAT分布式时钟

(<<1μs同步精度）各个驱动器之间以及驱动和I/O之间精准同步(<<1μs!)—通过分布时钟的精确校准实现DVIIPC....伺服驱动EtherCAT总线I/O误差<1μs驱动技术

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49MSSSSSSSS∆tEtherCAT分布式时钟(<<BusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleTmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OEtherCAT从系统上突破了传统总线传统的总线数据传输----需要经过3次接力数据才能到达程序PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskIInputOutput最大输入读取时间：=I/O内部总线传输时间+现场总线传输时间+CPU传输到内存时间驱动技术

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50BusCycleBusCycleBusCycleBusTmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/O总线直达I/O，不再需要I/O内部总线到现场总线的接力.DMA直接将总线传上来的数据复制到内存，不再经过CPU.PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskI不再需要I/O内部总线不再需要特殊的主站接口BusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleBusCycleEtherCAT：采用一网到底的结构驱动技术

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51TmpdTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTI/OTIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskIEtherCAT：采用一网到底的结构EtherCAT系统结构驱动技术

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52PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskITDMA(NIC)TEtherCATCycleTDMA

(timeforDatatransfer

from/toEthernetControllerperDirectMemoryAccess):

negligibleEtherCAT：采用一网到底的结构EtherCAT系统结构驱动技术

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53PLCTaskOIPLCTaskOIPLCTaskOI灵活的拓补结构I/OIPC伺服驱动EterhCAT总线驱动技术

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54灵活的拓补结构I/OIPC伺服驱动EterhCAT总线驱动技冗余功能:防止网络断线SlaveM-1RXTXRXTXSlave1RXTXRXTXSlaveNRXTXRXTXSlaveM+1RXTXRXTXJJJJ......MasterMAC1MAC2RXTXRXTXTXUnitTXRXUnitRX只需要两个以太网口，无需其他特殊硬件驱动技术

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55冗余功能:防止网络断线SlaveM-1RXTXRXTXS在EtherCAT上层的运动控制协议对于设备的控制EtherCAT采用经过大量实践检验的现有协议CANopenoverEtherCAT:I/O,驱动,阀导，等..SERCOSoverEtherCAT:用于伺服驱动CANopenDevice Device Device DeviceProfile Profile Profile ProfileA BC XOSILayer7:EtherCATSpec„CommunicationProfile“OSILayer2:EtherCATDataLinkLayerOSILayer1:EthernetPhysicalLayer(IEEE802-3) Bus-Line ?驱动技术

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56在EtherCAT上层的运动控制协议对于设备的控制Ethe不再需要专门的运动控制单元—成本更低、无轴数限制。超快的数据传输—可以让位置环周期控制在微妙级多轴精确同步，驱动和I/O之间精确同步<<1μs灵活的拓补结构出色的调试诊断性能网络线路冗余熟悉的设备控制协议—CANopenSercos—容易学习多主站之间实时数据交换EtherCAT不仅是驱动器外部总线还是驱动器内部总线—多个驱动器制造商采用EtherCAT作为驱动器内部总线EtherCAT不仅是运动控制总线还是I/O总线、传感器和执行器总线—周边产品齐全EtherCAT给运动控制系统带来的好处驱动技术

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57不再需要专门的运动控制单元—成本更低、无轴数限制。EtherEtherCAT在运动控制及其他方面的应用情况驱动技术

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58EtherCAT在运动控制及其他方面的应用情况驱动技术19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnologyEtherCAT被广泛应用从2003年以来EtherCAT应用 的节点数量在工业以太网中是 最多的。驱动技术

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5918/10/2022EtherCAT:EthernetC19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnologyEtherCAT应用场合需要快速的场合:运动控制例如：机器人、机械手液压/电子冲压机场加工中心木材价格设备包装设备印刷设备需要检测/测量的场合闭环控制驱动技术

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6018/10/2022EtherCAT:EthernetC19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例1：绕线机绕线机控制

驱动技术

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6118/10/2022EtherCAT:EthernetC19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例2：弯管机IWMAutomation:EtherCATandSafetyoverEtherCAT驱动技术

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6218/10/2022EtherCAT:EthernetC19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例3：灯具生产驱动技术

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6318/10/2022EtherCAT:EthernetC19/10/2022EtherCAT:EthernetControlAutomationTechnology例子:机器人:时间上第一个用Java和EtherCAT控制的机器人.UniversityofLund,Sweden:Robotcontrollerimplemented

onstandardPCwith

RealTimeJava.例4：机器人控制

PhotousedwithpermissionfromCNETNetworks,Inc.,Copyright2007.Allrightsreserved.驱动技术

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6418/10/2022EtherCAT:EthernetC倍福基于EtherCAT的运动控制产品驱动技术

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65倍福基于EtherCAT的运动控制产品驱动技术20数字式紧凑型伺服驱动器AX20xx直线伺服电机ALxxxx数字式紧凑型伺服驱动器AX25xx同步伺服电机AM2000/AM3xxx数字式紧凑型伺服驱动器AX5xxx适用于高动态定位任务的驱动系统驱动技术

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66数字式紧凑型伺服驱动器AX20xx直线伺服电机ALxxxAX5000|

数字式紧凑型伺服驱动器

驱动技术

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67AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器驱动技术AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器技术亮点快速控制回路电流控制环：最快31.25µs速度控制环：最快62.5µs位置控制环：最快125µs高速EtherCAT系统通讯单通道或双通道伺服驱动器自由搭配多轴控制系统双通道驱动器可以自由匹配两个不同的电机直流母线技术和制动能源管理系统各种伺服电机接口：多种反馈接口支持各种伺服电机

支持大范围电机电流量程驱动技术

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68AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器技术亮点快速控制回路高速捕获输入

100…480VAC宽电压设计内置主滤波器内置安全功能（可选）重启锁定功能TwinSAFE：用于运动控制的智能安全功能设计紧凑，便于控制柜安装（深300mm）AX-Bridge–快速连接电源和直流母线灵活多变的冷却方案（无风扇，强制冷却，冷却板）AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器技术亮点驱动技术

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69高速捕获输入AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器技术亮电机反馈：旋转变压器电源100VAC…480VAC状态显示，例如轴轴标识符或故障信息电机反馈：Sin/Cos1Vss、TTL、单圈或多圈、EnDat、Hiperface、BiSS24VDC控制和制动电压8点数字量I/O，例如启用、限位开关、捕获输入、故障信息EtherCAT系统总线直流电源/直流母线可选的接口板用插槽，例如附加反馈制动控制/电机温度监控可选的重启锁定用插槽或可选的TwinSAFE安全卡Navigationstasten电机电路执行材质鉴定导航键（Enter,Up/Down）AX5000|数字式紧凑型伺服驱动器功能特点驱动技术

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70电机反馈：旋转变压器电源100VAC…480VACAX51xx|单通道伺服驱动器单轴伺服驱动器，用于最大额定电流为25A的电机驱动技术

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71AX51xx|单通道伺服驱动器单轴伺服驱动器，用于最大驱AX5118,AX5125|额定输出电流分别为18A和25A新AX51xx|单通道伺服驱动器驱动技术

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72AX5118,AX5125|额定输出电流分别为18AX5118,AX5125|额定输出电流分别为18A和25A适用于电源、直流母线和控制电压的快速连接电源分配模块AX5911适用于AX5118

和AX5125

的快速连接电源分配模块AX5921适用于用于伺服驱动器的快速连接电源模块AX5901AX51xx|单通道伺服驱动器新驱动技术

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73AX5118,AX5125|额定输出电流分别为18AX52xx|双通道伺服驱动器双通道伺服驱动器，可