总线型运动控制系统

基于EtherCAT技术的多轴运动控制系统张从鹏;赵康康【摘要】以EtherCAT通信技术为基础,设计了一种基于ARM和FPGA双核的EtherCAT总线式多轴运动控制系统.提出了STM32作为系统管理芯片,通过SPI通信控制ET1200从站控制芯片实现Eth-erCAT总线从站通信功能的解决方案;并采用FPGA作为协处理器,完成运动控制算法的实现和执行.完成了运动控制系统的硬件电路设计和软件开发,并制作了样机.经试验测试,实现了EtherCAT总线通信功能,采用TwinCAT完成了闭环运动控制,并且可以独立工作实现运动规划,满足工业控制工程中的应用要求.%An EtherCAT bus based multi axis motion control system was designed based on ARM and FPGA , after systemat-ically study on EtherCAT technology .The solution of main control chip STM 32 controlling ET1200 through SPI was presented .A motion control algorithm based on FPGA was developed .The specific hardware circuit and software of control system was de-signed, and a prototype was produced .The experiment demonstrates that the communication function of EtherCAT bus was real -ized, and the closed-loop motion control was completed by TwinCAT .Motion control system can work independently to achieve motion planning , meetting the application of industrial control in engineering .【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】5页(P115-118,122)【关键词】EtherCAT;多轴;STM32;运动控制;FPGA;插补算法;TwinCAT【作者】张从鹏;赵康康【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144;北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144【正文语种】中文【中图分类】TP23现代制造系统正朝着柔性化、开放化、网络化方向发展，覆盖多学科、多领域相关技术。

EEDC系列全球首创开闭环兼容意大利Ever Elettronica 自1977年成立来，专门从事运动控制产品的开发和应用推广，在欧洲同行业中居于技术领先地位。

全部产品均已实现智能化、数字化，并且具有各种通用的总线接口，如RS232/485、CANbus 、EtherCAT 等。

于Ever Elettronica 1997年获得ISO9001质量体系认证，硬件和软件的开发均以工业控制行业的最高标准为基础。

其控制技术拥有多项专利。

公司技术实力雄厚，所提供的步进电机控制系统广泛适用于欧美包装机械、纺织机械、食品机械、标贴机械、印刷机械、医疗设备等。

东莞市凯福电子科技有限公司自2003年成立来，扎根于运动控制领域，旨在将全球最顶尖的运动控制方案应用于中国装备。

10余年来，将全球最顶级的SHINANO 步进马达、Applied Motion Products 步进驱动器及步进伺服、DASEN 高精度旋转平台及直线电缸导入中国装备制造业。

在智能化步进控制、总线通讯控制、高精度机构运用领域，有着非常卓著的贡献，为中国装备制造的技术提升，提供了强大的技术保证。

两家公司2013年9月达成战略合作，致力将欧洲顶尖运动控制产品导入亚洲市场。

EEDC 步进驱动器便是两家公司合作的倾心之作，融汇了Ever Elettronica40年的研发积累和凯福的10余年运动控制行业应用经验。

该驱动器于2013年在欧洲面世，经过长达2年的欧2015洲市场的应用，我们于年将其引入中国，将EtherCAT 总线技术应用于国内各装备制造业，为控制技术的升级换代提供更安全、更高效的解决方案。

■ 总线控制主机Modbus RTU■ 自编程自有专利的EEPLC软件，友好的中文界面，简单易读的指令EEDC Modbus 型可通过EEPLC 软件进行各种编程，达到I /O 自编程控制、固定速度模式控制、模拟量速度模式控制、力矩模式控制、脉冲模式控制等。

基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统研究与开发一、本文概述随着工业自动化技术的快速发展，工业机器人在生产线上的应用日益广泛。

作为工业机器人的核心组成部分，控制系统的性能直接决定了机器人的运动精度、稳定性和工作效率。

EtherCAT总线作为一种高性能的以太网现场总线技术，以其低延迟、高带宽和易扩展等特点，在工业控制领域得到了广泛应用。

本文旨在研究并开发一种基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统，以提高工业机器人的运动性能和控制精度，满足日益增长的自动化生产需求。

本文将首先介绍EtherCAT总线技术的基本原理和特点，分析其在工业机器人控制系统中的应用优势。

接着，将详细阐述六轴工业机器人的运动学模型和动力学特性，为控制系统的设计提供理论基础。

在此基础上，本文将重点研究控制系统的硬件架构和软件设计，包括EtherCAT主从站的选择与配置、运动控制算法的实现以及实时通信协议的优化等。

还将探讨控制系统的稳定性、可靠性和实时性等问题，以确保系统在实际应用中的稳定运行。

本文将通过实验验证所设计的控制系统的性能，并与传统控制系统进行对比分析。

实验结果将展示基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统在运动精度、响应速度和负载能力等方面的优势，为工业自动化领域的技术进步做出贡献。

二、EtherCAT总线技术EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种专为工业自动化领域设计的实时以太网通信协议。

它基于标准以太网技术，通过优化数据传输和同步机制，实现了高性能、低延迟的通信，特别适用于对实时性要求极高的工业控制系统中。

高速数据传输：EtherCAT协议支持高达100Mbps的数据传输速率，确保控制系统能够实时处理大量数据。

确定性延迟：通过优化网络结构和数据传输方式，EtherCAT实现了微秒级的确定性延迟，这对于精确控制工业机器人等应用至关重要。

深圳正运动技术简介正运动技术专注于运动控制技术研究和通用运动控制软硬件产品的研发，是国家级高新技术企业。

正运动技术汇集了来自华为、中兴等公司的优秀人才，在坚持自主创新的同时，积极联合各大高校协同运动控制基础技术的研究，是国内工控领域发展最快的企业之一，也是国内少有、完整掌握运动控制核心技术和实时工控软件平台技术的企业。

正运动技术的运动控制产品包括2-24轴脉冲型嵌入式运动控制器、2-128轴总线型嵌入式运动控制器、2-24轴脉冲型网络运动控制卡、2-128轴总线型PCI运动控制卡、2-32轴视觉运动控制一体机、人机界面、各类扩展模块等。

正运动技术的运动控制产品支持凸轮、点位、直线、圆弧、空间圆弧、椭圆、螺旋等运动功能，单控制平台插补最多支持24轴，最多24个机台联动协作;支持连续插补、样条曲线插补、S曲线加减速、运动暂停、小圆限速、自适应前瞻、在线变速、在线变位、反向间隙和螺距补偿、虚拟轴/运动叠加、运动中同步动作、脉冲闭环、编码器硬件锁存、硬件PWM输出、高速硬件位置同步输出(PSO)、掉电保护等功能;绝大多数运动控制产品内置了旋转台、Delta、Scara、协作臂等多关节运动控制算法，可轻松满足30多种机械手独立或叠加应用;总线型运动控制产品支持RTEX、EtherCAT等多种运动控制总线，可实现多种总线轴和脉冲轴的混合插补运动，在性能和稳定性方面均处于国内领先地位。

正运动技术的视觉运动控制器一体机，在运动功能的基础上叠加了视觉定位、测量、轮廓匹配和二维码/条码检测等机器视觉功能，极大地降低了机器视觉应用的门槛，硬件高集成小体积，软件一站式易开发。

正运动技术的运动控制产品具备优异的开发性，除支持各种操作系统和编程语言调用函数库自由开发外，持续完善All In One的国产工业应用开发软件平台ZDevelop，可支持一站式HMI开发、Basic/梯形图混合运动开发、机器视觉开发等，可实时仿真和在线跟踪Debug，缩短开发周期，降低开发风险。

步进电机总线控制与脉冲控制的区别
摘要: 步进电机是靠接收脉冲电流来实现速度、位置和方向的控制，脉冲的多少决定步进电机的位置，脉冲的速率决定电机的转速，脉冲的方向决定电机的转向。

现在大多数步进电机的控制方式就是用plc 发脉冲给驱动器，驱动器驱动...
步进电机是靠接收脉冲电流来实现速度、位置和方向的控制，脉冲的多少决定步进电机的位置，脉冲的速率决定电机的转速，脉冲的方向决定电机的转向。

现在大多数步进电机的控制方式就是用plc 发脉冲给驱动器，驱动器驱动电机运转。

脉冲型方式已经存在了几十年，对于一些应用要求比较高的场合脉冲型已经不能满足需求，需要总线型来控制。

对于需要使用很多电机的场合，比如很多医疗器械都有二三十个轴，如果使用脉冲型一是不好控制，一个plc 最多也就可以控制六七个轴，电机一多就需要多个上位机，对空间体积要求比较大，而大多医疗器械体积就比较小巧紧凑，二是电机多了脉冲型布线很难，线路一多就存在信号干扰问题导致设备不稳定。

如果使用总线型就只需要两根信号线和电源线把所有电机串联起来就搞定，设计和安装都非常方便，也不会存在大量布线的信号干扰问题。