沈陽機床，中（zhōng）國最大（dà）的數控機床生產廠商，選擇EtherCAT作為其最新的i5智能數控機床控製（zhì）平台的內部總線，並在（zài）伺服驅動器和IO設（shè）備上全麵實（shí）施了EtherCAT主站（zhàn）和EtherCAT從（cóng）站（zhàn）。
   

      沈陽機床
   

      沈陽機床（集團）有限公司擁有中國規模最大的（de）綜合性機（jī）床製造廠和國家級數控機床開（kāi）發製造基地（dì），其（qí）工藝手段（duàn）、裝備實力達到國際先進水平，主導產品300多種，規格千餘種，市場覆蓋全國，並出口80多個國家和地區，機床（chuáng）產銷量多年來始終居國內同行業首位。
   

      沈陽機床（集團）設計研究（jiū）院有限公司上海分公司（sī）（以下簡稱上海研究院）是（shì）沈陽機床（chuáng）（集團）有限公司的子（zǐ）公司。自2007年立以來，上海研究院一直在運動控製（zhì）及雲製造（zào）領域進行探索（suǒ）設計和大膽創新，致力於麵向機床行業的運動控製技術及雲製造（zào）技術的產品研發和技術儲備，為客戶及相關行（háng）業帶來切實的利益和創新的動力。
   

      迄今為止，上海研究院（yuàn）針對沈陽機床集團所涵蓋的業務領域內（nèi）研發了（le）一係列的產品，包括數（shù）控係統、HSHA係列伺服驅動器及WIS車間信息係（xì）統等產品。
 

      i5智能數控（kòng）機床采用EtherCAT通信
   

        在中國數控機床展（CCMT） 2014上，沈陽機床自主研發的i5智（zhì）能數控機床（chuáng）整（zhěng）體亮相，具有特征編程、圖（tú）形診斷、機床實時監控（kòng）、遠程（chéng）診斷、三維（wéi）仿真、STEP編程等智能化功能，能夠更好滿足市（shì）場的（de）發（fā）展需求，為用戶提供個性化的解決方案。預計“十二五”規劃末期,I5智能機床數控機（jī）床將實現訂單1萬台。
   

      i5實現了（le）5大功能：Industry、Information、Internet、Integrate、Intelligent，即工業化、信息化、網絡（luò）化、智能化、集成化（huà）的有效集成。
  
    
      
 
      圖1：i5平台架構圖。注：在此圖中EtherCAT縮寫為（wéi）ECAT
  
       
      
 
      圖（tú）2：i5機床的數控係統架構
   

      i5控製平台（tái）由（yóu）三類（lèi）設備組成：NC控製器，HSHA係列伺服驅動器和I/O設備，沈陽機床上海研（yán）究院負責整個控製平台的研發和實（shí）施。
    
  
  
      
      圖3： I5的數控麵板——EtherCAT主站
   

      i5控製平台采用基於（yú）PC的理念，並搭載（zǎi）了由德國倍福（Beckhoff）研發開放的先進的實時工業以太網技術EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology），使用（yòng）EtherCAT通信總線建立了數控係統（tǒng）與外部（bù）伺服驅動（dòng）器，IO和操（cāo）作麵板之間的高速實時數（shù）據交換通信。i5數控係統使用公司自主開發的使用EtherCAT通信的高性能伺服驅動器和（hé）通用IO操作單元，以全部國產化的價格為用（yòng）戶提供高檔總線式控製解決方案。
   

      為何選用EtherCAT？
 

      除了設備本身功能的實施，在研發（fā）初期，沈陽機床（chuáng）上海研究院對（duì）總線選擇做出了（le）預言和評估。因為i5平台要（yào）求通過以太網進行雲端管（guǎn）理，而基於以（yǐ）太網（wǎng）技術的（de）物（wù）理層使得車間信息化的成本變得可以接受，現場設（shè）備間的互聯變得很簡單。因此，將目標鎖（suǒ）定了工業以太網的（de）通信技（jì）術。
  
    
      
      圖4： HSHA係列伺服驅動器——EtherCAT從站
    

      
      圖5：I/O設備——EtherCAT從站
   

      而對於i5來（lái）說，雖然數控算法是最核心的技術。但是因為設計高端運動（dòng）控製，因此對總線的要求也甚為（wéi）苛刻。快速的傳輸（shū）時間，更高的同步性是對總線最核心的要求。沈陽機床（chuáng）對此的（de）要（yào）求主要（yào）體（tǐ）現（xiàn）在同步性方麵，因為基礎的過程數據對（duì）通信要求盡可能高的同步性和更低的延遲性能，從而足以滿（mǎn）足（zú）基本大類的數控機床運動控製和過程控製的需求，無需擔心總線性能會對數控造成的影響。而EtherCAT除了眾所（suǒ）周知的“on the fly”通信機製獲得（dé）的幾乎（hū）最快的通信時間外，其分布式時鍾機製可以為所有的從站提供抖動約50ns的同步硬件時鍾，從而（ér）保證多軸軌跡插補（bǔ）控（kòng）製時各進給軸動作（zuò）的一致性，大大降低了加工的輪（lún）廓誤（wù）差；而且，從站支持同步輸出的特性，簡（jiǎn）化了實時從（cóng）站的電路設計和代碼（mǎ）編寫（xiě），加快了開發速度，縮短了產（chǎn）品上（shàng）市時間。該（gāi）機製直接集成在協議中（zhōng），方便實施和（hé）應用。
    

      因為i5中很多算法的know how開發（fā），而EtherCAT支持的郵箱協議使得麵向（xiàng）複雜應用和互（hù）聯的高（gāo）級功能開發的過（guò）程變得相對容易，使用EtherCAT郵箱通信可以隨時（shí）傳輸伺服驅動器的所有參數，並且支持標準Ethernet數據幀的（de）傳輸，實現標準IT的應用，便於與上層管理軟件的（de）集成；
   

      與其他很多正在升級的行業一樣，數控係統供應商在研發可以提供高性能能加工的功能的同時，還希望能降（jiàng）低（dī）研發成本。EtherCAT通信不需要交換機、路由（yóu）器等有源基礎設施（shī）組件，也不需要複雜的（de）IT知識。在數控係統上無需（xū）專用的昂貴的通信卡，而隻需要一個標準（zhǔn）的以太網端口即可實現數（shù）據通信。而在外部設備從站上隻需要價格（gé）低廉的ASIC芯片，或者可以把實現EtherCAT從站鏈路層的（de）IP核集成到本（běn）來也需要的FPGA上。I5數控係統為了綜合低的成（chéng）本和開發（fā）的方便，在伺服（fú）驅動器上使用了倍（bèi）福公（gōng）司的ASIC芯片（piàn），而在（zài）IO操作站上使用了FPGA IP核；使其在（zài）使用EtherCAT技術後，幾乎沒（méi）有（yǒu）增加任何硬件成本（běn），性能就得以大大提升；
   

      麵對複雜的數控係統（tǒng）使用現場，用戶對於設備現場可使用性的（de）要求非常高——高精靈活加工；極高效（xiào）；極可靠。而EtherCAT完全滿足了這些（xiē）要求：使用EtherCAT通信替代傳統的模擬（nǐ）量控製方式，取消了模（mó）擬量受到（dào）幹擾和衰減的現象，極大提高了數控係（xì）統的可靠性。尤其在中國目前（qián）的工廠條件下，用戶要（yào）求設（shè）備應用現場（chǎng）對環境溫濕度容限極高，中國南方夏季（jì）高溫高濕環境下無環控可直接（jiē）運（yùn）行；生（shēng）產現場對（duì）電源/電磁環境無需額外提供任何（hé）保障。
   

      總結

      EtherCAT為機床（chuáng）的最終用戶帶來的最終（zhōng）效益顯（xiǎn）而易見，這是沈陽（yáng）機床源（yuán）於采用基於PC和EtherCAT控製方式所導致的（de）：
   

      ■ 機床性能（néng）的提升從而節（jiē）約時間：可以將插補周期從4ms縮短到0.5ms，大（dà）大提高了數控係統的加工速度和（hé）精度；快速的通信係統也使得數控係統（tǒng）的PLC響應時間縮短（duǎn）為原來的十（shí）分之一（yī），提高了（le）外部（bù）設備（bèi）的（de）響應性，縮短了加工時間；
    

      ■ 降（jiàng）低（dī）生（shēng）產的時間和成本：傳統的模擬量控製方式下，每個伺服驅（qū）動器都需要由數控係統發（fā）出模擬量控製信號，並反饋編碼器信（xìn）號，這就需要在數控係統上為每個伺服驅動器設置一個接線端子和相應的電纜。由於（yú）電纜都不是標準定義的，因此需（xū）要生（shēng）產（chǎn）廠家投入大量的人力物力進行生產。而現在從數（shù）控係統（tǒng）到伺服係統和其他外設都使用標準的以太網線纜，可以直接從專業廠家采購，降低了生產時間和成本。
   

      ■ 機床使用方便：EtherCAT靈活方便靈活的拓撲結構，易於配置和診斷。一個（gè）EtherCAT網絡最多可支持65,535個設備，而不（bú）受在拓撲結構中放置（zhì）位置的限製，可以很方便地連接i5數控係統需（xū）要的伺服驅動器、IO操作單元、操作麵板、光柵尺、編碼器、各種（zhǒng）傳感器等，使其真正成（chéng）為“智能的大腦（nǎo）”。從站設備也不需要專門的撥碼開關（guān）進行地址配置，協議診（zhěn）斷可以定位到出錯的設備。