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     實時通信技術(shù)正在成為潮流，Ethernet POWERLINK技術(shù)是其中最早被開發(fā)和投入使用的實時通信技術(shù)，從它的應(yīng)用中，我們可以知道，實時通信的重大意義和給我們帶來的巨大好處。

    1.Ethernet POWERLINK的起源

    Ethernet POWERLINK的起源就可以看到，Ethernet POWERLINK技術(shù)是為了實際的應(yīng)用需求而產(chǎn)生的，它不是一個在實驗室研究的技術(shù)，而是一個在2001年就被投入使用的技術(shù)，當(dāng)時，某知名乳制品制造商計劃開發(fā)一個大型的生產(chǎn)系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中有超過2000多個I/O點分布在40個I/O站上，而且有50個伺服軸，為了生產(chǎn)系統(tǒng)的高速運行，需要所有的數(shù)據(jù)刷新周期不能大于5mS，當(dāng)時，B&R為了這個系統(tǒng)開發(fā)了Ethernet POWERLINK技術(shù)，當(dāng)時達(dá)到的指標(biāo)是2.4mS。 

    今天，Ethernet POWERLINK技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個機(jī)器控制領(lǐng)域，提供高速高精度的生產(chǎn)設(shè)備控制，下面簡要介紹幾個典型的行業(yè)應(yīng)用
 

    2.Ethernet POWERLINK在CNC與機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用

     在工業(yè)應(yīng)用中，存在著很多對于實時性要求非常高的環(huán)境，例如：CNC和機(jī)器人系統(tǒng)、高動態(tài)同步的運動控制應(yīng)用、數(shù)據(jù)實時采集與測量、安全系統(tǒng)。流程工業(yè)中的監(jiān)控系統(tǒng)如SCADA、樓宇的BAS系統(tǒng)對于系統(tǒng)刷新的要求通常在100mS以上的級別，而輸送系統(tǒng)、回路調(diào)節(jié)如壓力、溫度、液位、流量通常在mS到數(shù)十個mS這個級別，而CNC與機(jī)器人則在uS～幾個10mS這個級別,對于高速同步的應(yīng)用則可能在uS級。    

                

   對于CNC系統(tǒng)而言，插補(bǔ)運算的結(jié)果需要通過總線送給各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，我們知道：

   ds=V*dt

   ds-加工精度

   V-加工速度

  Dt-刷新周期

   我們從這個簡單的方程中可以看到，例如我們對于加工速度為0.1mm的應(yīng)用而言，其進(jìn)給速度為0.1m/s的話，那么它的刷新速度需要達(dá)到1mS的刷新速度，如果插補(bǔ)周期越小則其加工的精度越高，而如果想在精度和進(jìn)給速度方面都要提高的話，則刷新周期就必須降低，通常高端的CNC機(jī)床的刷新周期都在uS級。

     而對于機(jī)器人系統(tǒng)更是如此，當(dāng)系統(tǒng)給定設(shè)定曲線后，機(jī)器人系統(tǒng)要將這些值轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的動作路徑，根據(jù)不同的機(jī)器人類型如SCARA,并行SCARA、全關(guān)節(jié)型機(jī)器人而言，這是不同形式的齊次方程求解的過程，結(jié)果將會送給每個伺服軸作為其旋轉(zhuǎn)角度的參量，同樣道理如果希望機(jī)器人的加工精度和速度得到提高其變換計算的速度與數(shù)據(jù)刷新的周期都必須得到大幅度提高。   

     在以前，沒有Ethernet POWERLINK這樣的技術(shù)之前，機(jī)器人系統(tǒng)的制造商都使用的是專用的CNC和機(jī)器人系統(tǒng)，其內(nèi)部的總線均為專用的總線系統(tǒng)，刷新周期甚至高達(dá)100uS以下，但是，這個是考慮到位置環(huán)運算也是由主站執(zhí)行的情況，而對于今天的智能型伺服驅(qū)動器例如B&R的ACOPOS而言，位置環(huán)的計算都在本地執(zhí)行Ethernet POWERLINK完全可以滿足其插補(bǔ)計算的高速響應(yīng)要求。   

                

    在Staubli、ABB、Comau等知名的機(jī)器人制造商的系統(tǒng)中,Ethernet POWERLINK構(gòu)成了數(shù)據(jù)交換的首選。
 

    2.Ethernet POWERLINK在高動態(tài)同步運動控制領(lǐng)域應(yīng)用

    2.1印刷套色與電子齒輪同步

    對于高動態(tài)同步控制而言，多個運動軸之間緊密的同步關(guān)系需要高速的總線提供各個軸的實時位置、速度等，由分布的運動單元自行計算其自身的位置環(huán)、速度環(huán)控制，例如在印刷機(jī)械的套色中，色標(biāo)檢測到偏差(?l1, ?l2,?l3,?l4,?l5)后直接送至當(dāng)?shù)氐奶幚韱卧M(jìn)行濾波、線性化、編碼處理通過Ethernet POWERLINK的實時通信發(fā)送至CPU的套色算法處理單元，該單元通過耦合和解耦運算再將每個伺服需要調(diào)整的相位角?θ1, ?θ2, ?θ3, ?θ4, ?θ5發(fā)送給每個伺服軸，伺服軸自身計算并作速度和位置環(huán)計算來控制電機(jī)的執(zhí)行，這個過程中，Ethernet POWERLINK提供了數(shù)據(jù)采集和指令下達(dá)的高速數(shù)據(jù)傳輸，使得各個伺服印刷單元之間的套色同步性得到保障。  

             

     通常,對于速度在300m/min的印刷系統(tǒng)而言，保持高于+/-0.1mm的印刷精度，其套色任務(wù)處理的周期在mS級，而為了保證這工藝計算的執(zhí)行，則通信周期必須達(dá)到uS級-即高一個數(shù)量級的方式傳遞才能確保控制任務(wù)的實時性處理。
 除了包含套色工藝的計算下，對于印刷機(jī)還要保持各個伺服軸之間的精確電子齒輪同步關(guān)系，出現(xiàn)偏差就是在為伺服單元提供一個微小的相位調(diào)整，而實際上它是通過一個設(shè)定的目標(biāo)值通過速度的調(diào)整來實現(xiàn)的，當(dāng)沒有偏差時，各個伺服軸之間也要嚴(yán)格遵循所設(shè)定的位置關(guān)系例如電子齒輪同步，均需要通過Ethernet POWERLINK來傳遞數(shù)據(jù)。 

    Ethernet POWERLINK技術(shù)在印刷領(lǐng)域里包括凹版無軸傳動、瓦楞紙開槽印刷、圓壓圓模切、寬幅柔版、窄幅柔版、衛(wèi)星式柔版、報紙印刷等大型印刷系統(tǒng)里得到了廣泛的應(yīng)用。相對而言，在各個領(lǐng)域的同步控制里，印刷機(jī)對于通信的實時性要求較為苛刻。

    2.2Ethernet POWERLINK在塑料機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用 
 
              

    在這個系統(tǒng)里，通過高速的實時以太網(wǎng)Ethernet POWERLINK，系統(tǒng)的開合模、射膠、熔膠、坐進(jìn)退實現(xiàn)了整個注塑過程的高速精度定位與同步，除了運動控制的定位控制本身需要高速的通信，另外，射膠、保壓等需要高精度的閉環(huán)控制，對于高速的全電動注塑機(jī)而言，其閉環(huán)控制任務(wù)周期通常在1～2mS,那么為了保證射膠和保壓的閉環(huán)精度，則通信的周期也必須達(dá)到uS級才可以。 

    同樣道理在全電動吹瓶機(jī)中，除了各個伺服軸的控制，壁厚控制的閉環(huán)算法也需要高速的通信來提供保證，以確保產(chǎn)品的高品質(zhì)。

   在流延膜生產(chǎn)線、高速分切機(jī)以及化纖紡絲等對實時性要求較高的機(jī)器上，POWERLINK均有上佳發(fā)揮。

    2.3Ethernet POWERLINK在紡織機(jī)械里的應(yīng)用

    細(xì)紗超長車，對于傳統(tǒng)的細(xì)紗機(jī)而言，其錠子數(shù)通常在500個，而考慮生產(chǎn)效率與質(zhì)量等因素，1500錠的細(xì)紗超長車系統(tǒng)也被開發(fā)了出來。

    在這個系統(tǒng)中前、中、后羅拉的長度較長，為了解決羅拉在旋轉(zhuǎn)過程中的機(jī)械扭曲，系統(tǒng)采用了在羅拉兩端的伺服驅(qū)動，即系統(tǒng)由三組，每組3個軸的系統(tǒng)構(gòu)成，這樣兩端的伺服系統(tǒng)必須保持高速的同步，否則就會造成紗線成型質(zhì)量的偏差，它們與主軸構(gòu)成跟隨的電子齒輪同步，而羅拉與鋼領(lǐng)板之間構(gòu)成電子凸輪曲線關(guān)系也需要Ethernet POWERLINK提供更高的凸輪關(guān)系的同步數(shù)據(jù)，這些復(fù)雜的運動關(guān)系必須依賴于Ethernet POWERLINK的數(shù)據(jù)通信才能實現(xiàn)羅拉兩端同步、羅拉與鋼領(lǐng)板的電子凸輪紗線成型算法、以及與主軸的同步跟隨關(guān)系，另外，在系統(tǒng)突然掉電的情況下，Ethernet POWERLINK還要保證各個軸之間的同步停車。  

              

    其它如在高速特里科經(jīng)編機(jī)的EBC（電子送經(jīng)）和ELS（電子橫移）控制中，尤其是在ELS中，針床的梳櫛之間的距離只有mm級，而要在微小的空間里移動，并且編織出花形變化非常大的織物，各個直線電機(jī)的極高動態(tài)響應(yīng)是其它總線無法實現(xiàn)的，其它如漿紗機(jī)的多單元同步、碳纖維高速卷繞頭、多軸向經(jīng)編機(jī)等等都有POWERLINK的應(yīng)用。

     Ethernet POWERLINK的大量使用顯示了實時通信技術(shù)的廣闊前景，除了高動態(tài)響應(yīng)要求，POWERLINK也可以應(yīng)用于其它對于冗余、熱插拔、安全系統(tǒng)的應(yīng)用中，隨著機(jī)器控制的要求越來越高，Ethernet POWERLINK技術(shù)也會更加廣泛的應(yīng)用。