串列式数位伺服运动控制及工业控制自动化乙太网路技术简介new

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1、串列式數位伺服運動控制及工業控制自動化乙太網路技術簡介IntroductionofDigitalServoMotionControlandEtherCATTechnology工業技術研究院機械所汪曙峰吳承學關鍵字串列式數位伺服運動控制，分散式控制，工業控制自動化乙太網路技術KeywordsDigitalServoMotionControl,DistributedControl,EthernetforControlAutomationTechnology(EtherCAT)摘要本文針對了ProfiNET,SERCOS,SynqNet等數種業界既有的開放性串列

2、伺服運動控制技術之規格架構、通訊協議、傳輸媒介做一綜觀性之說明簡述，並對新一代以乙太網路架構為基礎的現場匯流排技術EtherCAT做了概括性之介紹。AbstractThearticlepresentsasurveyoffullydigitalservocontroltechnologyandillustratestheirsystemarchitecture,protocol,andcommunicationinterfaces,etc.Moreover,thenextgenerationEthernet-basedfieldbussystemtechno

3、logy,EtherCAT,isintroducedinthesecondhalfofthisarticle.前言資訊產業的持續進步與網路通訊技術的大幅提升，使得以即時通訊介面為基礎的新世代工業自動化設備快速而蓬勃地發展。傳統的自動化設備與工具機台所使用的伺服控制技術因面臨了多軸同步與即時性能不佳、解析度不足，並受限於配線繁多及雜訊干擾等問題，因而利用串列式伺服控制透過即時通訊系統，並經由網路媒介傳遞純數位訊號與控制參數，應用於工業自動化控制系統中的各式通訊傳輸協定，遂於近年來逐一被提出。諸如CANopen、Real-TimeEthernet、SERCOS

4、而至EtherCAT等新一代開放性技術甚或SSCNET、F2等自訂之封閉式獨立規格，採用此類串列式伺服控制之通訊協定而應用於工業自動化設備的網路系統是一個共通的趨勢，其主要優點為配線容易、節省成本、抗干擾性、遠端控制，並可發展更高速度高精度的運動控制技術，進而帶動新的控制架構─分散式控制(Distributedcontrol)伺服驅動系統。所謂的分散式控制就是將系統中各個獨立的控制單元，利用串列式伺服運動控制技術的概念加以整合，以取代一個大型的單一控制系統。因此分散式控制有以下之優點[1~3]：1.系統中的每個單元均具獨立性，易於模組化的建立與設計，達到更

5、好的系統整合控制效果。2.系統的彈性增加，減低系統建構和維護的困難，達到更靈活的系統應用。3.系統的強韌性增加，當一控制單元損壞時，不至於影響到整個控制系統。4.配合高速之微處理器，建構具平行處理能力的系統，提升整體效能。串列式伺服運動控制通訊協定有鑑於上述之發展趨勢，全球控制器廠商或是相關學界也都致力於開發具有即時通訊伺服功能的通訊介面和產品。其中如SERCOS、ProfiNET、SynqNet、DeviceNet、EthernetPowerlink、Modbus、CANbus…等均是具公開標準或推廣協會所開發之開放式網路通訊協定，然許多世界性之伺服器大

6、廠並不採用此類開放式標準協議，如日本三菱電機(MITSUBISHI)的SSCNET、松下電器(Panasonic)的F2、日本安川(Yaskawa)的MechatroLink…等仍就採獨立開發而自行定義的封閉式通訊協定。雖然沒有共通的通訊協定標準，但是對於技術需求與目標均是一致的[4]，即期望達到：一、即時性：必須在固定的週期時間內完成傳輸控制命令，因此傳輸週期須達到0.1ms至5ms以內。二、有彈性：可選擇非週期性的傳送接收伺服命令、伺服驅動參數與周邊I/O資料。三、抗干擾性：藉由數位傳輸並加入錯誤檢測碼的機制，降低雜訊干擾。本節將列舉出目前市場上具公開

7、標準、佔有率較高且為開放式架構的幾項串列式伺服控制技術，介紹其架構、規格與通訊傳輸方式。PROFINET現場匯流排(Fieldbus)技術提供製程自動化、工廠自動化或移動控制所需的工業通訊。它使用的是銅線材、光纖甚至是無線等各種媒介的工業通訊系統，透過串列傳輸的方式把各式各樣的裝置(如致動器、驅動器、換能器或感測器等)連結到中央控制管理系統。PROFINET就是利用此種概念，不僅可水平提供應用現場層級的通訊功能，也能夠同時垂直供應跨越好幾個階層的通訊能力。此外，PROFINET是具備多種電路層(electrical-layer)選項的伺服網路標準之ㄧ，最常

8、應用於自動化設備的PROFINET電路層即為RS-485標準通訊介