时间：2021-08-26 18:59:10 | 来源：金年会官方网站入口登录
在工业机器人和机床运用中，或许触及在特定空间内精准和谐多个轴的移动，以完结手头的作业。机器人一般有6个轴，这些轴有必要和谐有序，假如有时候机器人沿轨道移动，则会有7个轴。在CNC加工中，5轴和谐很常见，可是有些运用会用到多达12个轴，其间东西和工件在特定空间内相对移动。每个轴都包括一个伺服驱动器、一个电机，有时候，在电机和轴接头，或许结尾执行器之间会加装一个变速箱。然后，体系经过工业以太网互联，一般选用LINE型拓扑，详细如图1所示。电机操控器将所需的空间轨道转化为每个伺服轴所需的单个方位基准，然后在网络上循环传输。
这些运用按界说的周期时刻运转，这个时刻一般等于，或许是底层伺服电机驱动器的基波操控/脉宽调制(PWM)开关周期的几倍。在图2所示的这种环境中，端到端网络传输推迟是一个重要参数。在每个周期内，电机操控器有必要将新方位基准和其他相关信息传输给图1中的各个节点。然后，PWM周期内需求余留满足的时刻，以供每个节点运用新方位基准和任何新传感器数据来更新伺服操控算法核算。然后，各个节点经过依靠于工业以太网协议的分布式时钟机制，在同一时刻点将更新后的PWM矢量运用于伺服驱动器。依据详细的操控架构，部分操控回路算法能够在PLC中完成，假如在网络上接收到任何相关传感器信息更新后，需求满足的时刻才干完成。
假定网络上仅有的流量是机床操控器和伺服节点之间的周期性数据流，网络推迟(TNW)由网络跳转到最远节点的次数、网络数据速率和每个节点遭受的推迟决议。在运用机器人和机床时，线路导致的信号传输推迟能够疏忽，这是由于线缆长度一般相对较短。首要的推迟为带宽推迟；行将数据传输到线路所需的时刻。关于最小的以太网帧（一般适用于机床和机器人操控），有关100 Mbps和1 Gbps位速率的带宽推迟，请参阅图3。这就等于数据包尺度/数据速率。关于多轴体系，从操控器到伺服器的典型数据有效载荷由各伺服器的4字节速度/方位基准更新和1字节操控器更新组成，也就是说，6轴机器人的有效载荷为30个字节。当然，有些运用的更新中包括更多信息，而且/或有更多轴，在这些情况下，数据包的尺度要大于最小尺度。
除了带宽推迟外，其他推迟元素是由于以太网帧经过每个伺服网络接口的PHY和双端口开关发生的。这些推迟如图4和图5所示，其间显现帧移动的部分是穿过PHY进入MAC(1-2)，经过方针地址剖析时，只需求对帧的前导和方针部分进行计时管控。途径2-3a表明对当时节点有效载荷数据的截取，途径2-3b则表明帧向方针节点跋涉的旅程。图4a只显现传输给2-3a中的运用的有效载荷，图4b则显现被传输的帧的大部分；这表明以太网协议之间或许存在纤细的差异。途径3b-4表明帧出站传输，经过传输行列、经过PHY，然后回到线缆。图中所示的线路终端节点中不存在这种途径。这儿假定选用直通数据包沟通，而不是存储转发，后者的推迟时刻更长，由于整个帧都要计入开关，然后再被转发。
图4 帧推迟：(a)双端口形式帧推迟和(b)线按时刻线显现帧的延时元素，其间描绘了帧穿过一个轴节点的悉数传输时刻。TBW表明带宽推迟，TL_1node表明帧经过单个节点的推迟。除了与位经过线路进行物理传输，以及计入地址位用于施行方针地址剖析相关的推迟外，PHY和开关组件推迟是其他会影响体系内的传输推迟的要素。跟着线路上的位速率添加，节点数量增多，这些推迟对整个端到端帧传输推迟的影响会更大。
ADI公司最近推出了两款新工业以太网PHY，专用于在更广泛的环境温度规模（最高105°C）内，在苛刻的工业条件下牢靠运转，具有超卓的功率和推迟标准。ADIN1300和ADIN1200专用于处理本文中说到的应战，成为工业运用的抱负挑选。有了fido5000实时以太网、多协议嵌入式双端口开关后，ADI公司开发出了适用于确定性时刻灵敏型运用的处理方案。
这项核算假定网络中没有其他流量，或许网络能够优先拜访时刻灵敏型流量。它在某种程度上依靠协议，依据详细运用的工业以太网协议，核算得出的值会存在细小差异。回忆图2，将机械体系的周期时刻下降至50 µs至100 µs时，将帧传输到最远的节点或许占用整个周期的近50%，导致留给下一周期更新电机操控和移动操控算法核算的时刻削减。最大程度缩短这段传输时刻关于优化功能而言十分重要，由于它答应施行更长、更杂乱的操控核算。鉴于与线路数据相关的推迟是固定的，且与位速率相关，运用低推迟组件（例如ADIN1200 PHY和fido5000嵌入式开关）将是优化功能的要害，特别是在节点数量添加（例如，12轴CNC机床），周期时刻缩短时。转而运用千兆以太网能够大幅下降带宽推迟形成的影响，可是会添加开关和PHY组件导致的整体推迟的份额。例如，选用千兆网络的12轴CNC机床的网络传输推迟约为7.5 µs。在这种情况下，带宽元素能够疏忽不计，运用最小或最大以太网帧尺度不会形成任何不同。网络推迟大致能够由PHY和开关均分，跟着工业体系转而选用千兆网速、操控周期时刻缩短(EtherCAT®显现的周期时刻为12.5 µs）、由于在操控网络中添加以太网衔接的传感器而导致节点数添加，以及网络拓扑不断趋于扁平，凸显了最小化这些元素的推迟的价值。
在高功能多轴同步移动运用中，操控时序要求十分精准，具有确定性和时刻要害性，要求最大程度缩短端到端推迟，在操控周期时刻缩短，操控算法的杂乱性添加时特别如此。低推迟PHY和嵌入式直通开关是优化这些体系的重要组件。为处理本文所述应战，ADI公司近期推出了两款新的稳健型工业以太网PHY，即ADIN1300 (10 Gb/100 Gb/1000 Gb)和ADIN1200 (10 Gb/100 Gb)。欲了解有关ADI物理层技能的更多信息，请拜访ADIN1300和/ADIN1200。欲了解有关ADI的 Chronous™ 工业以太网处理方案产品系列，以及它们怎么加速真实的工业以太网的速度，请拜访analog.com/chronous。
Dara OSullivan是ADI公司自动化、动力与传感器业务部电机和电源操控团队(MPC)的高档体系运用工程师。其特长范畴是沟通电机操控运用的功率转化和操控。Dara具有爱尔兰科克大学工程学士、工程硕士和博士学位。自2001年起，Dara便从事研讨、咨询和工业范畴的工业与可再生动力运用方面的作业。
