實(shí)時(shí)通信技術(shù)正在成為潮流，Ethernet POWERLINK技術(shù)是其中最早被開(kāi)發(fā)和投入使用的實(shí)時(shí)通信技術(shù)，從它的應用中，我們可以知道，實(shí)時(shí)通信的重大意義和給我們帶來(lái)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(shí)際的應用需求而產(chǎn)生的，它不是一個(gè)在實(shí)驗室研究的技術(shù)，而是一個(gè)在2001年就被投入使用的技術(shù)，當時(shí)，某知名乳制品制造商計劃開(kāi)發(fā)一個(gè)大型的生產(chǎn)系統，在這個(gè)系統中有超過(guò)2000多個(gè)I/O點(diǎn)分布在40個(gè)I/O站上，而且有50個(gè)伺服軸，為了生產(chǎn)系統的高速運行，需要所有的數據刷新周期不能大于5mS，當時(shí)，B&R為了這個(gè)系統開(kāi)發(fā)了Ethernet POWERLINK技術(shù)，當時(shí)達到的指標是2.4mS。 

    今天，Ethernet POWERLINK技術(shù)已經(jīng)被廣泛應用于各個(gè)機器控制領(lǐng)域，提供高速高精度的生產(chǎn)設備控制，下面簡(jiǎn)要介紹幾個(gè)典型的行業(yè)應用
 

    2.Ethernet POWERLINK在CNC與機器人領(lǐng)域的應用

     在工業(yè)應用中，存在著(zhù)很多對于實(shí)時(shí)性要求非常高的環(huán)境，例如：CNC和機器人系統、高動(dòng)態(tài)同步的運動(dòng)控制應用、數據實(shí)時(shí)采集與測量、安全系統。流程工業(yè)中的監控系統如SCADA、樓宇的BAS系統對于系統刷新的要求通常在100mS以上的級別，而輸送系統、回路調節如壓力、溫度、液位、流量通常在mS到數十個(gè)mS這個(gè)級別，而CNC與機器人則在uS～幾個(gè)10mS這個(gè)級別,對于高速同步的應用則可能在uS級。    

                

   對于CNC系統而言，插補運算的結果需要通過(guò)總線(xiàn)送給各個(gè)執行機構，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(gè)簡(jiǎn)單的方程中可以看到，例如我們對于加工速度為0.1mm的應用而言，其進(jìn)給速度為0.1m/s的話(huà)，那么它的刷新速度需要達到1mS的刷新速度，如果插補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(huà)，則刷新周期就必須降低，通常高端的CNC機床的刷新周期都在uS級。

     而對于機器人系統更是如此，當系統給定設定曲線(xiàn)后，機器人系統要將這些值轉化為機器人的動(dòng)作路徑，根據不同的機器人類(lèi)型如SCARA,并行SCARA、全關(guān)節型機器人而言，這是不同形式的齊次方程求解的過(guò)程，結果將會(huì )送給每個(gè)伺服軸作為其旋轉角度的參量，同樣道理如果希望機器人的加工精度和速度得到提高其變換計算的速度與數據刷新的周期都必須得到大幅度提高。   

     在以前，沒(méi)有Ethernet POWERLINK這樣的技術(shù)之前，機器人系統的制造商都使用的是專(zhuān)用的CNC和機器人系統，其內部的總線(xiàn)均為專(zhuān)用的總線(xiàn)系統，刷新周期甚至高達100uS以下，但是，這個(gè)是考慮到位置環(huán)運算也是由主站執行的情況，而對于今天的智能型伺服驅動(dòng)器例如B&R的ACOPOS而言，位置環(huán)的計算都在本地執行Ethernet POWERLINK完全可以滿(mǎn)足其插補計算的高速響應要求。   

                

    在Staubli、ABB、Comau等知名的機器人制造商的系統中,Ethernet POWERLINK構成了數據交換的首選。
 

    2.Ethernet POWERLINK在高動(dòng)態(tài)同步運動(dòng)控制領(lǐng)域應用

    2.1印刷套色與電子齒輪同步

    對于高動(dòng)態(tài)同步控制而言，多個(gè)運動(dòng)軸之間緊密的同步關(guān)系需要高速的總線(xiàn)提供各個(gè)軸的實(shí)時(shí)位置、速度等，由分布的運動(dòng)單元自行計算其自身的位置環(huán)、速度環(huán)控制，例如在印刷機械的套色中，色標檢測到偏差(?l1, ?l2,?l3,?l4,?l5)后直接送至當地的處理單元進(jìn)行濾波、線(xiàn)性化、編碼處理通過(guò)Ethernet POWERLINK的實(shí)時(shí)通信發(fā)送至CPU的套色算法處理單元，該單元通過(guò)耦合和解耦運算再將每個(gè)伺服需要調整的相位角?θ1, ?θ2, ?θ3, ?θ4, ?θ5發(fā)送給每個(gè)伺服軸，伺服軸自身計算并作速度和位置環(huán)計算來(lái)控制電機的執行，這個(gè)過(guò)程中，Ethernet POWERLINK提供了數據采集和指令下達的高速數據傳輸，使得各個(gè)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行，則通信周期必須達到uS級-即高一個(gè)數量級的方式傳遞才能確?？刂迫蝿?wù)的實(shí)時(shí)性處理。
 除了包含套色工藝的計算下，對于印刷機還要保持各個(gè)伺服軸之間的精確電子齒輪同步關(guān)系，出現偏差就是在為伺服單元提供一個(gè)微小的相位調整，而實(shí)際上它是通過(guò)一個(gè)設定的目標值通過(guò)速度的調整來(lái)實(shí)現的，當沒(méi)有偏差時(shí)，各個(gè)伺服軸之間也要嚴格遵循所設定的位置關(guān)系例如電子齒輪同步，均需要通過(guò)Ethernet POWERLINK來(lái)傳遞數據。 

    Ethernet POWERLINK技術(shù)在印刷領(lǐng)域里包括凹版無(wú)軸傳動(dòng)、瓦楞紙開(kāi)槽印刷、圓壓圓模切、寬幅柔版、窄幅柔版、衛星式柔版、報紙印刷等大型印刷系統里得到了廣泛的應用。相對而言，在各個(gè)領(lǐng)域的同步控制里，印刷機對于通信的實(shí)時(shí)性要求較為苛刻。

    2.2Ethernet POWERLINK在塑料機械領(lǐng)域的應用 
 
              

    在這個(gè)系統里，通過(guò)高速的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Ethernet POWERLINK，系統的開(kāi)合模、射膠、熔膠、坐進(jìn)退實(shí)現了整個(gè)注塑過(guò)程的高速精度定位與同步，除了運動(dòng)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(dòng)注塑機而言，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到uS級才可以。 

    同樣道理在全電動(dòng)吹瓶機中，除了各個(gè)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(lái)提供保證，以確保產(chǎn)品的高品質(zhì)。

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

    2.3Ethernet POWERLINK在紡織機械里的應用

    細紗超長(cháng)車(chē)，對于傳統的細紗機而言，其錠子數通常在500個(gè)，而考慮生產(chǎn)效率與質(zhì)量等因素，1500錠的細紗超長(cháng)車(chē)系統也被開(kāi)發(fā)了出來(lái)。

    在這個(gè)系統中前、中、后羅拉的長(cháng)度較長(cháng)，為了解決羅拉在旋轉過(guò)程中的機械扭曲，系統采用了在羅拉兩端的伺服驅動(dòng)，即系統由三組，每組3個(gè)軸的系統構成，這樣兩端的伺服系統必須保持高速的同步，否則就會(huì )造成紗線(xiàn)成型質(zhì)量的偏差，它們與主軸構成跟隨的電子齒輪同步，而羅拉與鋼領(lǐng)板之間構成電子凸輪曲線(xiàn)關(guān)系也需要Ethernet POWERLINK提供更高的凸輪關(guān)系的同步數據，這些復雜的運動(dòng)關(guān)系必須依賴(lài)于Ethernet POWERLINK的數據通信才能實(shí)現羅拉兩端同步、羅拉與鋼領(lǐng)板的電子凸輪紗線(xiàn)成型算法、以及與主軸的同步跟隨關(guān)系，另外，在系統突然掉電的情況下，Ethernet POWERLINK還要保證各個(gè)軸之間的同步停車(chē)。  

              

    其它如在高速特里科經(jīng)編機的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(dòng)，并且編織出花形變化非常大的織物，各個(gè)直線(xiàn)電機的極高動(dòng)態(tài)響應是其它總線(xiàn)無(wú)法實(shí)現的，其它如漿紗機的多單元同步、碳纖維高速卷繞頭、多軸向經(jīng)編機等等都有POWERLINK的應用。

     Ethernet POWERLINK的大量使用顯示了實(shí)時(shí)通信技術(shù)的廣闊前景，除了高動(dòng)態(tài)響應要求，POWERLINK也可以應用于其它對于冗余、熱插拔、安全系統的應用中，隨著(zhù)機器控制的要求越來(lái)越高，Ethernet POWERLINK技術(shù)也會(huì )更加廣泛的應用。