沈陽機床，中國最大的數控機床生產廠（chǎng）商，選擇EtherCAT作為其最（zuì）新（xīn）的i5智能數控機床控製平台的內部總線，並在伺服驅動器（qì）和IO設備上全麵實施（shī）了EtherCAT主站和EtherCAT從站。
   

      沈陽（yáng）機床
   

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

      沈陽機床（集團）設（shè）計研究院有（yǒu）限（xiàn）公司上海分公司（以下簡稱上海研究院）是沈陽機床（集團）有限公（gōng）司的子公司。自2007年立以來，上海研究院一（yī）直（zhí）在運動控製及雲製造領域進行探（tàn）索設計和大膽創新，致力於麵向機床行業的運動控製技術及雲製造技術（shù）的（de）產品研發和技（jì）術儲備，為客戶及相關行業帶來切實的利益和創新的動力。
   

      迄今為止，上海研究院針對沈（shěn）陽（yáng）機床集團（tuán）所涵蓋的業（yè）務領域內研發（fā）了一係列的（de）產品，包括數控係統、HSHA係列伺服驅動器（qì）及（jí）WIS車間信息係統等產品。
 

      i5智能數控機床采用（yòng）EtherCAT通信
   

        在中國數控機床展（CCMT） 2014上，沈陽機床自主研發的i5智能數控機床整體亮相，具有特征編（biān）程、圖形診斷、機床實時監控、遠程診（zhěn）斷、三維仿真、STEP編程等智能化功能，能夠（gòu）更好滿足市場的發（fā）展需求，為用戶提供（gòng）個性化的解決方案（àn）。預計“十二五（wǔ）”規劃末期,I5智能機床數控機床（chuáng）將實現訂單1萬台。
   

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

      i5控製平台由三類設（shè）備組成：NC控製器，HSHA係列伺（sì）服驅動器和I/O設備，沈（shěn）陽機床上海研究院負責整個控製平台的研發和實施。
    
  
  
      
      圖3： I5的（de）數控麵板——EtherCAT主（zhǔ）站
   

      i5控製（zhì）平台采（cǎi）用基於PC的理念，並搭載了由德國倍福（fú）（Beckhoff）研發開放的先進的實時工業（yè）以太網（wǎng）技術EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology），使用EtherCAT通（tōng）信總線建立了（le）數控係統與外部伺服驅動器，IO和操作麵板之間的高速實時數據交（jiāo）換通信。i5數控係統使用（yòng）公（gōng）司自主開（kāi）發的使用EtherCAT通信的高性能伺服驅動器和通用IO操作單元，以（yǐ）全部國產化的價格為用戶提供高檔（dàng）總（zǒng）線式控（kòng）製解決方案。
   

      為（wéi）何選用EtherCAT？
 

      除了（le）設備本身功能的實施，在研發初期，沈陽機床上（shàng）海研究院對總線選擇做出了預言和評估。因為i5平台要（yào）求通過以太網進行雲端管理，而基於以太網技術的物理層使得車間信息（xī）化（huà）的成本變得可（kě）以接受，現場設備間的互聯（lián）變得很簡單。因此，將目標鎖定了工業以太（tài）網的通信技術。
  
    
      
      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來說，雖然數控算法是最核心的技術。但是因為設計高端運動控製，因此（cǐ）對總線的要求也甚為苛刻。快速的傳輸時間，更高的同步性（xìng）是（shì）對總線最核（hé）心的（de）要求。沈陽機床對此的要求主要體現在同步（bù）性方麵，因為基礎（chǔ）的過程（chéng）數據對通信要（yào）求盡可能高的同步性和更低的（de）延遲性能（néng），從而足以滿足基本大類（lèi）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（huì）對數控（kòng）造成的影響。而（ér）EtherCAT除了眾所周知的“on the fly”通信機（jī）製（zhì）獲得（dé）的幾乎最快的通信時間（jiān）外，其分布（bù）式時鍾（zhōng）機（jī）製可以為（wéi）所有的從（cóng）站提供抖（dǒu）動約50ns的同步（bù）硬件時鍾，從而保證多（duō）軸軌跡插補控製時各進給軸動作的一致性，大大降低了加工的輪廓誤差；而（ér）且，從站支持同步輸出的特性，簡化了實時從站的電路設計和代碼編（biān）寫，加快了開發速度（dù），縮短（duǎn）了產品上（shàng）市時間。該（gāi）機製直接集成在協議中，方（fāng）便（biàn）實施和應用。
    

      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（miàn）向複雜應用和互聯的高級功能開發的過程變得相對容易（yì），使用EtherCAT郵箱通信（xìn）可以隨時傳輸伺服驅動器的所有參（cān）數，並且支持標準Ethernet數據（jù）幀的傳輸，實現標準IT的應用，便於與上層管理軟件的集（jí）成；
   

      與其他很多正（zhèng）在升級的行業一樣，數控係（xì）統供應商在研發（fā）可以提供高性能能加（jiā）工的功能的同時，還希望能降低研發成本。EtherCAT通信不需要交換機、路由器等有源（yuán）基礎設施組（zǔ）件，也不需要複雜的（de）IT知識。在數控係統上無需專用的昂貴的通信卡，而隻需要一個標準的以太網端口即可實現數（shù）據通信。而在外（wài）部設備從站上隻需要價格低廉的（de）ASIC芯片，或者可以把實現EtherCAT從站鏈路層的IP核集成到本來也需（xū）要的FPGA上。I5數（shù）控（kòng）係（xì）統為了綜合低的成本和開發的方便，在伺服驅動器上（shàng）使用了倍福（fú）公司（sī）的ASIC芯片，而在IO操（cāo）作站上（shàng）使用了FPGA IP核；使其在使用EtherCAT技術（shù）後，幾乎沒有增加任何硬（yìng）件成（chéng）本，性能就得以大（dà）大提升；
   

      麵對複雜的數控係統（tǒng）使（shǐ）用（yòng）現場，用戶對於（yú）設備現場可使（shǐ）用性的要求非常（cháng）高——高精靈活加工；極高效（xiào）；極可靠。而EtherCAT完全滿足了這些要求：使用EtherCAT通信替代傳統的模擬量控製方式，取（qǔ）消了模擬量（liàng）受到幹擾和衰減的（de）現象，極大提高（gāo）了數控係統的可靠性。尤其在中國目前的工廠條件下，用戶要（yào）求設備應用現場對環（huán）境溫濕度（dù）容限極高，中國南方夏季高溫高濕環（huán）境下無環控可直接運行；生產現場對電源/電磁環境無需額外提供任何保障。
   

      總結

      EtherCAT為機床的最終用戶帶來的最終效益顯而易見，這是（shì）沈陽機床源於采用基於PC和（hé）EtherCAT控製方式所導致的：
   

      ■ 機床性能的（de）提升（shēng）從而節約時間：可以將插補周期從4ms縮短到0.5ms，大大提高了數（shù）控係（xì）統的加工（gōng）速度和精度；快速的通（tōng）信係統也使得數控係統的PLC響應時間縮短為原來的（de）十分之一，提高了外部（bù）設備的（de）響（xiǎng）應性，縮短（duǎn）了加（jiā）工時間；
    

      ■ 降低生產的時間和成本：傳統（tǒng）的模擬量控製方式下，每（měi）個伺服驅動（dòng）器都需要由（yóu）數控係統發出模擬量控製信（xìn）號，並反饋編碼器（qì）信號，這就需要（yào）在數控係統上為每個伺服驅動器設置一個接（jiē）線（xiàn）端子（zǐ）和相應的電纜。由於（yú）電纜都不是標準定義（yì）的，因此需要生產廠（chǎng）家投入大量的人力物力進行生產。而現在從（cóng）數（shù）控係統到伺服係統和（hé）其他外設（shè）都使用標準的以太網線纜，可以直接從專業廠家（jiā）采購，降低（dī）了生產時（shí）間和成本。
   

      ■ 機（jī）床使用方便：EtherCAT靈活方便靈活的拓撲（pū）結（jié）構，易於配置和診斷（duàn）。一個EtherCAT網（wǎng）絡（luò）最多可支持（chí）65,535個設備，而（ér）不受在拓撲結構中放置位置（zhì）的限製，可以很方便地連接i5數控係統需要的（de）伺服驅動器、IO操作單元、操作麵板、光柵尺、編碼器、各種傳感器（qì）等（děng），使其真正成為“智能的大（dà）腦”。從站設備也不需（xū）要專門的撥碼開關進行地址配置，協議診斷可以定位到出錯的（de）設備。