工業(yè)自動化通信協(xié)議轉(zhuǎn)換與運動控制深度結(jié)合的工程實踐

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，不同通信協(xié)議間的數(shù)據(jù)互通常成為技術(shù)難點。某智能倉儲項目中，工程師通過EtherCAT主站轉(zhuǎn)Profinet網(wǎng)關(guān)連接匯川伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)了機械臂搬運軌跡的精準(zhǔn)控制，其中輪廓加減速度功能使貨物搬運效率提升23%，這一案例揭示了協(xié)議轉(zhuǎn)換與運動控制深度結(jié)合的工程價值。

支持Profinet與EtherCAT雙向通信的協(xié)議網(wǎng)關(guān)（如XD-ECPNM20型號），本質(zhì)上承擔(dān)著工業(yè)數(shù)據(jù)協(xié)議翻譯器的角色。該設(shè)備通過嵌入式芯片實時解析Profinet IO數(shù)據(jù)報文，將其轉(zhuǎn)換為EtherCAT主站可識別的過程數(shù)據(jù)對象（PDO），傳輸速率可達每周期1ms，如同在兩種通信協(xié)議間架設(shè)了直連高速公路。實際應(yīng)用中，網(wǎng)關(guān)的Configuration Manager軟件可將西門子PLC的Profinet網(wǎng)絡(luò)參數(shù)自動映射至EtherCAT從站設(shè)備，避免了傳統(tǒng)方案中PLC需額外處理協(xié)議棧的算力消耗。

在匯川伺服驅(qū)動器的二次開發(fā)中，工程師需先刪除原有封裝軸模塊，通過SoftMotionLight CiA402軸重構(gòu)控制架構(gòu)。上位機通過Sml_Basic函數(shù)庫發(fā)送目標(biāo)位置（8000脈沖）、基準(zhǔn)速度（3000rpm）及S型加減速曲線參數(shù)，伺服內(nèi)置的軌跡發(fā)生器隨即生成連續(xù)的位置指令，其原理類似車輛起步時平緩加速、停車時漸進減速，有效抑制了機械臂運動時的慣性震動。某汽車焊裝線實測數(shù)據(jù)顯示，采用7段S曲線算法后，機械臂末端抖動幅度由±1.2mm降至±0.3mm。

軟件配置包含三大步驟：

使用TIA Portal建立Profinet網(wǎng)絡(luò)拓撲，分配設(shè)備名稱

在EtherCAT主站轉(zhuǎn)Profinet網(wǎng)關(guān)配置工具中導(dǎo)入EDS文件，建立輸入輸出數(shù)據(jù)映射表

PDO映射如下圖所示，從0開始偏移16個位那么第二條就是從16開始偏移8個位那第三條就是從24開始，就這樣依次類推

在TIA Portal軟件上面可以看到分配的Q地址是64開始的那就是從64開始2個字節(jié)是第一條，66開始一個字節(jié)是第二條，67開始2個字節(jié)是第三條，69開始4個字節(jié)是第四條

項目實施后的維護數(shù)據(jù)顯示，采用該架構(gòu)的設(shè)備平均無故障時間（MTBF）達到8600小時，較傳統(tǒng)脈沖控制方案提升41%。值得關(guān)注的是，在2024年某鋰電設(shè)備展會上，采用同類方案的六軸協(xié)作機器人實現(xiàn)了0.02mm級重復(fù)定位精度，其平滑的加速度曲線控制能力已接近國際一線品牌水平。這預(yù)示著國產(chǎn)伺服系統(tǒng)與工業(yè)通信技術(shù)的融合創(chuàng)新正打開新的應(yīng)用空間。

審核編輯 黃宇