正在工業(yè)機(jī)器人跟機(jī)床使用中，能夠波及正在特定空間內(nèi)精準(zhǔn)調(diào)和多個軸的挪動，以實(shí)現(xiàn)手頭的事情。機(jī)器人普通有6個軸，這些軸必需調(diào)和有序，若是有時候機(jī)器人沿軌道挪動，則會有7個軸。
正在CNC加工中，5軸調(diào)和很罕見，可是有些使用會用到多達(dá)12個軸，此中對象跟工件正在特定空間內(nèi)絕對挪動。每一個軸皆包括一個伺服驅(qū)動器、一個機(jī)電，有時候，正在機(jī)電跟軸討論，或許末尾執(zhí)行器之間會加裝一個變速箱。然后，體系經(jīng)由過程工業(yè)以太網(wǎng)互聯(lián)，普通采取LINE型拓?fù)洌敿?xì)如圖1所示。機(jī)電控制器將所需的空間軌跡轉(zhuǎn)換為每一個伺服軸所需的單個地位基準(zhǔn)，然后正在收集上輪回傳輸。
圖1.多軸機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季帧?/p>
節(jié)制周期
這些使用按界說的周期時間運(yùn)轉(zhuǎn)，這個工夫普通即是，或許是底層伺服電機(jī)驅(qū)動器的基波節(jié)制/脈寬調(diào)制(PWM)開關(guān)周期的幾倍。正在圖2所示的這類情況中，端到端網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)⒄`是一個緊張參數(shù)。正在每一個周期內(nèi)，機(jī)電控制器必需將新地位基準(zhǔn)跟其他相關(guān)信息傳輸給圖1中的各個節(jié)點(diǎn)。然后，PWM周期內(nèi)須要余留充足的工夫，以供每一個節(jié)點(diǎn)利用新地位基準(zhǔn)跟任何新傳感器數(shù)據(jù)去更新伺服控制算法計(jì)較。然后，各個節(jié)點(diǎn)經(jīng)由過程依賴于工業(yè)以太網(wǎng)和談的分布式時鐘機(jī)制，正在同一時間點(diǎn)將更新后的PWM矢量使用于伺服驅(qū)動器。依據(jù)詳細(xì)的節(jié)制架構(gòu)，部門節(jié)制回路算法可以正在PLC中實(shí)現(xiàn)，若是正在收集上吸收到任何相關(guān)傳感器信息更新后，須要充足的工夫才氣實(shí)現(xiàn)。
圖2.PWM周期跟收集傳輸工夫。
數(shù)據(jù)傳輸?shù)⒄`
五軸分揀機(jī)器人假定收集上獨(dú)一的流量是機(jī)床控制器跟伺服節(jié)點(diǎn)之間的周期性數(shù)據(jù)流，收集耽誤(TNW)由收集跳轉(zhuǎn)到最遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)的次數(shù)、收集數(shù)據(jù)速度跟每一個節(jié)點(diǎn)蒙受的耽誤決意。正在利用機(jī)器人跟機(jī)床時，線路招致的旌旗燈號傳輸?shù)⒄`可以疏忽，那是因?yàn)榫€纜長度普通絕對較短。次要的耽誤為帶寬耽誤；行將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄€路所需的工夫。關(guān)于最小的以太網(wǎng)幀，有關(guān)100Mbps跟1Gbps位速度的帶寬耽誤，請參考圖3。那便即是數(shù)據(jù)包尺寸/數(shù)據(jù)速度。關(guān)于多軸體系，從控制器到伺服器的典范數(shù)據(jù)有效載荷由各伺服器的4字節(jié)速率/地位基準(zhǔn)更新跟1字節(jié)控制器更新構(gòu)成，也就是說，6軸機(jī)器人的有效載荷為30個字節(jié)。當(dāng)然，有些使用的更新中包括更多信息，而且/或有更多軸，正在這些環(huán)境下，數(shù)據(jù)包的尺寸要大于最小尺寸。
圖3.最小長度以太網(wǎng)幀的帶寬耽誤。
除帶寬耽誤中，其他耽誤元素是因?yàn)橐蕴W(wǎng)幀經(jīng)由過程每一個伺服網(wǎng)絡(luò)接口的PHY跟單端口開關(guān)發(fā)生的。這些耽誤如圖4跟圖5所示，此中顯現(xiàn)幀挪動的部門是穿過PHY進(jìn)入MAC(1-2)，經(jīng)由過程方針地點(diǎn)剖析時，只須要對幀的前導(dǎo)跟方針部門停止計(jì)時管控。門路2-3a默示對以后節(jié)點(diǎn)有效載荷數(shù)據(jù)的截取，門路2-3b則默示幀向方針節(jié)點(diǎn)前進(jìn)的行程。圖4a只顯現(xiàn)傳輸給2-3a中的使用的有效載荷，圖4b則顯現(xiàn)被傳輸?shù)膸拇蟛糠?；那評釋以太網(wǎng)和談之間能夠存在纖細(xì)的差別。門路3b-4默示幀出站傳輸，經(jīng)由過程傳輸行列、經(jīng)由過程PHY，然后返回線纜。圖中所示的線路終端節(jié)點(diǎn)中沒有存在這類門路。這里假定采取縱貫數(shù)據(jù)包交流，而不是存儲轉(zhuǎn)發(fā)，后者的延遲時間更長，由于全部幀皆要計(jì)入開關(guān)，然后再被轉(zhuǎn)發(fā)。
圖4.幀耽誤：(a)單端口形式幀耽誤跟(b)線路終端節(jié)點(diǎn)。
圖5按工夫線顯現(xiàn)幀的延時元素，此中描寫了幀穿過一個軸節(jié)點(diǎn)的悉數(shù)傳輸工夫。TBW默示帶寬耽誤，TL_1node默示幀經(jīng)由過程單個節(jié)點(diǎn)的耽誤。除與位經(jīng)由過程線路停止物理傳輸，和計(jì)入地點(diǎn)位用于實(shí)行方針地點(diǎn)剖析相關(guān)的耽誤中，PHY跟開關(guān)組件耽誤是其他會影響體系內(nèi)的傳輸?shù)⒄`的因素。跟著線路上的位速度增長，節(jié)點(diǎn)數(shù)目增加，這些耽誤對全部端到端幀傳輸?shù)⒄`的影響會更年夜。
圖5.幀傳輸工夫線。
物流分揀機(jī)器人策略低耽誤解決方案
ADI推出了兩款新工業(yè)以太網(wǎng)PHY，公用于正在更普遍的環(huán)境溫度規(guī)模內(nèi)，正在嚴(yán)苛的工業(yè)前提下靠得住運(yùn)轉(zhuǎn)，具有精彩的功率跟耽誤規(guī)格。ADIN1300跟ADIN1200公用于辦理本文中提到的應(yīng)戰(zhàn)，成為工業(yè)使用的幻想取舍。有了fido5000及時以太網(wǎng)、多和談嵌入式單端口開關(guān)后，ADI公司開辟出了合用于確定性工夫敏感型使用的解決方案。
表1列出了PHY跟開關(guān)招致的耽誤，條件是假定吸收緩沖器剖析是以方針地點(diǎn)為根底，且假定采取100Mbps收集。
表1.PHY跟開關(guān)耽誤
舉例來說，將這些耽誤計(jì)入多達(dá)7個軸的線路收集，并將總有效載荷計(jì)入終極節(jié)點(diǎn)，總傳輸?shù)⒄`釀成
此中58×80ns默示前導(dǎo)跟方針地點(diǎn)字節(jié)被讀取后，余下的58字節(jié)有效載荷。
這項(xiàng)計(jì)較假定收集中不其他流量，或許收集可能優(yōu)先接見工夫敏感型流量。它正在某種程度上依附和談，依據(jù)詳細(xì)利用的工業(yè)以太網(wǎng)和談，計(jì)較得出的值會存在細(xì)小差別?；叵雸D2，將機(jī)械系統(tǒng)的周期時間降低至50μs至100μs時，將幀傳輸?shù)阶钸h(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)能夠占用全部周期的遠(yuǎn)50%，招致留給下一周期更新機(jī)電節(jié)制跟挪動控制算法計(jì)較的工夫削減。最大水平縮短那段傳輸工夫關(guān)于優(yōu)化機(jī)能而言十分緊張，由于它容許實(shí)行更長、更龐大的節(jié)制計(jì)較。鑒于與線路數(shù)據(jù)相關(guān)的耽誤是流動的，且與位速度相關(guān)，利用低耽誤組件（例如ADIN1200PHY跟fido5000嵌入式開關(guān)）將是優(yōu)化機(jī)能的要害，特別是正在節(jié)點(diǎn)數(shù)目增長，周期時間縮短時。轉(zhuǎn)而利用千兆以太網(wǎng)可以大幅降低帶寬耽誤形成的影響，可是會增長開關(guān)跟PHY組件招致的整體耽誤的比例。例如，采取千兆收集的12軸CNC機(jī)床的收集傳輸?shù)⒄`約為7.5μs。正在這類環(huán)境下，帶寬元素可以忽略不計(jì)，利用最小或最大以太網(wǎng)幀尺寸不會形成任何不同。收集耽誤大抵可以由PHY跟開關(guān)均分，跟著工業(yè)體系轉(zhuǎn)而采取千兆網(wǎng)速、節(jié)制周期時間縮短(WEtherCAT顯現(xiàn)的周期時間為12.5μs）、由于正在節(jié)制收集中增長以太網(wǎng)毗鄰的傳感器而招致節(jié)點(diǎn)數(shù)增長，和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳恍葳呌诒馄?，凸顯了最小化這些元素的耽誤的代價。
論斷
正在高性能多軸同步挪動使用中，節(jié)制時序要求十分精準(zhǔn)，存在確定性跟工夫關(guān)鍵性，要求最大水平縮短端到端耽誤，正在節(jié)制周期時間縮短，控制算法的復(fù)雜性增長時特別如斯。低耽誤PHY跟嵌入式縱貫開關(guān)是優(yōu)化這些體系的緊張組件。為辦理本文所述應(yīng)戰(zhàn)，ADI推出了兩款新的穩(wěn)重型工業(yè)以太網(wǎng)PHY，即ADIN1300(10Mb/100Mb/1Gb)跟ADIN1200(10Mb/100Mb)。
ADIN1200
自動分揀機(jī)器人簡稱IEC61000-4-5浪涌(±4kV)
IEC61000-4-4電快捷瞬變(EFT)(±4kV)
IEC61000-4-6傳導(dǎo)抗擾度(10V)
EN55032電磁輻射騷擾
EN55032傳導(dǎo)發(fā)射
5mm×5mm、32引腳LFCSP
額外工作溫度規(guī)模：-40°C至+105°C跟?40°C至85°C
139mW
MAC接口VDDIO電源電壓：3.3V/2.5V/1.8V
應(yīng)用3.3VVDDIO實(shí)現(xiàn)單電源供電
集成電源監(jiān)控跟POR
10BASE-Te/100BASE-TX兼容
MII、RMII跟RGMIIMAC接口
100BASE-TXRGMII耽誤發(fā)射：124ns，吸收250ns
100BASE-TXMII耽誤發(fā)射：52ns，吸收248ns
分揀機(jī)器人廠家EMC測試尺度
利用多電平引腳綁定的非托管設(shè)置
EEE合乎IEEE802.3az尺度
數(shù)據(jù)包肇端檢測撐持IEEE1588工夫戳
增強(qiáng)型鏈路檢測
可設(shè)置LED
晶振/時鐘輸入：25MHz
25MHz/125MHz同步時鐘輸出
小型封裝跟寬溫度規(guī)模
低功耗
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