摘要：本文旨在介紹EP3E伺服驅動器在總線型數控上的應用，同時為客戶提供一套完整的基于PowerLink總線的數控系統的系統解決方案。

1.前言

國內數控產業(yè)已經走過了20多年的時間，一直都采用脈沖或者模擬量控制的方式，隨著中國制造業(yè)產業(yè)水平的提升，對數控系統提出了新的要求，加工精度要求越來越高，加工效率要求的提升，而且需要系統維護簡潔，配線方便。

只支持脈沖或者模擬量控制的國產數控系統面臨如下六大技術的挑戰(zhàn)：

A.非總線型數控系統的硬件設計復雜：

非總線型數控系統，每個軸端子的硬件接口對應一個伺服軸，如果數控系統需要采用8軸以上的配置，數控系統的軸端子的硬件接口設計將會非常復雜，所以，非總線型數控系統最高配置一般也就是8個軸，更多配置的軸更多采用總線設計的方案；

B.非總線型數控系統無法適應高分辨率編碼器的發(fā)展：

為了達到更好的光潔度，伺服驅動器都會采用高分辨率的編碼器，例如，邁信電氣的MAL/MSL伺服電機都可以選配23bit增量式編碼器/23bit絕對式編碼器，這樣單圈8,388,608脈沖的高分辨率編碼器的優(yōu)勢就得不到充分的發(fā)揮；如果伺服電機工作在3000rpm的速度下，每秒鐘的脈沖輸入將會是419,430,400。現有的脈沖輸入或者編碼器反饋接口，系統的輸出脈沖或者輸出編碼器將會是400M以上的頻率，這個是現有的高速脈沖4M輸入所不能實現的；

C.非總線型數控系統抗干擾能力差：

脈沖型接口由于接口器件的限制，在高速脈沖輸入時，存在電氣系統存在干擾時，容易丟失脈沖，導致定位不準確；模擬型接口存在接口設計復雜，溫度漂移，接口成本高等特點；

D.非總線型系統的配線繁瑣

數控系統的脈沖型控制接口，一般都是15芯的接線端子，模擬量控制接口，需要更多芯的接線端子，對于多軸應用的數控系統，整個系統的配線非常復雜，系統配線與安裝工作都會成為電氣控制系統的很大一部分工作；

E.非總線型系統的性能非常受制約

非總線型數控系統，其控制接口只能傳遞位置信號或者速度信號與編碼器反饋信號，不能將數控系統計算的速度前饋，轉矩前饋，電流前饋等前饋信息有效的傳遞給伺服驅動器，不能有效的提高伺服驅動器系統的響應帶寬；

F.非總線型系統的診斷能力有限

非總線型數控系統，其控制接口可以傳遞有限的伺服驅動器狀態(tài)信號，數量非常有限，對于伺服驅動器的內部電流，內部轉矩，內部溫度，等等信號傳遞信息非常有限，不適合系統的在線診斷以及故障預維護。

總而言之，總線型數控系統是必然。POWERLINK是一項開源技術，是工業(yè)實時以太網標準之一，在已建立的全球性標準Ethernet基礎上提供了卓越的性能和實時性。POWERLINK技術以100Mbps的通訊速率、最小100μs的循環(huán)周期、小于1μs的網絡抖動，將MC、CNC和機器人等通用運動控制技術結合到一個網絡中。

2.EP3E產品簡介

EP3E伺服驅動器是最新一代支持POWERLINK總線的伺服產品，電壓等級涵蓋220V與380V，功率等級涵蓋100w到7.5kw，可以支持多種高精度增量式編碼器與絕對式編碼器，包括23bit邁信增量式編碼器，17bit/23bit多摩川絕對式編碼器，17bit/20bit尼康絕對式編碼器，非常適合用于高精度運動控制。

EP3E伺服驅動器支持邁信MSL/MAL的伺服電機，通過配套MSL/MAL低齒槽轉矩的，速度環(huán)響應可以達到1.6kHz。配套邁信電氣的MSL/MAL伺服電機，EP3E可以滿足CNC市場高速高精加工的要求。

圖片1EP3E伺服驅動器圖片

EP3E是國內首家通過EPSG組織的一致性測試的POWERLINK伺服驅動器產品，因此可以很好的與國內各大廠家的具有POWERLINK接口的CNC控制器進行配合；同時，EP3E內置的電流環(huán)，速度環(huán)，以及位置環(huán)的控制周期分別為50us,100us,100us，支持實時以太網總線的抖動同步調整技術，可以充分滿足MC，CNC，robotics對于動態(tài)響應和同步性的要求。

EP3E產品支持的工作模式，ProfilepositionMode，HomingMode，CyclicSynchronousVelocityMode，CyclicSynchronousPositionMode，InterpolatedPositionMode等模式。

3.EP3E對數控行業(yè)產業(yè)的提升

3.1伺服通信周期減小，數控插補周期減小

圖2高性能的POWERLINK提高插補性能

POWERLINK高性能的通訊方式，可以提高插補周期的性能，降低插補周期的時間，可以將待加工的曲面或者曲線的輪廓描敘的更加精確，精度更高。

EP3E可以接受100us的通訊周期的位置更新，可以達到

3.2伺服通信抖動降低，伺服同步性能提高

圖3EP3E伺服電流環(huán)POWERLINK總線同步抖動為50ns

圖中右邊兩個信號為，伺服1，伺服2同時進入電流環(huán)控制的抖動時間差為50ns，EP3E伺服驅動器電流環(huán)與POWERLINK同步幀的同步抖動時間在50ns以內，EP3E完全滿足高性能插補對插補低抖動的要求。

3.3伺服位置環(huán)均勻細分數控插補周期數據

EP3E的電流環(huán)控制周期為50us，速度環(huán)與位置環(huán)為100us，而通訊周期一般為400us的倍數，或者，500us的倍數，EP3E可以采用位置連續(xù)，速度連續(xù)，加速度連續(xù)等三種方式，通過位置環(huán)來細分通訊周期的位置數據給定。

圖3EP3E伺服支持線性插值，保持位置連續(xù)

圖3EP3E伺服支持二次插值，保持速度連續(xù)

圖3EP3E伺服支持三次插值，加速度連續(xù)

EP3E伺服驅動器具備三種模式:線性插值,二次插值,三次插值,默認配置為三次樣條插值后給位置環(huán),提高驅動器運動的平滑;CNC與機器人行業(yè)對加工光潔度要求高,所以配合CNC與機器人控制器內置的加減速與EP3E伺服驅動器內置的三次樣條插值方法,可以達到最佳的加工效果。

4.EP3E系統參數設置

對于EP3E參數的配置主要有：

與POWERLINK相關的參數設置：

P300：POWERLINK站號，站號為1-254；

P304：0為普通模式，1為POWERLINK模式，使用POWERLINK設置為1；

P306：2為位置連續(xù)插值模式，1為速度連續(xù)插值模式，0為加速度連續(xù)插值模式，在CNC與機器人應用中設置為2；

P307：0：接收增量位寬，1：接收絕對位置，與CNC設置一般為1；

P027、P028為齒輪比設置，二者乘積為編碼器分辨率時可保證較好的控制精度，對于17bits編碼器，可設置P027=8192，P028=16，對于23bit編碼器，可設置P027=8192，P028=1024。

5.系統組成

5.1系統硬件配置

基于POWERLINK總線的數控系統解決方案可以有效的解決：

A.數控系統的硬件設計復雜，硬件上面只要一個POWERLINK網口即可，支持一網到底的技術,將IO端子，EP3E伺服驅動器等設備全部掛接在網絡上；

B.數控系統支持多種POWERLINK報文，方便支持EP3E所支持的高精度高分辨率的編碼器，有效提高金屬加工的光潔度；

C.數控系統的網絡介質抗干擾能力強，同時POWERLINK支持網絡重發(fā)機制，有效提高數控系統與EP3E之間通訊的可靠性；

D.數控系統支持的POWERLINK總線是一網到底的技術，非常方便EP3E伺服驅動器的安裝與配線；

E.數控系統通過POWERLINK報文，非常有效的速度前饋，轉矩前饋，電流前饋等前饋信息傳遞給EP3E伺服驅動器；

F.數控系統通過POWERLINK報文可以將EP3E伺服驅動器的內部電流，內部轉矩，內部溫度等等信息高效的傳遞；

5.2性能測試

通訊控制周期：

借助EP3E伺服驅動器與MSL/MAL的高性能伺服電機，CNC系統可以達到周期更短的插補周期，整體加工精度更高，加工速度更高。

6.結束語

武漢邁信電氣致力于為國內外數控廠商提供PowerLink總線伺服驅動器，EP3E伺服驅動器在性能與功能上能夠滿足高檔總線CNC系統對伺服系統的要求，同時，價格上也沒有國外伺服驅動器那么高昂，從而實現國產CNC系統整體解決方案的PowerLink總線化升級，提高了產品的加工精度與加工速度，提升了國產數控系統解決方案的整體競爭力。