工业网络通信产品有助于降低操作系统的成本

近年来，运动控制制造商在不牺牲操作能力的情况下开发低成本技术的需求很多。也有必要将运动控制系统比以前的产品周期更早地推向市场。一个主要的障碍是工业网络通信产品的问题。

一家运动控制供应商通过创建一系列使用三种控制方法的网络通信协议来应对这一市场挑战。如图1所示，新的工业网络家族显示了与三个特定低成本工业网络的连接。这种灵活的方法允许用户在三种工业网络通信中选择最具成本效益和功能的解决方案来解决系统需求。

审查选项

网络家族中的三种控制方式与各种主机控制器兼容。据称，该系列通过包括输入/输出(I/O)端口、Modbus RTU模块网络和现场总线网络，满足了更低的成本和更快的上市时间。一个额外的好处是，大多数触摸屏都配备了标准的Modbus通信;使用触摸屏时，网络的可视化操作更容易。需要更深入地了解这三个控件。

I / O控制

这个装置是最简单的控制元件。由于I/O控制直接打开和关闭I/O信号，因此它在所有工业网络通信方法中显示出最小的时间延迟。对于任何快速响应时间的设备，I/O控制或脉冲方向输入都是合适的。图2演示了一个I/O控制图。电动机可以很容易地控制一个简单的开/关命令使用继电器控制。PLC编程容易完成，从而缩短设备启动时间。对于更简单的设备运动，电机可以通过控制器直接与外部开关操作，从而消除了主机PLC的需要。这降低了系统成本。没有多少运动系统是这么简单的。因此，I/O控制仅限于具有重复单向运动配置文件和恒定应用程序负载的运动控制系统。

Modbus RTU控制

Modbus是一种串行通信协议，主要与PLC一起用于更复杂的功能和运动配置文件。它是一种众所周知的工业协议，与PLC一起用于大量应用，如:条形码阅读器，位移，位置传感器，称重传感器，热调节器和视觉传感器，速度控制等。另一个最近的设备，三相逆变器，现在与Modbus兼容。为了与主机PLC一起使用Modbus控制，需要一个串行通信模块(图3)。

如果使用触摸屏，大多数制造商将Modbus通信协议作为标准安装，允许轻松通信。Modbus有各种各样的连接设备。这些产品能够将多达31个轴连接到一个Modbus主控制器。Modbus控制器能够控制变速和可变负载。结合I/O和Modbus控制(图4)显著减少了耗时的PLC编程任务。它只需要10毫秒启动电机(通过I/O控制)。

对于逆变器控制，Modbus通信协议采用无噪声的数字信号命令。一种新的无刷，永磁(PM)，基于电机的速度控制使用具有成本效益的运动控制解决方案，结合I/O和Modbus工业控制(见图5)。

工厂自动化网络

最高级别的工业控制涉及到转换器或网关的使用。在工厂自动化(FA)网络中使用了几种主要的通信协议。它们包括DeviceNet、CC-Link、Mechancontrolink、SSLNet、Modbus和CANopen。以EtherCAT、EtherNet/IP、Profinet和CC-Link/IE为首的第二代网络控制正在迅速普及(见图6)。网络转换器或网关是一种协议转换设备，可将任何这些协议转换为Modbus (AT)/RS485协议，以控制任何工业网络通信。

现有的工业网络网关可兼容EtherCAT、CC-Link、Mechancontrolink II和Mechancontrolink III网络。电机和驱动硬件与三种通信协议中的每一种都兼容。一个网关与运动系统接口。这种兼容性功能允许用户成功地使用各种设备。

网关与许多工业网络的兼容性减少了布线和编程时间并节省了资金。需要控制的电机越多，可以控制的功能越多，节省的成本就越大。通过使用一个网络控制器或网关与主机PLC，可以通过Modbus将可控电机和驱动器的数量从31个单元扩展到使用CC-Link连接和控制的192个单元或12个轴或256个单元或16个轴。网络网关消除了对另一个主机主人的需要。

网络网关启动和停止电动机，设置运动速度和距离，监控位置信息，并在需要时发出报警信号。从主机PLC的角度来看，电机和驱动器无缝连接到现场总线网络。电机启停指令由I/O控制器控制，减轻了PLC控制的需要，使PLC编程简单。

网络时延

网络通信时延是三个因素的函数。它们是:

• PLC梯扫描时间
• FA网络时延
• RS485延时。

通过使用一个带有CC-Link协议的网关，一个电机和一个驱动器将经历大约6毫秒的估计时间延迟。图7计算了使用网关的总数据传输时间延迟。如果12个单元(电机和驱动器)同时打开，电机将在大约30毫秒后开始移动。在更长的移动过程中重写和更新数据传输速度和方向可能会导致传输速率在更复杂的运动剖面中膨胀到400毫秒。

应用实例

例子可以说明运动系统是如何工作的。第一个示例涉及带有板载光学或磁性编码器的混合步进电机。位置误差可以测量和任何速度或位置异常控制。图8显示了门碰到障碍物并停止运动的动作。由于它需要将编码器连接到驱动器以感知零运动，因此无需向主机PLC添加其他设备，例如反旋转模块。这种方法消除了主机PLC的编程劳动，从而缩短了设备启动时间。具有存储数据能力的低成本内置计数器取代了PLC对更昂贵的位置模块的需求。

另一个最大限度地减少PLC成本和产品发布时间的应用是用于输送系统和货架上的库存系统。它们需要一个叫做“顺序定位操作”的功能。该操作使用可重复的运动配置文件，只需简单的开/关命令，即可通过预设行进距离，速度和操作功能等值启动电机的编程运动。通过重复各种开/关信号，可以执行各种运动模式。定时电路可内置到驱动器中，节省PLC编程时间和成本。

工业网络通信产品的使用有助于降低操作系统的成本。更快的上市时间也是可以实现的。该产品可以控制步进电机，线性执行器，速度控制，无刷永磁电机在简单和更复杂的运动轮廓。

- Dan Jones, Incremotion Associates总裁，为东方汽车提供咨询服务;主编埃里克·r·艾斯勒石油与天然气工程，eeissler@cfemedia.com．

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