隨著現代工業逐步地向工業4.0時代邁進，對自動化設備的性能要求也越來越高，傳統的交流伺服系統由于其一些弊端，逐漸難以滿足客戶的需求，為了克服傳統的脈沖型伺服帶來的各種弊端，市面上很多伺服廠家正在積極研發現場總線型伺服驅動器。目前市面上零零總總已經出現了數十種較成熟的現場總線技術，其中EtherCAT現場總線以其優異的性能，開放式的通訊協議得到了世界上絕大部分伺服廠家的青睞。本文將以“EtherCAT現場總線技術在膠帶高速分條機上的應用案例”來簡單說明EtherCAT現場總線技術的發展現狀以及在實際現場中的應用經驗。

關鍵詞：偉創總線型伺服、EtherCAT、超高速分條機

1.EtherCAT簡介及發展現狀

1.1.EtherCAT現場總線的優點

通訊速度快：相比其他現場總線，EtherCAT現場總線采用以太網傳輸技術，在數據傳輸的速度上有顯著地提升，達到了100Mbps的通訊速率，而且采用的是全雙工傳輸方式，使數據傳輸效率得到了進一步提高。

支持的拓撲結構類型多：EtherCAT總線支持星型，總線型，樹型等大多數總線拓撲結構，在布線上具有更大的靈活性，而且支持地址自動分配，無需設置IP地址。

分布式時鐘功能：分布式時鐘功能使得兩個伺服軸間同步時間誤差不超過1微秒，在伺服軸同步控制上起到了至關重要的作用。

安全性高：由于使用了TwinSAFE安全技術，現在可以使用EtherCAT安全協議，在同一網絡上進行安全相關通訊和控制通訊，這樣使得EtherCAT總線安全性可達到安全集成級別SIL3，在采取相關措施后甚至可達到SIL4。

1.2EtherCAT現場總線的發展現狀

EtherCAT現場總線自從推出以來在世界上已經得到了非常廣泛的應用，去年年底倍福公司進一步推出第二代EtherCAT現場總線技術-EtherCATG。EtherCATG采用千兆以太網通訊技術，將EtherCAT性能提升到了一個全新的高度。EtherCATG不僅完全兼容上一代百兆EtherCAT技術，這使得客戶在不修改主站參數的前提下進行可靠地通訊，而且也具有同樣簡單易用的優勢。此外，EtherCATG的分支控制器模式可以并行實現多個子網段的高效運行。在倍福公司推出EtherCATG千兆級EtherCAT的時候，同時也提出了萬兆級別EtherCAT10G的設計構想，萬兆級別的EtherCAT10G具有更高的通訊速率（100Gbit/s），因此支持高密度數據密集型應用。

2.EtherCAT現場總線在超高速膠帶分條機上的應用

2.1膠帶的生產過程

封箱膠帶不僅在我們日常生活中是必不可少的日用品，在工業生產中也具有十分廣泛的用途，特別是在物流，包裝等行業使用量十分巨大。膠帶的制作從原材料到成品膠帶要經過以下數十道復雜的工序：

封箱膠帶生產工藝流程圖

（1）添加原料：在膠帶生產工藝流程當中首先要做的就是添加膠帶原材料，比如：丙烯酸。

（2）乳化槽：然后將丙烯酸這種膠帶原材料添加到乳化槽進行乳化。

（3）反應鍋：丙烯酸加入到乳化槽里面進行乳化后，再將其放到反應鍋里面進行加熱。

（4）膠水：通過以上膠帶生產工藝步驟后生產出膠水成品。

（5）涂布機：將剛制成的膠水放在薄膜進行上膠。

（6）半成品：通過這些膠帶生產工藝就制成的膠帶半成品—母卷。

（7）切管機：將剛剛制成的膠帶母卷采用切管機進行切管工序。

（8）分條機：膠帶母卷切管成功后采用分條機進行分條的膠帶生產工藝。

（9）紙箱：膠帶母卷經過切管、分條后就成了市場上人們看到的膠帶，現在即可進行紙箱包裝。

（10）膠帶：將包裝好的膠帶放置倉庫，這就是最后一道膠帶生產工藝，這時才能將其稱為膠帶成品。

2.2高速分條機的硬件部分設計

膠帶生產流程最后一步是利用分條機將生產的母卷膠帶分割成成品膠帶，本文案例中設計的高速分條機就是完成此步驟的自動化設備。整個控制系統可大概分為三部分進行單獨設計，分別為：（1）機械手同步插補運動部分；（2）變頻器張力控制部分；（3）貼標電子凸輪運動部分。

機械手同步插補運動部分

系統中加入了機械手自動上下料系統，機械手部分是由兩個關節式機械手組成，通過四臺偉創SD700EtherCAT總線型伺服來驅動機械的關節運動，此部分控制的重難點是在運動過程中必須保證左右機械手運動的同步性，同步時間誤差不得超過2微秒，而且單個機械手的兩個關節的運動還必須有插補算法的參與，所以在保證插補軌跡的前提下還要保證兩軸間的同步性就顯得十分困難。偉創SD700EtherCAT總線型伺服驅動器采用分布式時鐘同步原理來進行位置環的控制，時間同步周期最短達到125微秒，兩軸間的位置同步誤差在1微秒左右，所以性能上完全能夠滿足工藝需求。

2）變頻器張力控制部分

系統中張力控制部分是系統設計的第二大難點，由于在分條機運行過程中需要不斷地啟停，而張力的波動往往就發生在啟停階段，所以系統對于張力控制的要求十分嚴格，偉創AC200-T張力控制專用變頻器是專門為了張力控制嚴格的場所而設計的，即使在頻繁啟停的場所下對于張力控制的精度也能保證在1.5%波動范圍內，而且還提供張力錐度控制，使得加工的產品更完美。

貼標電子凸輪運動部分

系統的貼標部分需要用到電子凸輪功能，偉創SD700EtherCAT總線型伺服驅動器采用分布式時鐘同步算法，使得從軸跟隨性更強。在貼標過程中能夠完美的與主軸進行連動完成貼標動作。

機械手位置控制部分算法簡介

整個系統中較為復雜的部分是機械手部分，由于機械手部分的設計并非采取傳統的XYZ直角坐標機械手設計，而是采取雙關節式機械手設計，所以對于機械手末端位置的坐標需要利用正反解算法來確定，由于整個系統程序過于龐大，所以在這里筆者只分享下雙關節機械手的正解算法以及怎樣控制機械手以插補運動的方式運行到指定位置。

由（θ，α）

確定（X，Y）的關系式：

由：

以下為機械手控制的部分算法程序：

3.現場照片

4.結束語

偉創電氣一直致力于研發更具優勢的總線型伺服驅動器，目前已經成功研發包括CANopen，EtherCAT，M-II等多種高性能的總線型伺服驅動器，并且已經在市場上得到了大量的實際應用，經過實踐的檢驗，偉創總線型伺服驅動器無論是在性能還是在穩定性方面都已經達到了一個新的高度。