目前，工廠內(nèi)物流主要通過(guò)叉車、傳送帶、自動(dòng)引導(dǎo)小車（AGV）以及人力等方式實(shí)現(xiàn)。其中，傳送帶是目前最常用的物料搬運(yùn)方式，可以實(shí)現(xiàn)物料連續(xù)搬運(yùn)，效率高。

傳送帶是指一種利用電機(jī)帶動(dòng)皮帶等牽引裝置，依靠靜摩擦牽引物品前進(jìn)的搬運(yùn)裝置，如一般傳送帶、扶梯、索道等。這類傳送帶通過(guò)牽引裝置間接帶動(dòng)所需搬運(yùn)物品勻速直線前進(jìn)，整個(gè)過(guò)程中牽引裝置與被搬運(yùn)物品基本相對(duì)靜止。

高效的生產(chǎn)物流管理可以合理調(diào)控原材料供給，均衡設(shè)備負(fù)載，緩解供給和消耗矛盾，可以將碎片化的過(guò)程數(shù)據(jù)接入信息化系統(tǒng)，為決策提供依據(jù)，最大化提高經(jīng)濟(jì)效益。智能傳送帶可以實(shí)現(xiàn)物料在傳送帶的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)可控，而這極大地增加傳送帶的靈活性，帶來(lái)許多傳統(tǒng)傳送帶無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。

智能傳送帶突破傳統(tǒng)傳送帶使用輸送帶進(jìn)行整體牽引的物料傳輸方式，采用分布式模塊化的驅(qū)動(dòng)模塊，通過(guò)多個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的同步配合，控制物料在智能傳送帶上任意軌跡運(yùn)動(dòng)從而滿足生產(chǎn)過(guò)程中物料的搬運(yùn)、分類、整理等需求，降低甚至消除人員依賴。Interact Analysis研究表明，全球智能輸送技術(shù)市場(chǎng)2022年銷售額已超過(guò)4億美金（合人民幣28億元），2023年銷售額超過(guò)30億人民幣。隨著傳統(tǒng)輸送系統(tǒng)被取代，智能輸送技術(shù)在新行業(yè)和應(yīng)用中的采用率不斷提高，其增長(zhǎng)前景遠(yuǎn)超全球機(jī)械制造業(yè)的整體預(yù)期。

▲智能傳送帶驅(qū)動(dòng)模塊和整體示意圖

控制的模塊化必然對(duì)數(shù)據(jù)通信提出新的要求，傳統(tǒng)電機(jī)控制一般采用模擬量接口和脈沖量接口，模擬量接口存在易受電磁干擾問(wèn)題，脈沖量接口僅能單向通信、信息量低，且隨驅(qū)動(dòng)模塊的增加，布線和接線難度倍增。

目前，企業(yè)一般采用傳統(tǒng)傳送帶加輔助裝置定制傳送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特定的傳輸任務(wù)，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，必要時(shí)還需要對(duì)工廠環(huán)境進(jìn)行改造，成本較高，僅僅適用于長(zhǎng)期固定運(yùn)行的生產(chǎn)線，靈活性較差。為了讓整個(gè)傳送帶正常運(yùn)行，需要多個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊協(xié)同運(yùn)作，控制信息的實(shí)時(shí)送達(dá)，狀態(tài)信息的及時(shí)采集反饋，讓總線技術(shù)成為制約智能傳送帶的瓶頸之一。因此，有必要引入一款高帶寬、低時(shí)延、便于拓展的通信總線。

EtherCAT 總線是德國(guó)倍福于2003年推出的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，單個(gè)網(wǎng)段的通信節(jié)點(diǎn)最大可達(dá)65535個(gè)，帶寬高達(dá)100M，通過(guò)分布時(shí)鐘以及同步管理器機(jī)制可以保證僅us級(jí)的時(shí)間抖動(dòng)，并在物理層、鏈路層以及應(yīng)用層都有相應(yīng)機(jī)制保證通信的可靠性。采用EtherCAT總線作為智能傳送帶控制系統(tǒng)的通信總線，對(duì)企業(yè)降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化自身傳送帶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力有關(guān)鍵作用。同時(shí)可作為智能物流的一環(huán)，對(duì)提高包裹分揀效率有著至關(guān)重要的作用，EtherCAT通信技術(shù)將在智能傳送帶領(lǐng)域嶄露頭角。

基于EtherCAT的智能傳送帶控制系統(tǒng)

基于EtherCAT的智能傳送帶控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用一主多從的鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)主站和從站之間采用以太網(wǎng)線連接，通過(guò) EtherCAT總線協(xié)議進(jìn)行通信。系統(tǒng)采用PC 機(jī)作為 EtherCAT 主站，PC 機(jī)上安裝具有DMA功能標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)卡作為網(wǎng)絡(luò)接口，在PC 機(jī)上采用倍福公司的TwinCAT 軟件實(shí)現(xiàn)PLC、編程及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等主站功能。主站向從站發(fā)送包含控制指令的EtherCAT數(shù)據(jù)幀，從站接收到數(shù)據(jù)幀后，對(duì)命令進(jìn)行解析，驅(qū)動(dòng)各電機(jī)及執(zhí)行機(jī)構(gòu), 實(shí)現(xiàn)多個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的協(xié)調(diào)配合。同時(shí)，從站將運(yùn)行信息和輸人采集信號(hào)發(fā)送回主站。

從站主要由微處理器和ESC組成。微處理器實(shí)現(xiàn)EtherCAT從站應(yīng)用層和邏輯鏈路控制功能，通過(guò)MII接口實(shí)現(xiàn)ESC和物理層芯片PHY通信，PHY最終將 EtherCAT 數(shù)據(jù)幀通過(guò)與RJ45接頭相連的通信介質(zhì)發(fā)送到EtherCAT總線中。串口UART以及視頻接口HDMI可以用于后續(xù)程序調(diào)試或者主站狀態(tài)顯示，額外的USB 接口用于配置文件的輸入。

一個(gè)完整的智能傳送帶控制系統(tǒng)還包括晶振、電源模塊、復(fù)位以及調(diào)試下載接口等基礎(chǔ)模塊，采用 QSPI Flash 保存系統(tǒng)固件并引導(dǎo)系統(tǒng)啟動(dòng)，增加 DDR SDRAM用于彌補(bǔ)微處理器片上RAM不足。

▲基于EtherCAT的智能傳送帶控制系統(tǒng)

基于 EtherCAT的智能傳送帶控制系統(tǒng)從站

智能傳送帶EtherCAT控制系統(tǒng)從站主要完成 EtherCAT通信控制和設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制兩個(gè)任務(wù)。其中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制由微處理器實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)不同的被控對(duì)象選擇成熟的驅(qū)動(dòng)電路,如交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電磁繼電器驅(qū)動(dòng)電路等。EherCAT通信控制由專門(mén)的EherCAT從站控制器(ESC)來(lái)實(shí)現(xiàn)，ESC在數(shù)據(jù)鏈路層起重要作用, 用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)EtherCAT 主站和從站的以太網(wǎng)通信。ESC 通過(guò) I2C 和外部EEPROM 連接，EEPROM 中存儲(chǔ)ESC基本配置信息。

▲基于EtherCAT的智能傳送帶控制系統(tǒng)從站

智能傳送帶控制系統(tǒng)主站和從站通信數(shù)據(jù)可以劃分為兩類，一類為周期性數(shù)據(jù)，如智能傳送帶中的驅(qū)動(dòng)模塊的位移量、旋轉(zhuǎn)角度等周期性控制數(shù)據(jù)或者傳感器數(shù)據(jù)，用于控制該從站功能實(shí)現(xiàn)；另一類為非周期數(shù)據(jù)，如電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)模塊累計(jì)運(yùn)行時(shí)間等狀態(tài)數(shù)據(jù)。

碼靈半導(dǎo)體智能傳送帶EtherCAT控制系統(tǒng)解決方案

碼靈半導(dǎo)體推出的CF110x系列是一款高性價(jià)比 EtherCAT從站控制器芯片。CF110x系列最多支持3個(gè)EtherCAT 接口，支持32位數(shù)字量IO接口用于傳輸數(shù)據(jù)。內(nèi)置8個(gè)FMMU單元，8個(gè)SM通道，4KB控制寄存器，8KB過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，支持64位分布式時(shí)鐘功能，其中8KB過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)是DPRAM，用于和從站微控制器交換數(shù)據(jù)。適用于整體性能要求較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的智能傳送帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

▲碼靈半導(dǎo)體CF110x系列芯片實(shí)物圖

▲碼靈半導(dǎo)體CF110x系列芯片結(jié)構(gòu)框圖

另外，CF1106內(nèi)部集成2個(gè)10M/100Mbps以太網(wǎng)PHY，兼容IEEE 802.3u 100Base-TX、100Base-FX（僅電壓型PHY支持光纖），支持Auto-Negotiation自動(dòng)協(xié)商、Auto-MDIX自動(dòng)交叉識(shí)別，可使用直連或交叉線纜。不需要額外設(shè)計(jì)PHY電路和 PHY芯片，電路簡(jiǎn)潔、布線簡(jiǎn)單，即可實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比的智能傳送帶系統(tǒng)從站方案。

將EherCAT技術(shù)引入智能傳送帶的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，發(fā)揮其優(yōu)異的同步性、實(shí)時(shí)性優(yōu)勢(shì)，可以有效提升智能傳送帶系統(tǒng)的性能。碼靈半導(dǎo)體推出的CF110x系列EtherCAT從站控制器芯片定義行業(yè)新標(biāo)桿，并為智能傳送帶系統(tǒng)領(lǐng)域客戶提供一站式解決方案，使得客戶可以更加便捷地進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，快速推出符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，可以更加靈活地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

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