吴玲+贾鸿莉+于淼

[摘  要]本文结合实时以太网POWERLINK技术的起源及特点，重点给出了其在机器人领域与一些机械控制领域的应用及实现方法。

[关键词]实时以太网;POWERLINK技术;控制领域

中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0350-01

引言

实时通信技术正在成为潮流，是其中最早被开发和投入使用的实时通信技术，从它的应用中，我们可以知道，实时通信的重大意义和给我们带来的巨大好处。

1. 实时以太网 POWERLINK的起源

实时以太网POWERLINK的起源就可以看到，实时以太网POWERLINK技术是为了实际的应用需求而产生的，它不是一个在实验室研究的技术，而是一个在2001年就被投入使用的技术，当时，某知名乳制品制造商计划开发一个大型的生产系统，在这个系统中有超过2000多个I/O点分布在40个I/O站上，而且有50个伺服轴，为了生产系统的高速运行，需要所有的数据刷新周期不能大于5mS，当时，B&R为了这个系统开发了实时以太网POWERLINK技术，当时达到的指标是2.4ms。

今天，实时以太网POWERLINK技术已经被广泛应用于各个控制领域，提供高速高精度的生产设备控制，下面给出其在机器人领域、运动控制领域及其一些机械控制领域的应用及实现方法

2.实时以太网POWERLINK在机器人控制领域的应用

在工业应用中，存在着很多对于实时性要求非常高的环境，例如：机器人系统、高动态同步的运动控制应用、数据实时采集与测量、安全系统。流程工业中的监控系统如SCADA、楼宇的BAS系统对于系统刷新的要求通常在100ms以上的级别，而输送系统、回路调节如压力、温度、液位、流量通常在ms到数十个ms这个级别，而机器人控制领域则在？S～几个10mS这个级别，对于高速同步的应用则可能在？s级。

对于机器人控制系统，当系统给定设定曲线后，机器人系统要将这些值转化为机器人的动作路径，根据不同的机器人类型如SCARA，并行SCARA、全关节型机器人而言，这是不同形式的齐次方程求解的过程，结果将会送给每个伺服轴作为其旋转角度的参量，同样道理如果希望机器人的加工精度和速度得到提高其变换计算的速度与数据刷新的周期都必须得到大幅度提高。

在以前，没有实时以太网POWERLINK这样的技术之前，机器人控制系统的制造商都使用的是专用的机器人系统，其内部的总线均为专用的总线系统，刷新周期甚至高达100？s以下，但是，这个是考虑到位置环运算，也是由主站执行的情况，而对于今天的智能型伺服驱动器，例如B&R的ACOPOS而言，位置环的计算都在本地执行实时以太网POWERLINK，完全可以满足其插补计算的高速响应要求。如图1给出的是一个智能型伺服机器人控制系统图。

在Staubli、ABB、Comau等知名的机器人制造商的系统中，实时以太网POWERLINK构成了数据交换的首选。

2实时以太网POWERLINK在塑料机械领域的应用

如图2所示，给出的是一个塑料机械控制系统，在这个系统里，通过高速的实时以太网POWERLINK，系统的开合模、射胶、熔胶、坐进退实现了整个注塑过程的高速精度定位与同步，除了运动控制的定位控制本身需要高速的通信，另外，射胶、保压等需要高精度的闭环控制，对于高速的全电动注塑机而言，其闭环控制任务周期通常在1～2ms，那么为了保证射胶和保压的闭环精度，则通信的周期也必须达到？s级才可以。

同样道理在全电动吹瓶机中，除了各个伺服轴的控制，壁厚控制的闭环算法也需要高速的通信来提供保证，以确保产品的高品质。

在流延膜生产线、高速分切机以及化纤纺丝等对实时性要求较高的机器上，POWERLINK均有上佳发挥。

3 实时以太网POWERLINK在纺织机械领域的应用

在用实时以太网POWERLINK实现的纺织机械控制系统中，前、中、后罗拉的长度较长，为了解决罗拉在旋转过程中的机械扭曲，系统采用了在罗拉两端的伺服驱动，即系统由三组，每组3个轴的系统构成，这样两端的伺服系统必须保持高速的同步，否则就会造成纱线成型质量的偏差，它们与主轴构成跟随的电子齿轮同步，而罗拉与钢板之间构成电子凸轮曲线关系也需要实时以太网POWERLINK提供更高的凸轮关系的同步数据，这些复杂的运动关系必须依赖于实时以太网POWERLINK的数据通信才能实现罗拉两端同步、罗拉与钢领板的电子凸轮纱线成型算法、以及与主轴的同步跟随关系，另外，在系统突然掉电的情况下，实时以太网POWERLINK还要保证各个轴之间的同步停车。

其它如在高速特里科编织机的EBC（电子送经）和ELS（电子横移）控制中，尤其是在ELS中，针床的梳栉之间的距离只有mm级，而要在微小的空间里移动，并且编织出花形变化非常大的织物，各个直线电机的极高动态响应是其它总线无法实现的，其它如浆纱机的多单元同步、碳纤维高速卷绕头、多轴向经编机等等都有POWERLINK的应用。

4总结

实时以太网POWERLINK的大量使用显示了实时通信技术的广阔前景，除了高动态响应要求，POWERLINK也可以应用于其它对于冗余、热插拔、安全系统的应用中，随着机器控制的要求越来越高，实时以太网POWERLINK技术也会更加广泛的应用。

参考文献：

[1] 肖维荣，王谨秋，宋华振.开源实时以太网POWERLINK详解[？M]？.北京：机械工业出版社，2015.

[2] 习博，方彦军，工业以太网中网络通信技术的研究，微计算机信息2015（21）.

[3]？杨金奇，刘学军，工业以太网技术及其应用现状与发展.四川工业学报.2011（4）.

[4] 凌志浩.现场总线与以太网[M].北京：机械工业出版社，2012.

[5] 顾洪军.工业企业网与现场总线技术及应用[M].人民邮电出版社，2012.