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小規模實時總線的王者,RTEX總線與松下的“前世今生”

小規模實時總線的王者,RTEX總線與松下的“前世今生”

  人人想做百年企業,但極少人能活一百年。而松下這家百年老店做到持續不衰的秘密,便是應了“適時而變”這個詞。所以,松下不再是傳統印象中普通的家用電器廠商,在工業自動化領域的,就是讓你耳目一新的松下。


  在工業控制總線及IIOT的技術積累上,松下更是走在了行業前沿,依賴持續不斷的技術積累和創新,靠著對行業需求的深入洞悉,以及著眼未來的眼界與遠見,早在13年前,作為在中國具有極高占有率及知名度的伺服電機廠家,松下就預見到:未來將會有一股網絡化設備發展的浪潮。于是,RTEX運動控制總線于2004年誕生。歷經多年發展,如今的RTEX已從松下的襁褓中脫穎而出,成長為集IO、步進、變頻等下位從站為一體的成熟工業現場總線。



RTEX成就小規模總線王者的四大法寶

 

  接球、停球、轉身過人、抬腳射門、球進!近兩年舉辦的中國國際工業博覽會上,你一定會被松下展會上“內馬爾”驚艷的技藝所折服,殊不知背后支持RTEX總線的A6伺服馬達同樣有著“內馬爾”般的絕技:快速、精準。這里的RTEX總線就是實時連接著松下PLC控制器和AC伺服馬達的高速運動控制總線,技術特點如下:


  *在0.5ms的時間內實現最大為32節點的通信


  *基于100Mbps的全雙工以太網通訊,支持環狀拓撲結構


  *具備高精度的插補同步時鐘,保證全部伺服可與上位裝置同時動作,同時實現 CP(Continuous Path)控制


  *允許整個網絡的線纜長度最大200米,節點間線纜長度最大60米


  *抗噪性達到IEC61000-4-4標準,能適應2.5kV/s的噪聲


  *全部控制系統采用數字網絡信號連接,達到低成本、易連接、易擴展的性能


  *連接線纜少


  因此,RTEX總線給用戶帶來的利處是:開發簡單、高性能、簡單低成本、高可靠性。那么,這“四大法寶”究竟如何體現?


  “開發簡單”體現在,總線根據實現特征可分為硬實時和軟實時兩大類,比如,EtherCAT是屬于軟實時總線,而RTEX總線則屬于硬實時總線。硬實時總線通過芯片來保證通信的實時性和穩定性,分擔了CPU處理同步時鐘的工作,所以和軟實時比較,硬實時可省去大量軟件開發的時間。


  “高性能”體現在,基于100Mbps 的RTEX 網絡通訊協議,包括上位主控制器在內的每一個節點,都具備一個出口和一個入口。從控制主機的出口開始,主機與節點之間相互串聯,最后一個節點的出口回到到控制主機的入口,構成了RTEX總線使用的傳送效率高的環形拓撲。環形拓撲通過簡單的單向通行,一根電纜內只使用一對信號線,所以具備高速通信中沒有串擾的優點。以往的雙方向通行傳送數據的節點經由數較多,所以傳送效率低下,現在,單向通行由于路徑簡單,所以具有高傳送效率。



  “簡單低成本”體現在,硬實時總線不需要CPU進行額外時鐘同步運算,因而CPU的負擔降低,相比軟實時,實現同樣的短周期控制時,硬實時可節約CPU的成本。相反另外不同于我們傳統的“軟件免費”的思維,軟件的開發需要很高的開發成本,并且開發門檻較高。所以,通常很多開發者都會最終選擇購買成熟的軟實時核來完成開發,估算下來并不會比硬件實時節約成本。



  “高可靠性”體現在,在脈沖式系統的組建過程中,隨著伺服電機數量的增加,設備之間的接線也變得繁瑣復雜。而在設備升級至網絡模式后,控制器與伺服驅動器之間只需通過CAT5e進行連接,不僅接線成本顯著下降,而且避免了脈沖指令的頻率瓶頸,也能有效提升系統的抗干擾性,從而達到業界高級別的性能。



快速應變 高性能柔性生產的利器


  在強調柔性生產的今天,小型設備組成的流水線更具有快速應變的優勢。這也是小規模實時總線的價值所在。RTEX正是適應于這種小系統的實時總線。


  目前,RTEX總線支持32個節點,每個完整的數據包都包括了32個節點的輸出信息與反饋信息,它共分為 64個數據塊。此外,RTEX總線提供控制字寄存器與狀態字寄存器。其中每個數據塊大小為 16bytes,只包含有必要的位置、速度信息以及一些命令字和狀態字。以基于RTEX總線的主站為核心,主機側都會一次性對所有節點發出控制命令,同時獲取到所有節點的反饋信號,并完成對所有節點輸出的控制。


  當然,如要提供大于32節點的網段,RTEX同樣可以通過追加通道數來實現節點數的倍增,每個通道最后匯聚于計算機CPU(主頻200M的MCU就可以),因而實時性不會受到任何影響。


  盡管目前伺服馬達的控制部分仍以脈沖系統為主,但其網絡化趨勢愈發明顯。特別是通過PLC(可編程控制器)控制伺服電機組建高效、易用的機電一體化平臺,已逐漸成為領先制造企業的共識。具備32節點的RTEX總線不但應用于伺服馬達、而且也支持直線伺服馬達、IO、步進馬達及變頻器等從站設備中。


  在伺服馬達的控制中,RTEX總線可以進行PP(規劃位置)、CP(連續位置)、CV(連續速度)及CT(連續轉矩)等方式的控制。舉例來說,PP控制通常指點位的控制,就是發出目標位置坐標來控制位置,它常用于點到點的控制,不需要關心行走軌跡。



  CP控制則需要通過上位控制器不斷進行加減速度,位置的計算,這不僅要保證最終的位置,同時還要確保到達最終位置的軌跡也達到預期值。所以,利用RTEX總線,可以保證伺服電機的同步運行,從而實現龍門控制等機械上容易因為運行速度不一致而導致卡死的現象發生。



RTEX One Stop Solution——松下與RTEX的互動力


  松下利用在控制、驅動等方面的技術優勢,自主開發出高速網絡化的RTEX總線,以契合中國、日本、韓國及亞洲市場客戶的高階需求。自松下從2004年推出第一款RTEX總線產品至今,目前已發展至A4N、A5N、A6N三代伺服電機產品,在高速半導體綁定機、高速貼片機、并聯機械手、高精度機床、娛樂機器、醫療設備及各種自動化專機領域已經形成廣泛應用。


(松下關于RTEX的發展歷程)


  RTEX是一個開放的總線,支持與各大控制器廠商形成的解決方案,而在松下社內一個經典的系統集成案例對RTEX做了極好的詮釋:FP-XH RTEX系列控制器和MINAS A6N伺服電機驅動器,分別是在FP-XH(運動控制型)和MINAS A6標準型基礎上,通過增加RTEX通信功能升級而來,滿足用戶從位置控制向高性能運動控制發展的需要。


  其中,松下小型運動控制型PLC的FP-XH-M8N (RTEX系列)除具備0.04us/步的基本指令處理、0.5ms/5K步掃描周期等指標外,還新增多組2軸或3軸的直線/圓弧/螺旋插補以及電子齒輪/電子離合器/電子凸輪等豐富的運動控制功能,集成度更高。


  A6N伺服驅動器響應頻率則達到3200Hz,較前代產品提升40%,并通過23bit編碼器、負載變動抑振、全閉環控制等特性完成高精度驅動。二者配合時,能夠實現低至0.0625ms的最短通信周期,使系統性能最優化。


  面對高速化、高精度的發展趨勢之時,傳輸速度為4Mpps的脈沖指令已經顯得力不從心。而在松下打造的RTEX總線系統中,最大可發送4Gpps的高分解能位置控制指令,優勢明顯。此外,多軸脈沖伺服無法進行同步控制,而RTEX最多支持8軸同步控制,應用靈活度更有保證。而RTEX總線與松下伺服控制產品的結合,則是更完美的拍檔。


RTEX伙伴俱樂部——擁抱物聯網


  目前,RTEX總線已獲得眾多控制器廠商的支持。而以推廣RTEX總線技術及其應用為宗旨的聯盟性組織——RTEX伙伴俱樂部,現已初具規模。通過成立RTEX伙伴俱樂部,松下致力于共同促進中國廠家的智慧化、物聯網化進程。為適應市場變化和客戶需要,松下組織核心的RTEX總線合作伙伴及經銷商,于2017年6月8日松下金橋實驗室開業儀式上舉辦RTEX在中國的第一次伙伴俱樂部活動,并獲得RTEX合作伙伴的一致好評。



(RTEX聯盟合作伙伴)


現在,不管你從事于:


*對于高速度要求的電子零部件實裝/半導體制造領域

*對于高精度要求的CNC工作機械

*對于同步性要求較高的機器人領域

  • 攝像模塊組裝、線處理機、包裝機械、纖維機械、醫療用CT掃描儀及電影院4D影院等新興、前衛的領域


  RTEX-小型實時總線的王者,在實現工廠智能化,物聯網化同時,給你帶來更多價值。



  所以,RTEX厲害吧!還不趕快跟上組織,參加RTEX CLUB(RTEX伙伴俱樂部),讓松下專家和高手帶你一起玩轉RTEX,成為進階行業前沿的技術大牛!




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