智慧化車銑複合加工控制器技術之發展

摘要：本研究針對工研院研發的車銑複合控制器的硬體規格以及軟體功能，採用乙太網路工業自動化EtherCAT通訊格式，透過網路線整合多項硬體，包含：控制器、伺服驅動器、主軸驅動器、外接編碼器卡、I/O卡..等，降低控制器偵錯的複雜度並增加功能擴充的彈性。硬體部分，提供多種通訊卡使用並支援多家驅動器，讓使用者有更多的選擇；軟體方面，提供友善的操作介面並建立靈活的客製化軟體、運動控制機能、調機輔助機能與其他附加機能，經由參數設定，即可搭配不同機型使用。

Abstract：The research is focused on the turn-mill multi-tasking controller with EtherCAT communication which developed by ITRI.With network communication interface,it can easily integrate with various devices, including controller, servo drivers, spindle drivers, encoder cards, I/O cards etc. This architecture can increase the flexibility of function expansion and decrease the complexity of bug. In hardware, we provide multi-choose of function cards and drivers for users. In software, it can be used in various machines by parameter setting and provide a friendly user interface, motion control function, tuning aid function, customization and so on.

關鍵詞：控制器、車銑複合、電腦數值控制
Keywords：Controller, Turn-Mill,  CNC

前言
電腦數值控制(computer numerical control, CNC)控制器為工具機的大腦，控制器包含：控制核心、驅動器與馬達、周邊I/O..等等，控制器需整合上述元件運作，達成工具機的使用需求。相較以前傳統控制器系統架構，泛用型伺服模組受限於位置脈衝(輸入)/位置迴授(輸出)訊號之頻寬限制，主軸模組的類比訊號易受到雜訊干擾而導致命令扭曲失真。系統的高速高精的需求亦一直受限於該瓶頸而無法突破，並且不同品牌的驅動器接線方式皆不同，整合各家驅動器產品亦顯得困難。
EtherCAT為一開放式數位通訊規範，提供更高速、穩定的傳輸環境，廣泛應用於工業領域，控制器的發展使用此通訊方式，解決了整合驅動器時繁雜的配線問題，使用單一線路，整合控制器、驅動器、周邊I/O，解決大量配線造成偵錯困難的問題。
控制器簡介
工研院智慧機械科技中心，為了提升工具機產業競爭力，研發車銑複合控制器技術，精進功能與架構用以追趕國外控制器大廠的腳步，相關發展近況如下：
1.系統規格與特色：
L2100車銑複合控制器包含：控制器本體、驅動器以及I/O卡..等等，影體規格請參閱表 1。控制器本體採用研華ARK2120L主機，採用Windows XP Embedded作業系統，硬體架構如下表主機提供兩組Ethernet接頭，一組供EtherCAT使用，另一組供一般網路連線使用。EtherCAT(ethernet for control automation technology)為工業通訊協定標準，並搭配Intime即時作業系統，達到即時插值運動控制，插值循環週期3 ms、軟體伺服控制迴路循環週期250μs，伺服資訊更新週期125μs。此架構特色如下所示：
(1)直覺式觸控操作螢幕與鍵盤：直覺式操作方式，訊息點選一目瞭然
(2)Windows開放式人機界面，客製化加值應用開發容易。
(3)EtherCAT全數位伺服馬達及主軸配套解決方案：相容性高，支援參數即時調變。
(4)EtherCAT全數位串列通訊控制介面：高頻寬，高解析度
(5)EtherCAT全數位I/O卡：可靠度高；配置48點輸入/32點輸出，系統整合容易，維護成本低。
(6)先進軟體伺服運動控制技術：無運動控制軸卡，可靠度高，擴充彈性大 。