｜工業用串列通訊介紹-以EtherCAT協定為例

摘要：本文首先介紹常用之工業通訊協定並比較各種協定之性能，然後針對EtherCAT通訊進行詳細的介紹，其中包括整體架構、協定及各個功能模組的說明。透過整合DSP 28335與EtherCAT ET1100網路晶片，我們成功開發了具EtherCAT網路通訊之馬達驅動系統，並透過實驗驗證此驅動器系統能達到多軸馬達同步控制之目的。最後，為了驗證所開發的主站程式能夠應用於商用驅動器，我們介紹CANopen over EtherCAT（CoE）的概念，並以此概念撰寫主站通訊程式以成功地與具有EtherCAT模組的Yaskawa Σ-Ⅴ驅動器進行連線控制。

Abstract: In this article, commonly used industrial serial communication protocols are introduced first and comparisons drawn between the protocols. Then the EtherCAT communication is introduced in detail, including overall structure, protocol, and function modules. By integrating the DSP 28335 and EtherCAT ET1100 chips, we have successfully developed a servo drive system with EtherCAT network communication function. Experiments were conducted to confirm that the developed system can achieve synchronous multi-axis motor control. Finally, in order to test the developed program in the master can be applied to a commercial servo drive, the CANopen over EtherCAT (CoE) is first introduced. The master program uses the CoE concept and can communicate successfully with the Yaskawa Σ-Ⅴ drive consisting of the EtherCAT module.

關鍵詞：串列通訊、馬達驅動器、同步控制

Keywords：Serial Communication, Motor Driver, Synchronous Control 

前言
一般CNC與泛用伺服驅動器之溝通介面大都採用配線集中式，亦即透過標準pulse的方式來分別傳送各軸命令到各驅動器中，這種通訊方面，其控制器與驅動器之間需要進行繁瑣的配線作業，不但即時性不足，命令解析度不高，而且其成本也相對提高，因此近年來，驅動器的通訊介面多採用全數位串列通訊匯流排界面，其中如三菱SSCNET、或是安川的Mechatrolink、以及Panasonic的F2Net、RTEX等，各公司均自行開發不同的通訊協定。這種串列通訊的方式有別於過去A/B相的pulse命令給定以及回授方式，能透過通訊協定的方式將加工中馬達的速度以及力矩等命令傳回NC端，不但配線簡單、命令解析度高、多軸同動時命令同步性高並且能即時調整控制器參數，因此在工具機邁向智能化過程中乃是相當重要的一環。然而在使用者的角色來看，由於各家驅動器廠商各自有不同而且封閉之通訊協定，開發者必須購買該公司晶片，也因此使得通用性不佳。EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）乃是由德國Beckhoff於2003年基於Ethernet-base的現場匯流排系統（Fieldbus system）所提出的，由於其通訊協定乃是開放性架構，再加上其所採用乃是工業控制器的乙太網，因此在PC主站不需要額外購買晶片，只需要一般網卡即可，使得其普及性大大地提高。