EtherCAT 应用于电子制造业——来自Assembléon 公司的 iFlex

2014年08月05日

　　荷兰的 Assembléon 公司是全球最大的电子工业贴片机制造商之一。Assembléon 公司为电子

　　制造商推出了代表创新、智能、灵活的 SMT 方案——基于 EtherCAT 的 iFlex。

　　图1：用于装配线上多种元器件集成的最佳方案——来自 Assembléon 公司的 iFlex T2

　　电子制造工业对于贴片机的需求日益增强，尤其对于多种元器件高度集成的应用。设备制造商 Assembléon 公司研发的新机型 iFex，可提高这种应用至少 30% 产能。这是因为 Assembléon 公司高效的单捡/单贴技术，iFex 可产出高质量电路板，并保证远小于 10 DPM 的故障检出率，成为业界创造一次通过产品的最高水准。iFlex 内置的灵活性使制造商可以配置生产任何数量和种类的高性能 PCB 板。iFlex 通过一个专为 iFlex 开发的专用 EtherCAT 控制器进行控制。

　　共同茁壮成长——iFlex 的控制架构

　　iFlex 设备的理念要求全新的控制架构，公司为此研发了 EtherCAT 专用控制器。其目的是研发一个满足 iFlex 要求的开放的、基于 EtherCAT 的运动控制单元。研发中，在一个复杂的产品中集成了很多不同的技术，包括 RTOS、EtherCAT 主站和从站、运动控制软件等。

　　对于该控制理念的实施，Assembléon与以色列 ACS 公司合作，该公司的特点是运动控制器的控制硬件和软件的研发。通过改进现有控制器，很快实现了专为 iFlex 的控制理念研发的全新控制器 SPiiPlusSC，这是一个创新的、基于 EtherCAT 的控制平台。

　　幕后——iFlex的内部

　　iFlex 集成了来自多家提供商提供的 40个轴和多个 I/O：

　　— 4 个 XY 机器人，配备强大的直线伺服电机;

　　— 8 个贴片头(每个机器人 2 个)，每个头配备 2 个(低功率)伺服电机;

　　— 2 个用于 PCB 传输的输送道，该模块中的每个轴都由步进电机驱动。

　　iFlex 中所有的模块都由不同的电机驱动，因此该系统非常复杂。与贴片头驱动机器人的直线电机或低功率电机不同，低功率的步进电机要求不同的控制硬件。

　　i F l e x 的中央控制器是一台四核 PC。一个 CPU 核用于实时软件运算：包括通信(EtherCAT 主站功能)，运动控制任务和轴的同步，以及苛求时间的应用(64 线程)。其他的三个核则用于处理非实时任务。

　　高性能通信——EtherCAT 助力 iFlex

　　对于 iFlex 中分布式控制硬件和中央控制器之前的通信，则需要一个高速的，可以提供足够带宽的，满足 40 个轴通信的串行网络。Assembléon 决定采用业界领先的，以性能和实时性著称的 EtherCAT 通信网络。

　　在 iFlex 系统中的驱动器和 EtherCAT 主站的通信是通过 CiA402 驱动设备行规，在 CSP(Continuous Cyclic Position 连续循环位置)运行模式下实现的。采用 EtherCAT 的分布时钟机制实现了整个网络中 40 个轴的同步。

　　使用 B e c k h o f f (德国倍福)提供的 EtherCAT 研发工具，可以专为 iFlex 开发 2 个 EtherCAT 从站：一个用于专用传感器的 IO 设备，一个用于贴片头的轴的运动设备(所谓的 DHD)，该设备由荷兰 Prodirve 公司研发。DHD 带有两个 CAN 网关，以便集成贴片头系统中的专用视觉传感器。

　　挑战获得成功

　　因为有所有运动，CAN 和 IO 数据到P D O 的映射，将从站集成到 EtherCAT 网络的工作非常轻松。尽管如此，Assembléon 在集成的时候也遇到过困难，但多亏有 EtherCAT 的强大功能，使其顺利越过障碍。

　　其中一个挑战就是因为主站不同的硬件和软件的延迟，EtherCAT 报文产生抖动。这导致了在发送给 DHD 新的位置数据时产生延迟，最终使轴运动延迟。EtherCAT 从站控制器(ESC)提供了用于分析所有流程的全部必要数据，方便测算该抖动。因此，Assembléon 公司将测试功能加入到 DHD 中，它以 20 纳秒的精度测试报文末尾到同步中断(SYNCO Interrupt)的时间，并映射到过程数据。据此可以长时间监测每个 EtherCAT 循环的抖动并随之调整，从而获得稳定可靠的数据交换。

　　最初，机器在启动和运行时偶尔发生 EtherCAT 帧丢失和 CRC 报错。同样，ESC 的分析数据能够帮助其解决该问题。通过监测链接状态和 CRC 注册，可以监测到出错信息并对其精确定位。由于是不充分的机械链接导致帧丢失，所以通过更换接头和线缆即可轻松解决问题。CRC 报错则是因为干扰，为此可以采用更好的 CAT6 线缆。