荷蘭的 Assembléon 公司是全球最大的電子工業(yè)貼片機(jī)制造商之一。Assembléon 公司為電子
制造商推出了代表創(chuàng)新、智能、靈活的 SMT 方案——基于 EtherCAT 的 iFlex。
圖1：用于裝配線上多種元器件集成的最佳方案——來自 Assembléon 公司的 iFlex T2
電子制造工業(yè)對(duì)于貼片機(jī)的需求日益增強(qiáng)， 尤其對(duì)于多種元器件高度集成的應(yīng)用。設(shè)備制造商 Assembléon 公司研發(fā)的新機(jī)型 iFex，可提高這種應(yīng)用至少 30% 產(chǎn)能。這是因?yàn)?Assembléon 公司高效的單撿/單貼技術(shù)，iFex 可產(chǎn)出高質(zhì)量電路板，并保證遠(yuǎn)小于 10 DPM 的故障檢出率，成為業(yè)界創(chuàng)造一次通過產(chǎn)品的最高水準(zhǔn)。iFlex 內(nèi)置的靈活性使制造商可以配置生產(chǎn)任何數(shù)量和種類的高性能 PCB 板。iFlex 通過一個(gè)專為 iFlex 開發(fā)的專用 EtherCAT 控制器進(jìn)行控制。
共同茁壯成長——iFlex 的控制架構(gòu)
iFlex 設(shè)備的理念要求全新的控制架構(gòu)，公司為此研發(fā)了 EtherCAT 專用控制器。其目的是研發(fā)一個(gè)滿足 iFlex 要求的開放的、基于 EtherCAT 的運(yùn)動(dòng)控制單元。研發(fā)中，在一個(gè)復(fù)雜的產(chǎn)品中集成了很多不同的技術(shù)，包括 RTOS、EtherCAT 主站和從站、運(yùn)動(dòng)控制軟件等。
對(duì)于該控制理念的實(shí)施，Assembléon與以色列 ACS 公司合作，該公司的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)控制器的控制硬件和軟件的研發(fā)。通過改進(jìn)現(xiàn)有控制器，很快實(shí)現(xiàn)了專為 iFlex 的控制理念研發(fā)的全新控制器 SPiiPlusSC，這是一個(gè)創(chuàng)新的、基于 EtherCAT 的控制平臺(tái)。
幕后——iFlex的內(nèi)部
iFlex 集成了來自多家提供商提供的 40個(gè)軸和多個(gè) I/O：
— 4 個(gè) XY 機(jī)器人，配備強(qiáng)大的直線伺服電機(jī);
— 8 個(gè)貼片頭(每個(gè)機(jī)器人 2 個(gè))，每個(gè)頭配備 2 個(gè)(低功率)伺服電機(jī);
— 2 個(gè)用于 PCB 傳輸?shù)妮斔偷?，該模塊中的每個(gè)軸都由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
iFlex 中所有的模塊都由不同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此該系統(tǒng)非常復(fù)雜。與貼片頭驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的直線電機(jī)或低功率電機(jī)不同，低功率的步進(jìn)電機(jī)要求不同的控制硬件。
i F l e x 的中央控制器是一臺(tái)四核 PC。一個(gè) CPU 核用于實(shí)時(shí)軟件運(yùn)算：包括通信(EtherCAT 主站功能)，運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)和軸的同步，以及苛求時(shí)間的應(yīng)用(64 線程)。其他的三個(gè)核則用于處理非實(shí)時(shí)任務(wù)。
高性能通信——EtherCAT 助力 iFlex
對(duì)于 iFlex 中分布式控制硬件和中央控制器之前的通信，則需要一個(gè)高速的，可以提供足夠帶寬的，滿足 40 個(gè)軸通信的串行網(wǎng)絡(luò)。Assembléon 決定采用業(yè)界領(lǐng)先的，以性能和實(shí)時(shí)性著稱的 EtherCAT 通信網(wǎng)絡(luò)。
在 iFlex 系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)器和 EtherCAT 主站的通信是通過 CiA402 驅(qū)動(dòng)設(shè)備行規(guī)，在 CSP(Continuous Cyclic Position 連續(xù)循環(huán)位置)運(yùn)行模式下實(shí)現(xiàn)的。采用 EtherCAT 的分布時(shí)鐘機(jī)制實(shí)現(xiàn)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中 40 個(gè)軸的同步。
使用 B e c k h o f f (德國倍福)提供的 EtherCAT 研發(fā)工具，可以專為 iFlex 開發(fā) 2 個(gè) EtherCAT 從站：一個(gè)用于專用傳感器的 IO 設(shè)備，一個(gè)用于貼片頭的軸的運(yùn)動(dòng)設(shè)備(所謂的 DHD)，該設(shè)備由荷蘭 Prodirve 公司研發(fā)。DHD 帶有兩個(gè) CAN 網(wǎng)關(guān)，以便集成貼片頭系統(tǒng)中的專用視覺傳感器。
挑戰(zhàn)獲得成功
因?yàn)橛兴羞\(yùn)動(dòng)，CAN 和 IO 數(shù)據(jù)到P D O 的映射， 將從站集成到 EtherCAT 網(wǎng)絡(luò)的工作非常輕松。盡管如此，Assembléon 在集成的時(shí)候也遇到過困難，但多虧有 EtherCAT 的強(qiáng)大功能，使其順利越過障礙。
其中一個(gè)挑戰(zhàn)就是因?yàn)橹髡静煌挠布蛙浖难舆t，EtherCAT 報(bào)文產(chǎn)生抖動(dòng)。這導(dǎo)致了在發(fā)送給 DHD 新的位置數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生延遲， 最終使軸運(yùn)動(dòng)延遲。EtherCAT 從站控制器(ESC)提供了用于分析所有流程的全部必要數(shù)據(jù)，方便測(cè)算該抖動(dòng)。因此，Assembléon 公司將測(cè)試功能加入到 DHD 中，它以 20 納秒的精度測(cè)試報(bào)文末尾到同步中斷(SYNCO Interrupt)的時(shí)間，并映射到過程數(shù)據(jù)。據(jù)此可以長時(shí)間監(jiān)測(cè)每個(gè) EtherCAT 循環(huán)的抖動(dòng)并隨之調(diào)整，從而獲得穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)交換。
最初，機(jī)器在啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)偶爾發(fā)生 EtherCAT 幀丟失和 CRC 報(bào)錯(cuò)。同樣，ESC 的分析數(shù)據(jù)能夠幫助其解決該問題。通過監(jiān)測(cè)鏈接狀態(tài)和 CRC 注冊(cè)，可以監(jiān)測(cè)到出錯(cuò)信息并對(duì)其精確定位。由于是不充分的機(jī)械鏈接導(dǎo)致幀丟失，所以通過更換接頭和線纜即可輕松解決問題。CRC 報(bào)錯(cuò)則是因?yàn)楦蓴_，為此可以采用更好的 CAT6 線纜。
總結(jié)
即便使用 E t h e r C A T 獲得高達(dá) 2KHz 的通信周期，也僅使用了其 25% 的帶寬資源。這對(duì)于 iFlex 控制 40 個(gè)軸和 IO 及傳感器數(shù)據(jù)來說，確保在未來同時(shí)更新設(shè)備所需要的足夠資源。
關(guān)于 Assembléon 公司
Assembléon 公司是電子制造行業(yè)全球領(lǐng)先的貼片機(jī)制造商，為全球市場(chǎng)提供設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)?？偛吭诤商m Veldhofen，Assembléon 的銷售和支持網(wǎng)絡(luò)分布世界。該公司由 Royal Philips Electronics 創(chuàng)建。
（轉(zhuǎn)載）
