荷蘭的 Assembléon 公司是全球最大的電子工業(yè)貼片機制造商之一。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)對于貼片機的需求日益增強， 尤其對于多種元器件高度集成的應用。設備制造商 Assembléon 公司研發(fā)的新機型 iFex，可提高這種應用至少 30% 產(chǎn)能。這是因為 Assembléon 公司高效的單撿/單貼技術，iFex 可產(chǎn)出高質量電路板，并保證遠小于 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。iFlex 內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 通過一個專為 iFlex 開發(fā)的專用 EtherCAT 控制器進行控制。
共同茁壯成長——iFlex 的控制架構
iFlex 設備的理念要求全新的控制架構，公司為此研發(fā)了 EtherCAT 專用控制器。其目的是研發(fā)一個滿足 iFlex 要求的開放的、基于 EtherCAT 的運動控制單元。研發(fā)中，在一個復雜的產(chǎn)品中集成了很多不同的技術，包括 RTOS、EtherCAT 主站和從站、運動控制軟件等。
對于該控制理念的實施，Assembléon與以色列 ACS 公司合作，該公司的特點是運動控制器的控制硬件和軟件的研發(fā)。通過改進現(xiàn)有控制器，很快實現(xiàn)了專為 iFlex 的控制理念研發(fā)的全新控制器 SPiiPlusSC，這是一個創(chuàng)新的、基于 EtherCAT 的控制平臺。
幕后——iFlex的內部
iFlex 集成了來自多家提供商提供的 40個軸和多個 I/O：
— 4 個 XY 機器人，配備強大的直線伺服電機;
— 8 個貼片頭(每個機器人 2 個)，每個頭配備 2 個(低功率)伺服電機;
— 2 個用于 PCB 傳輸?shù)妮斔偷溃撃K中的每個軸都由步進電機驅動。
iFlex 中所有的模塊都由不同的電機驅動，因此該系統(tǒng)非常復雜。與貼片頭驅動機器人的直線電機或低功率電機不同，低功率的步進電機要求不同的控制硬件。
i F l e x 的中央控制器是一臺四核 PC。一個 CPU 核用于實時軟件運算：包括通信(EtherCAT 主站功能)，運動控制任務和軸的同步，以及苛求時間的應用(64 線程)。其他的三個核則用于處理非實時任務。
高性能通信——EtherCAT 助力 iFlex
對于 iFlex 中分布式控制硬件和中央控制器之前的通信，則需要一個高速的，可以提供足夠帶寬的，滿足 40 個軸通信的串行網(wǎng)絡。Assembléon 決定采用業(yè)界領先的，以性能和實時性著稱的 EtherCAT 通信網(wǎng)絡。
在 iFlex 系統(tǒng)中的驅動器和 EtherCAT 主站的通信是通過 CiA402 驅動設備行規(guī)，在 CSP(Continuous Cyclic Position 連續(xù)循環(huán)位置)運行模式下實現(xiàn)的。采用 EtherCAT 的分布時鐘機制實現(xiàn)了整個網(wǎng)絡中 40 個軸的同步。
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 EtherCAT 從站：一個用于專用傳感器的 IO 設備，一個用于貼片頭的軸的運動設備(所謂的 DHD)，該設備由荷蘭 Prodirve 公司研發(fā)。DHD 帶有兩個 CAN 網(wǎng)關，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
因為有所有運動，CAN 和 IO 數(shù)據(jù)到P D O 的映射， 將從站集成到 EtherCAT 網(wǎng)絡的工作非常輕松。盡管如此，Assembléon 在集成的時候也遇到過困難，但多虧有 EtherCAT 的強大功能，使其順利越過障礙。
其中一個挑戰(zhàn)就是因為主站不同的硬件和軟件的延遲，EtherCAT 報文產(chǎn)生抖動。這導致了在發(fā)送給 DHD 新的位置數(shù)據(jù)時產(chǎn)生延遲， 最終使軸運動延遲。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)，方便測算該抖動。因此，Assembléon 公司將測試功能加入到 DHD 中，它以 20 納秒的精度測試報文末尾到同步中斷(SYNCO Interrupt)的時間，并映射到過程數(shù)據(jù)。據(jù)此可以長時間監(jiān)測每個 EtherCAT 循環(huán)的抖動并隨之調整，從而獲得穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)交換。
最初，機器在啟動和運行時偶爾發(fā)生 EtherCAT 幀丟失和 CRC 報錯。同樣，ESC 的分析數(shù)據(jù)能夠幫助其解決該問題。通過監(jiān)測鏈接狀態(tài)和 CRC 注冊，可以監(jiān)測到出錯信息并對其精確定位。由于是不充分的機械鏈接導致幀丟失，所以通過更換接頭和線纜即可輕松解決問題。CRC 報錯則是因為干擾，為此可以采用更好的 CAT6 線纜。
總結
即便使用 E t h e r C A T 獲得高達 2KHz 的通信周期，也僅使用了其 25% 的帶寬資源。這對于 iFlex 控制 40 個軸和 IO 及傳感器數(shù)據(jù)來說，確保在未來同時更新設備所需要的足夠資源。
關于 Assembléon 公司
Assembléon 公司是電子制造行業(yè)全球領先的貼片機制造商，為全球市場提供設備的設計和生產(chǎn)。總部在荷蘭 Veldhofen，Assembléon 的銷售和支持網(wǎng)絡分布世界。該公司由 Royal Philips Electronics 創(chuàng)建。
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