中电港：高性能 EtherCAT 伺服解决方案优势解读

电子发烧友网报道（文/李弯弯）近年来，国内伺服市场增长迅速，2018底国内伺服销售规模1200万台，销售额约120亿人民币，国内伺服品牌市场占有率达到20%，约240万台。随着“中国制造2025”的不断推进，中国的伺服驱动市场每年保持20%以上增长。

伺服应用领域广泛，主要包括数控机床、多关机机器人、锂电池制造设备、LED晶圆设备、3C制造设备、雕琢/切割机、纺织机械、食品与包装设备、朔料机械等。在日前由电子发烧友网主办的《2020年第三届无刷直流电机控制威廉希尔官方网站 在线研讨会》上，中电港销售经理王炳兴就伺服威廉希尔官方网站 的最新发展趋势和方案做了精彩分享。

图：中电港销售经理王炳兴先生

据王炳兴先生介绍，目前伺服威廉希尔官方网站 主要有两大发展趋势：一是传统的伺服市场以脉冲，CAN总线为主，随着智能制造威廉希尔官方网站 要求的提升，EtherCAT总线开始成为新一代的威廉希尔官方网站 ，逐步取代CAN总线，未来的市场占有率会超过50%以上；二是随着国内工业机器人，高精密设备等行业的高速发展，对于多轴、高性能伺服的需求越来越多。

采用Renesas MCU+Lattice FPGA双芯片架构的方案特点

中电港结合上述两大威廉希尔官方网站 发展趋势，推出了高性能伺服驱动解决方案，该方案采用RenesasMCU+LatticeFPGA双芯片架构，支持Ethercat，支持多轴应用。方案的优势是：一、FPGA硬件电流环，高性能，高精度；二、以最优的成本实现单/多轴的应用；三、灵活选择型号搭配不同配置。

图：高性能伺服驱动解决方案优势（红色部分为DEMO板）

王炳兴先生详细介绍了该方案所选用型号的特点。首先来看RenesasRZ/T1，该系列芯片主核采用的是ARMCortex-R4F，工作主频从可选300MHz、450MHz、600MHz，支持双精度浮点运算，最重要的是支持EtherCAT功能，支持编码器接口。

图：RenesasRZ/T1系列特点展示

从产品线的型号来看，该系列最大的特点是全系列管脚兼容，可以灵活根据不同的功能或者主频选择不同的型号。为了让听众更明白，王炳兴先生进一步介绍，“比如我们现在的方案采用300MHz+EtherCAT功能，如果根据主频选择不同型号，我们还可以选择主频450MHz或者600MHz，甚至选择双核的版本，EtherCAT也是可选的功能，如果不需要EtherCAT功能，也可以不选。”

再来看LatticeFPGA系列，FPGA采用的是ECP5系列，整个系列是从12K覆盖到85K的逻辑单元。王炳兴先生指出，“为了保持兼容性及可扩展性，该方案选用了封装完全兼容的25K/45K逻辑单元，选用的封装式256caBGA，可以灵活的搭配1至4轴的需求，如果客户需要6轴或者7轴，也可以选择85K，容量更高。”

高性能Ethercat伺服解决方案系统框图及优势

从整个伺服解决方案的系统框图来看，该方案是以Renesas（RZ/T1）和LatticeFPGA(ECP5)作为主控，外围搭配Renesas接口芯片。FPGA用来做硬件电流环以及编码器接口，MCU用来做位置环、速度环以及EtherCAT控制，整个方案是采用FPGA硬件电流环以及EtherCAT总线架构的多轴伺服系统，可以实现真正意义的多轴实时控制。

图：高性能EtherCAT伺服解决方案系统框图

图：高性能EtherCAT伺服解决方案详细的功能框图

优势一：电流环更快速

王炳兴先生指出，该方案采用RenesasRZ/T1+LatticeFPGA的最大优势是电流环更快速。在传统的方案中，位置环和速度控制环算法复杂，计算缓慢，电流环控制需要实时、快速更新，要想在单个处理器芯片里兼顾这两类不同的算法，非常具有挑战性。而采用双芯片的架构，把电流环控制放在FPGA里面进行硬件加速，延时和计算时间是快速并确定的，而且FPGA做为协处理器，还可以分担处理器的工作。

优势二：多轴控制

该方案采用FPGA的另一大优势是多轴控制，对比传统MCU，FPGA在多轴同步控制、电流环控制、PWM控制和输出等方面更有优势。

与市面其他伺服方案对比，FPGA方案具有明显优势。目前市面常见的方案有SOC和DSP：

• 从内核来看，RenesasRZ/T1采用的主核是ARMCortex-R4F，SOC一般采用ARMCortex-A9，DSP一般采用C2000；
• 从电流环控制来看，FGPA和SOC都可以用硬件实现，DSP有快速的电流环；
• 从主频来看，FPGA有300MHz、450MHz和600MHz可选，SOC也有667MHz到888MHz可选，DSP受限于架构，主频只能到200MHz。
• 从EtherCAT控制来看，FGPA采用硬核的EtherCAT，更有优势，因为FPGA集结内置EtherCAT，通信更迅速，SOC一般需要购买IPCode，DSP暂时只能外加EtherCAT通信芯片；
• 从电机轴来看，FGPA可以灵活搭配1至4轴，甚至可以选择不同封装的型号，达到6轴，SOC本质也是FPGA，也可以到1到4轴，而DSP最多只能控制两个电机，如果要做多轴电机，需要外加芯片，架构会完全发生变化；
• 从开发难度来看，RenesasRZ/T1+LatticeFPGA分工明确，相对难度更低；
• 从可扩展性和成本来看，RenesasRZ/T1+LatticeFPGA可以灵活选择不同型号搭配不同方案，可扩展性更有优势，综合成本也更有优势。

整体而言，RenesasRZ/T1+LatticeFPGA方案在EtherCAT总线、单轴以及多轴的支持、开发的难易度、可扩展性和成本上相对比较均衡，方案更有优势。

观看本场直播精彩回放，请点击：http://webinar.elecfans.com/replay/478.html

本文由电子发烧友网原创，未经授权禁止转载。如需转载，请添加微信号elecfans999.