1. 引言
　　伺服是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便?，F(xiàn)代基于永磁同步電機(jī)的交流伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)展應(yīng)用非?？焖俸蛷V泛，性能和功能不斷提高而價(jià)格越來(lái)越便宜，已從早先的數(shù)控領(lǐng)域開(kāi)始進(jìn)入到量大面廣的泛工業(yè)化應(yīng)用。
　　交流伺服驅(qū)動(dòng)器的控制模式一般分為位置模式，速度模式及轉(zhuǎn)矩模式。目前流行的伺服驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)這三種控制模式的控制接口依然是硬線接口方式，即脈沖方向、數(shù)字IO及模擬量方式。這種硬線接口模式適合短距離，小臺(tái)數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合，當(dāng)需要幾十乃至成百臺(tái)甚至上千的聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，工程布線，長(zhǎng)距離傳輸，控制信號(hào)衰減乃至失真，故障診斷麻煩的問(wèn)題就會(huì)接踵而來(lái)。在這樣應(yīng)用條件下，帶網(wǎng)絡(luò)化的交流伺服驅(qū)動(dòng)器將會(huì)成為代替?zhèn)鹘y(tǒng)PLC控制方案的優(yōu)先考慮的新型方案。
　　交流伺服驅(qū)動(dòng)器的網(wǎng)絡(luò)化接口，分為高端的快速總線系統(tǒng)和低端的一般總線系統(tǒng)。高端的總線系統(tǒng)，如德國(guó)倍福公司的EtherCAT，可提供信息傳遞的快速性和同步性，但價(jià)格很高，技術(shù)復(fù)雜，并不適合一般的普通應(yīng)用。低端的總線系統(tǒng)，如RS485系統(tǒng)，其實(shí)時(shí)性也不好，組網(wǎng)能力也有限。和利時(shí)電機(jī)推出的HS系列網(wǎng)絡(luò)化伺服驅(qū)動(dòng)器及以太網(wǎng)通訊控制器，針對(duì)伺服網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的低成本和高速性要求，提出了一整套應(yīng)用方案，通過(guò)以太網(wǎng)總線和CAN總線的二級(jí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高速高容量及低成本的組網(wǎng)應(yīng)用方案，已在多個(gè)項(xiàng)目中得到應(yīng)用和驗(yàn)證。
　　2. HS系列網(wǎng)絡(luò)化伺服驅(qū)動(dòng)器
　　HS系列網(wǎng)絡(luò)化伺服驅(qū)動(dòng)器是北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司推出的新一代高性價(jià)比、外觀樸素，實(shí)用可靠的全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)發(fā)，延續(xù)和產(chǎn)品化了北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司在2009年承擔(dān)國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題期間進(jìn)行的交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)器研發(fā)的技術(shù)研究成果。已授權(quán)4項(xiàng)國(guó)家專利技術(shù)（3項(xiàng)發(fā)明和1項(xiàng)實(shí)用新型）。
　　該款網(wǎng)絡(luò)化伺服驅(qū)動(dòng)器采用TI最新的32位含浮點(diǎn)運(yùn)算能力的雙核數(shù)字信號(hào)處理芯片，采用全新的電機(jī)控制算法，對(duì)永磁同步伺服電機(jī)的位置、速度、加速度和輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制。適用于加工中心、數(shù)控伺服控制、紡織機(jī)械等工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)及領(lǐng)域。
　　HS 系列網(wǎng)絡(luò)化伺服驅(qū)動(dòng)器具有以下特點(diǎn)：
　　●通用運(yùn)動(dòng)控制功能: 位置/速度/力拒控制, 模式切換
　　●快速的電流環(huán)浮點(diǎn)CLA內(nèi)核處理，具有良好的動(dòng)態(tài)跟隨性。
　　●內(nèi)置電網(wǎng)電壓補(bǔ)償控制，自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。
　　●內(nèi)置2路可選共振低通濾波，以及2級(jí)共振陷波濾波器，有效應(yīng)對(duì)機(jī)械共振。
　　●內(nèi)置專有智能再生制動(dòng)控制技術(shù)。
　　●內(nèi)置轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器技術(shù)，自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載的變化。
　　●控制增益可切換或內(nèi)部自適應(yīng)匹配。
　　●內(nèi)置動(dòng)態(tài)制動(dòng)控制，為驅(qū)動(dòng)提供額外的安全防護(hù)。
　　●具有過(guò)載自動(dòng)降載算法，可參數(shù)化選擇是否過(guò)載保護(hù)，以及參數(shù)化設(shè)置自動(dòng)平滑降載及恢復(fù)過(guò)載能力。
　　●支持MODBUS協(xié)議的 RS232及RS485通訊接口，直接與上位機(jī)和觸摸屏等通訊。
　　●支持CAN總線接口，內(nèi)置專有通訊協(xié)議，方便客戶定制使用。
　　●控制端口支持軟件方式分配、邏輯設(shè)置、可編程濾波，使用靈活方便可靠。
　　●脈沖模擬量接口, 脈沖輸入頻率最高可達(dá)1MHZ.
　　●2路模擬量輸出可觀測(cè)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部狀態(tài)，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。
　　●內(nèi)置功率器件溫度監(jiān)控和過(guò)流，過(guò)壓以及過(guò)熱等保護(hù)，確?？煽框?qū)動(dòng)。
　　●具有歷史故障記錄等可靠性管理功能

　　3. 森創(chuàng)MBOX通訊控制板卡
　　MBOX是一款專為HS伺服網(wǎng)絡(luò)化控制應(yīng)用開(kāi)發(fā)的一款以太網(wǎng)[1]到CAN總線的雙向數(shù)據(jù)傳遞的，含有RS232或RS422，12路數(shù)字輸出，2路模擬輸出，8路數(shù)字輸入等信號(hào)接口的多功能應(yīng)用板卡。其中的CAN總線采用了電氣隔離技術(shù)，確?？偩€驅(qū)動(dòng)的可靠與安全。

　　4. HS伺服驅(qū)動(dòng)器與MBOX構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)化裝置
　　HS系列網(wǎng)絡(luò)化伺服驅(qū)動(dòng)器，提供了3種總線接口，包括RS232，RS485以及CAN總線。其中RS232接口是標(biāo)準(zhǔn)配置的通訊接口。RS485和CAN總線是選配的通訊接口，采用了電氣隔離及瞬態(tài)電壓抑制保護(hù)技術(shù)，具有良好的電磁兼容性和可靠性。RS232和RS485接口的通訊協(xié)議是工業(yè)常用的MODBUS RTU協(xié)議。CAN總線接口的通訊協(xié)議是本公司具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)（已獲發(fā)明專利）的CAN總線通訊方法[2]。
　　HS系列網(wǎng)絡(luò)化伺服驅(qū)動(dòng)器加強(qiáng)了總線模式下的控制功能，支持RS232，RS485以及CAN總線接口的多種總線模式控制，包括：
　　●總線接口的轉(zhuǎn)矩模式控制
　　●總線接口的轉(zhuǎn)速模式控制
　　●總線接口的相對(duì)位置模式控制
　　●總線接口的絕對(duì)位置模式控制

　　標(biāo)準(zhǔn)配置的RS232接口實(shí)現(xiàn)HS伺服驅(qū)動(dòng)器與上位機(jī)或觸摸屏的點(diǎn)到點(diǎn)通訊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)HS伺服驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)監(jiān)視，參數(shù)讀寫以及總線模式的控制，常用于伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)配置及運(yùn)行監(jiān)控。當(dāng)用戶要求HS網(wǎng)絡(luò)化伺服驅(qū)動(dòng)器組網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可以選擇RS485總線或CAN總線。一般來(lái)說(shuō)，CAN總線具有的靈活性與可靠性，更適合做網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)時(shí)控制，而MODBUS通訊因?yàn)榭梢詳y帶大數(shù)據(jù)包，比較適合對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的大容量的參數(shù)傳遞及數(shù)據(jù)監(jiān)控。
　　下圖是HS網(wǎng)絡(luò)化伺服驅(qū)動(dòng)器使用CAN總線和MBOX通訊控制器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化伺服控制系統(tǒng)的典型構(gòu)架。MBOX與上位計(jì)算機(jī)之間通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的通訊，MBOX與HS伺服之間實(shí)現(xiàn)CAN總線的通訊，另外，MBOX還可以與本地計(jì)算機(jī)或觸摸屏實(shí)現(xiàn)基于通過(guò)RS232等接口的MODBUS通訊，便于監(jiān)控和調(diào)試。同時(shí), MBOX還可以提供8路數(shù)字輸入，12路數(shù)字輸出及2路模擬量輸出接口，便于通過(guò)以太網(wǎng)總線實(shí)現(xiàn)低成本的數(shù)字及模擬接口數(shù)據(jù)采集和控制。 

HS伺服CAN總線組網(wǎng)與MBOX通訊控制板卡構(gòu)成的以太網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)

三軸伺服CAN總線與以太網(wǎng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用演示系統(tǒng)

　　5. 多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化伺服控制應(yīng)用方案
　　每個(gè)MBOX的CAN總線最多節(jié)點(diǎn)數(shù)與傳輸距離及波特率有關(guān)。常見(jiàn)的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)數(shù)有：3,6,9，16等。MBOX的以太網(wǎng)接口通過(guò)交換機(jī)連接在一起，當(dāng)一個(gè)交換機(jī)的端口不夠時(shí)，可以通過(guò)另一個(gè)交換機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展。在應(yīng)用中，每個(gè)MBOX分配一個(gè)ID號(hào)，該ID號(hào)用以太網(wǎng)的IP地址來(lái)表示，比如：192.168.1.100。每個(gè)MBOX構(gòu)成的控制節(jié)點(diǎn)，作為一個(gè)整體，對(duì)外的連接線只需要1個(gè)220V的電源線和一根以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)線，極大的簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)的布線工程的實(shí)現(xiàn)。另外，以太網(wǎng)通訊采用10M/100M自適應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)，具有數(shù)據(jù)傳遞高速，可靠及大容量等特點(diǎn)。

　　6. 結(jié)論
　　HS網(wǎng)絡(luò)化伺服驅(qū)動(dòng)器和MBOX通訊控制板卡的CAN通訊和以太網(wǎng)技術(shù)，是一個(gè)通用技術(shù)產(chǎn)品加以定制化開(kāi)發(fā)應(yīng)用的方案設(shè)計(jì)，該方案的優(yōu)點(diǎn)包括：
　　●高速大容量通訊
　　●組網(wǎng)方便靈活，可靠性高
　　●可擴(kuò)展性強(qiáng)、現(xiàn)場(chǎng)布線簡(jiǎn)單
　　●監(jiān)控診斷容易
　　●性價(jià)比優(yōu)于傳統(tǒng)的PLC以及控制板卡方案
　　該方案可廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化組網(wǎng)流水線控制，使用電動(dòng)缸的動(dòng)感（4D/5D）影院和六自由度平臺(tái)，以及舞臺(tái)，噴泉等特效控制泛工業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域。伺服驅(qū)動(dòng)組網(wǎng)控制定制化方案在實(shí)現(xiàn)用戶需求的同時(shí)，也達(dá)到了技術(shù)方案與目標(biāo)項(xiàng)目的最佳工程實(shí)現(xiàn)。和利時(shí)電機(jī)大力支持按客戶需求的定制化應(yīng)用方案等技術(shù)開(kāi)發(fā)及工程實(shí)現(xiàn)。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] TCP/IP Protocol Suite Fourth Edition. Behrouz A. Forouzan  ISBN 978-0-07-337604-2  Published by McGraw-Hill
　　[2] 一種CAN總線系統(tǒng)及其中的應(yīng)用層通訊方法 專利號(hào)：200910090385.4 韓利 等 北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司