為(wei) 了滿足當今半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 的最高的多軸自動化應用的需求，工程師們(men) 轉而朝向把最好的集成和基於(yu) 網絡的控製屬性的運動控製平台方向。 

許多先進機器的控製平台，即基於(yu) 網絡和集中控製開始看到從(cong) 自動化領域裏廣泛的實踐，因為(wei) 它們(men) 需要大量的處理能力和通信帶寬，這在幾年前微處理器和網絡技術是無法實現的。

在高端多軸自動化行業(ye) 很多人知道，從(cong) 20世紀90年代以來的集中式多軸控製器的好處。 使用中央高速處理器，處理協調多軸運動控製已被證明為(wei) 確定性數字伺服控製的有效架構，使最快的更新率和精密的同步。 另外，網絡結構，如CANopen網絡的，已經成功地實踐在了太陽能電池板劃線，半導體(ti) 製造和通用自動化應用中等需要可擴展性，開放的多廠商和設備，對成本控製敏感的係統設計中的運動控製領域。 網絡標準也一直在不斷發展，並且不斷提高的帶寬和可靠性。 現在，隨著基於(yu) 以太網的實時工業(ye) 網絡，如EtherCAT技術 – 決(jue) 定性的實時工業(ye) 網絡具有足夠的帶寬以支持高性能協調很多個(ge) 運動控製軸和I / O，是有可能的實現機器控製控製解決(jue) 方案，他具有集中式和基於(yu) 網絡控製的最佳品質。

下麵是三個(ge) 最近需要高度的協調和精確的多軸運動控製案例，每一個(ge) 展現著對控製係統的獨特的挑戰和極限。

1。太陽能電池板劃線和光學檢測設備

扁平麵板和薄片的激光劃線經常需要用到極其高性能的運動控製，包括高的速度和加速度，高度協調的多軸激光路徑，晶圓檢查和及其最小的運動誤差最大化光伏（PV）的晶圓密度或解決(jue) 最小的缺陷。

大尺寸麵板占用麵積超過一平方米以上;而且，由於(yu) 麵板增加的尺寸的規模，導致的機器設備的複雜性和多軸數和運動的性能和功率的需求。 最近，太陽能麵板板劃線設備和檢測設備的製造商在設計一條15軸的生產(chan) 線的控製係統是遇到了很多挑戰。有些版本的機器還使用了其他輔助軸和I / O設備。

一個(ge) 集中架構的多軸控製模塊，對如此多的軸的協調提供了優(you) 秀的性能。 支持多達八個(ge) 電機驅動器，由於(yu) 大型龍門定位台的要求，主控製器支持複雜的MIMO（多輸入多輸出）控製算法，並提供了用於(yu) 快速移動的兩(liang) 個(ge) 線性伺服電機每個(ge) 連續高達10千瓦功率在大型麵板的切割過程中。 

MC4U底版集成了運動控製器，高達8個(ge) 電機驅動器，電源，機器的I / O， 采用EtherCAT聯網功能它可以作為(wei) 主控製器，提供完整的機器自動化功能（運動，邏輯，電源和數據）的全麵控製，或作為(wei) 多軸驅動從(cong) 站工作在網絡主控製器。

本機提供了一些版本用於(yu) 連接額外的軸和I / O，因此，可擴展性是必要的。主控製器可以配置一個(ge) EtherCAT網絡控製器，使一個(ge) 控製器作為(wei) 一個(ge) 32 軸網絡的主站。 對於(yu) 網絡上其他的電機，對於(yu) 網絡主站商的8個(ge) 驅動器時，客戶可選擇一個(ge) 額外的MC4U配置作為(wei) 7軸EtherCAT從(cong) 站驅動模塊。 額外的 32/32 I / O點被增加到具有低成本的EtherCAT網絡I / O模塊控製係統中。 


網絡主機緊湊型獨立運行EtherCAT主控製器可控製多達32個(ge) 軸的運動完全同步，與(yu) 所有從(cong) 站實時控製驅動器。 因此EtherCAT主控製器提供了一個(ge) 小尺寸，低成本，運行複雜機器控製任務，比如應用程序，與(yu) 主機PC或人機界麵，通信安全和錯誤處理，並生成多軸運動軌跡。

隨著網絡可能的集成解決(jue) 方案，能夠滿足機器製造商苛刻的多軸的性能特性，同時又保持必要的可擴展性和柔性化以滿足他們(men) 不斷變化的客戶要求和低成本考慮。

2. 40軸拾取和安放設備

一個(ge) 40軸高速SMT貼片拾取和安放組裝設備裝機評估的是他能達到的生產(chan) 量並且不犧牲它的加工質量。 極具競爭(zheng) 的SMT組裝設備市場驅使需要保持低成本。 一台最近的SMT組裝機器操作8個(ge) 高功率伺服軸用於(yu) 控製龍門結構跨越大的工作區域，16個(ge) 低功率的伺服軸控製8個(ge) 拾取頭。16步進電機軸控製輸送組裝，再加上96/96數字I/0。如此複雜的一個(ge) 係統需要一個(ge) 強大和高性能的網絡解決(jue) 方案。

設計這樣一個(ge) 控製係統解決(jue) 方案的挑戰是：

•在運動控製器和主計算機之間滿足大量的實時性信息通訊，

•複雜機械台的設計性能要求，協調，高速和定位精度方麵，

•整合不同廠商生產(chan) 的控製器到一個(ge) 單一網絡，

•成本 


通用驅動器模塊，是一個(ge) 經濟型EtherCAT從(cong) 站驅動器，可直接驅動1或2直流有刷，直流無刷電機，步進（開環和閉環），音圈電機。 它接近所有伺服回路在20kHz和使用分布式時鍾去完全同步其他網絡設備。

靠選擇一個(ge) EtherCAT主控製器處理了若幹挑戰，，利用現場外現成電腦處理高級別機器控製任務，如應用程序，與(yu) 與(yu) 主機應用通訊，安全性和故障處理，以及多軸運動軌跡線生成。 主控製器在本應用中使用，包括一個(ge) 實時操作係統，與(yu) PC主機通過共享內(nei) 存進行通信，從(cong) 而提供了所需的通信吞吐量。 這種高速的通信就無法實現使用任何其他通信協議，如以太網，USB，甚至的PCI。 此外，主控製器通過用EtherCAT協議的PC標準的以太網端口控製所有電機驅動器和I / O。

為(wei) 了滿足進一步的挑戰，一個(ge) 集中式控製模塊能實施8個(ge) 要求最苛刻的運動軸。 一個(ge) EtherCAT從(cong) 站驅動控製器帶20 kHz的采樣率和先進的控製算法，提供了一個(ge) 低成本，小體(ti) 積解決(jue) 方案，同時一個(ge) 單一的物理外殼實現多達8個(ge) 驅動器軸。 
 

網絡步進驅動模塊，是一種經濟4或8軸EtherCAT從(cong) 站微驅動器執行完全協調的多軸運動控製能力。

對於(yu) 16個(ge) 輸送軸，兩(liang) 個(ge) 集成的低成本，八軸步進驅動模塊被用來保持低成本。

8個(ge) 取放頭的控製是被定製用於(yu) 連接另一供應商提供的16軸解決(jue) 方案。 此外，該模塊符合標準CANopen 在EtherCAT（CoE）協議，由主控製器支持。

由於(yu) 沒有專(zhuan) 用的運動控製器硬件，控製解決(jue) 方案大大降低了總成本，同時滿足高速通信和性能要求。

3.自動化晶圓搬運機器人

自動化晶圓運輸係統幫助太陽能電池和半導體(ti) 製造商簡化其生產(chan) ，提高生產(chan) 線的效率。 通常，這些係統采用專(zhuan) 門設計的最小重量和尺寸的機器人，在一個(ge) 線性平移台把晶圓從(cong) 一個(ge) 地方運送到另一個(ge) 地方。

一個(ge) 此類係統控製解決(jue) 方案的主要設計挑戰是：

•實時運動學計算。 移動電機的坐標係是在移動晶片時是不同。 控製器需要實時計算複雜方程，轉換晶圓的轉移到電機的運動。

•最小布線的移動機器臂，保持最輕的重量並且

•可擴展性 - 能夠在添加軸和I / O情況下不影像基本解決(jue) 方案。 


EtherCAT從(cong) 站的I / O模塊高達32個(ge) 光隔離數字輸出和32個(ge) 光隔離數字輸入，並提供完全可聯網的經濟和緊湊的封裝機I / O。

對於(yu) 如此要求苛刻的係統，一個(ge) 完全集中式控製器拓撲結構，並不是一個(ge) 好解決(jue) 辦法，因為(wei) 需要許多長而重的電纜要連接到集中式的電機控製器和驅動器櫃。 長的電機電纜特別容易受到EMI噪聲並能顯著降低整體(ti) 控製性能。相反，快速EtherCAT網絡拓撲結構（其他網絡，如CANopen或DeviceNet的，不能滿足所需的網絡通信能力）與(yu) 直接小型輕型化驅動器和控製器放在小尺寸主控機箱直接放置在移動機器人邊上，提供一個(ge) 最佳的解決(jue) 方案。 唯一的電纜連接主控製器和驅動器需要的是EtherCAT通訊電纜，對電磁幹擾不敏感，並在重量和拖曳條件上滿足移動係統應用。 此解決(jue) 方案也可擴展性，使其易於(yu) 添加驅動器或I/O用於(yu) 變化的輸送機械。#p#分頁標題#e#

所選擇的解決(jue) 方案包括一個(ge) EtherCAT主控製器和3個(ge) EtherCAT從(cong) 站伺服驅動器模塊（單，雙軸模塊）。 主控製器支持逆運動學計算，可以管理多達32個(ge) 軸和多個(ge) I / O操作。 一個(ge) 從(cong) 站模塊固定式的，其他兩(liang) 個(ge) 驅動器模塊，安放在機器人的運動軸上。 


這裏是一個(ge) 精密龍門係統解決(jue) 方案用於(yu) 高分辨率平板顯示器，太陽能電池板，矽片檢測應用。

小結：

不久前，工程師常常要犧牲或妥協機器性能和功能，因為(wei) 他們(men) 被迫選擇的網絡解決(jue) 方案或集中式的解決(jue) 方案。 現在，隨著最新的控製係統技術，兼顧上述兩(liang) 種好處的解決(jue) 方案是可以實現的。 在這裏討論的應用案例，三個(ge) 不同版本的可介紹，一個(ge) 是用主控製器插電腦主機內(nei) ，利用一個(ge) 小的獨立的另一主控製器主控製器，以及其他雇用在綜合傳(chuan) 動與(yu) 控製機箱的主控製器。 選取不同的解決(jue) 方案，以滿足每個(ge) 應用程序中的工程師所麵臨(lin) 的各種挑戰。 另外用一個(ge) 小的獨立運行的主控製器，和其他一個(ge) 主控製器集成有驅動和控製構架。不同的解決(jue) 方案選擇是為(wei) 了滿足工程師對不同應用時麵臨(lin) 的挑戰。