目前，工廠內(nèi)物流主要通過叉車、傳送帶、自動引導小車（AGV）以及人力等方式實現(xiàn)。其中，傳送帶是目前最常用的物料搬運方式，可以實現(xiàn)物料連續(xù)搬運，效率高。

傳送帶是指一種利用電機帶動皮帶等牽引裝置，依靠靜摩擦牽引物品前進的搬運裝置，如一般傳送帶、扶梯、索道等。這類傳送帶通過牽引裝置間接帶動所需搬運物品勻速直線前進，整個過程中牽引裝置與被搬運物品基本相對靜止。

高效的生產(chǎn)物流管理可以合理調(diào)控原材料供給，均衡設備負載，緩解供給和消耗矛盾，可以將碎片化的過程數(shù)據(jù)接入信息化系統(tǒng)，為決策提供依據(jù)，最大化提高經(jīng)濟效益。智能傳送帶可以實現(xiàn)物料在傳送帶的運動姿態(tài)可控，而這極大地增加傳送帶的靈活性，帶來許多傳統(tǒng)傳送帶無法實現(xiàn)的功能。

智能傳送帶突破傳統(tǒng)傳送帶使用輸送帶進行整體牽引的物料傳輸方式，采用分布式模塊化的驅(qū)動模塊，通過多個驅(qū)動模塊的同步配合，控制物料在智能傳送帶上任意軌跡運動從而滿足生產(chǎn)過程中物料的搬運、分類、整理等需求，降低甚至消除人員依賴。Interact Analysis研究表明，全球智能輸送技術市場2022年銷售額已超過4億美金（合人民幣28億元），2023年銷售額超過30億人民幣。隨著傳統(tǒng)輸送系統(tǒng)被取代，智能輸送技術在新行業(yè)和應用中的采用率不斷提高，其增長前景遠超全球機械制造業(yè)的整體預期。

▲智能傳送帶驅(qū)動模塊和整體示意圖

控制的模塊化必然對數(shù)據(jù)通信提出新的要求，傳統(tǒng)電機控制一般采用模擬量接口和脈沖量接口，模擬量接口存在易受電磁干擾問題，脈沖量接口僅能單向通信、信息量低，且隨驅(qū)動模塊的增加，布線和接線難度倍增。

目前，企業(yè)一般采用傳統(tǒng)傳送帶加輔助裝置定制傳送系統(tǒng)實現(xiàn)特定的傳輸任務，設計周期長，必要時還需要對工廠環(huán)境進行改造，成本較高，僅僅適用于長期固定運行的生產(chǎn)線，靈活性較差。為了讓整個傳送帶正常運行，需要多個驅(qū)動模塊協(xié)同運作，控制信息的實時送達，狀態(tài)信息的及時采集反饋，讓總線技術成為制約智能傳送帶的瓶頸之一。因此，有必要引入一款高帶寬、低時延、便于拓展的通信總線。

EtherCAT 總線是德國倍福于2003年推出的工業(yè)以太網(wǎng)標準，單個網(wǎng)段的通信節(jié)點最大可達65535個，帶寬高達100M，通過分布時鐘以及同步管理器機制可以保證僅us級的時間抖動，并在物理層、鏈路層以及應用層都有相應機制保證通信的可靠性。采用EtherCAT總線作為智能傳送帶控制系統(tǒng)的通信總線，對企業(yè)降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化自身傳送帶系統(tǒng)結(jié)構，提高核心競爭力有關鍵作用。同時可作為智能物流的一環(huán)，對提高包裹分揀效率有著至關重要的作用，EtherCAT通信技術將在智能傳送帶領域嶄露頭角。

基于EtherCAT的智能傳送帶控制系統(tǒng)

基于EtherCAT的智能傳送帶控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用一主多從的鏈式拓撲結(jié)構，控制系統(tǒng)主站和從站之間采用以太網(wǎng)線連接，通過 EtherCAT總線協(xié)議進行通信。系統(tǒng)采用PC 機作為 EtherCAT 主站，PC 機上安裝具有DMA功能標準的以太網(wǎng)卡作為網(wǎng)絡接口，在PC 機上采用倍福公司的TwinCAT 軟件實現(xiàn)PLC、編程及實時監(jiān)測等主站功能。主站向從站發(fā)送包含控制指令的EtherCAT數(shù)據(jù)幀，從站接收到數(shù)據(jù)幀后，對命令進行解析，驅(qū)動各電機及執(zhí)行機構, 實現(xiàn)多個驅(qū)動模塊的協(xié)調(diào)配合。同時，從站將運行信息和輸人采集信號發(fā)送回主站。

從站主要由微處理器和ESC組成。微處理器實現(xiàn)EtherCAT從站應用層和邏輯鏈路控制功能，通過MII接口實現(xiàn)ESC和物理層芯片PHY通信，PHY最終將 EtherCAT 數(shù)據(jù)幀通過與RJ45接頭相連的通信介質(zhì)發(fā)送到EtherCAT總線中。串口UART以及視頻接口HDMI可以用于后續(xù)程序調(diào)試或者主站狀態(tài)顯示，額外的USB 接口用于配置文件的輸入。

一個完整的智能傳送帶控制系統(tǒng)還包括晶振、電源模塊、復位以及調(diào)試下載接口等基礎模塊，采用 QSPI Flash 保存系統(tǒng)固件并引導系統(tǒng)啟動，增加 DDR SDRAM用于彌補微處理器片上RAM不足。

▲基于EtherCAT的智能傳送帶控制系統(tǒng)

基于 EtherCAT的智能傳送帶控制系統(tǒng)從站

智能傳送帶EtherCAT控制系統(tǒng)從站主要完成 EtherCAT通信控制和設備驅(qū)動控制兩個任務。其中，設備驅(qū)動控制由微處理器實現(xiàn)，驅(qū)動電路根據(jù)不同的被控對象選擇成熟的驅(qū)動電路,如交流伺服電機驅(qū)動電路、步進電機驅(qū)動電路、電磁繼電器驅(qū)動電路等。EherCAT通信控制由專門的EherCAT從站控制器(ESC)來實現(xiàn)，ESC在數(shù)據(jù)鏈路層起重要作用, 用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，同時實現(xiàn)EtherCAT 主站和從站的以太網(wǎng)通信。ESC 通過 I2C 和外部EEPROM 連接，EEPROM 中存儲ESC基本配置信息。

▲基于EtherCAT的智能傳送帶控制系統(tǒng)從站

智能傳送帶控制系統(tǒng)主站和從站通信數(shù)據(jù)可以劃分為兩類，一類為周期性數(shù)據(jù)，如智能傳送帶中的驅(qū)動模塊的位移量、旋轉(zhuǎn)角度等周期性控制數(shù)據(jù)或者傳感器數(shù)據(jù)，用于控制該從站功能實現(xiàn)；另一類為非周期數(shù)據(jù)，如電機的運行狀態(tài)、驅(qū)動模塊累計運行時間等狀態(tài)數(shù)據(jù)。

碼靈半導體智能傳送帶EtherCAT控制系統(tǒng)解決方案

碼靈半導體推出的CF110x系列是一款高性價比 EtherCAT從站控制器芯片。CF110x系列最多支持3個EtherCAT 接口，支持32位數(shù)字量IO接口用于傳輸數(shù)據(jù)。內(nèi)置8個FMMU單元，8個SM通道，4KB控制寄存器，8KB過程數(shù)據(jù)存儲區(qū)，支持64位分布式時鐘功能，其中8KB過程數(shù)據(jù)存儲區(qū)是DPRAM，用于和從站微控制器交換數(shù)據(jù)。適用于整體性能要求較高、結(jié)構復雜的智能傳送帶系統(tǒng)設計。

▲碼靈半導體CF110x系列芯片實物圖

▲碼靈半導體CF110x系列芯片結(jié)構框圖

另外，CF1106內(nèi)部集成2個10M/100Mbps以太網(wǎng)PHY，兼容IEEE 802.3u 100Base-TX、100Base-FX（僅電壓型PHY支持光纖），支持Auto-Negotiation自動協(xié)商、Auto-MDIX自動交叉識別，可使用直連或交叉線纜。不需要額外設計PHY電路和 PHY芯片，電路簡潔、布線簡單，即可實現(xiàn)高性價比的智能傳送帶系統(tǒng)從站方案。

將EherCAT技術引入智能傳送帶的運動控制系統(tǒng)，發(fā)揮其優(yōu)異的同步性、實時性優(yōu)勢，可以有效提升智能傳送帶系統(tǒng)的性能。碼靈半導體推出的CF110x系列EtherCAT從站控制器芯片定義行業(yè)新標桿，并為智能傳送帶系統(tǒng)領域客戶提供一站式解決方案，使得客戶可以更加便捷地進行二次開發(fā)，快速推出符合市場需求的產(chǎn)品，可以更加靈活地應用于實際生產(chǎn)中。

歡迎聯(lián)系碼靈半導體李經(jīng)理18759007589（微信同號）獲取更多CF110x系列產(chǎn)品及應用方案等詳細信息。