ZHCADP7A September 2022 – January 2024 DP83TC812R-Q1 , DP83TG720S-Q1
隨著設(shè)計人員不斷探尋新的方法來實現(xiàn)更短的周期時間和更高的吞吐量，從而滿足大數(shù)據(jù)要求，使帶寬更寬的系統(tǒng)以超高效率工作，并更大限度地縮短停機時間，他們也希望通過重復(fù)使用現(xiàn)有布線基礎(chǔ)設(shè)施來更大限度地減少對升級的影響。大多數(shù)系統(tǒng)還采用高級功能，例如更智能的診斷、更高的安全規(guī)格以及更快、更好的實時特性來進行電機控制。
機器人系統(tǒng)架構(gòu)必須滿足帶寬裕度等通信接口要求。隨著帶寬要求不斷提高，設(shè)計人員將整合以太網(wǎng)和光學(xué)設(shè)計，這些設(shè)計比 RS-485 和控制器局域網(wǎng) (CAN) 等傳統(tǒng)接口更快。但是，在遷移到以太網(wǎng)時，需要考慮如何通過 Ethernet/IP、EtherCAT、Profinet 等工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，或通過實現(xiàn)專有的通信協(xié)議，更大限度地減少以太網(wǎng)協(xié)議實時性能的延時。
本文討論了 SPE (Base-T1) 在機器人應(yīng)用中的優(yōu)勢，以及為機器人系統(tǒng)設(shè)計緊湊、高效、穩(wěn)健且低噪聲的通信接口時面臨的主要挑戰(zhàn)。需要了解這些挑戰(zhàn)，才能在機器人系統(tǒng)中實現(xiàn)單對雙絞線以太網(wǎng)，同時仍實現(xiàn)所需的性能來高效地操作機器人。
通常，兩個關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)是數(shù)據(jù)速率和電纜尺寸或長度。這兩個參數(shù)是相關(guān)的，這意味著某些通信接口的電纜長度定義了可實現(xiàn)的數(shù)據(jù)速率。第二個參數(shù)是實現(xiàn)接口所需的電纜和連接器引腳的物理數(shù)量。
表 1-1 列出了機器人系統(tǒng)中通常使用的 PHY 類型的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)速率和電纜長度。
| 通信接口 | 數(shù)據(jù)速率 | 電纜長度 | 雙絞線 |
|---|---|---|---|
| 4mA 至 20mA I/O | 0.01Mbps(1) | 3000m | 1 |
| HART | 00012Mbps | 3000m | 1 |
| CAN | 1Mbps | 40m | 1 |
| CAN 靈活數(shù)據(jù)速率 (FD) 或 CAN 信號改善功能 | 10Mbps | 10m | 1 |
| RS-485 | 20Mbps | 40m | 1 |
| 100Base-TX | 100Mbps | 100m | 2 |
| 1000Base-TX | 1,000Mbps | 100m | 4 |
| 1000Base-SX | 1,000Mbps | 1,000m | 多模光纖 |
| 1000Base-LX | 1,000Mbps | 5,000m | 單模光纖 |
| 低電壓差分信號 | 360Mbps | 10m | 1 |
| 100Base-T1 | 100Mbps | 50m (UTP) 100m (STP) | 1 |
| 1000Base-T1 | 1,000Mbps | 15m (UTP) 40m (STP) | 1 |
| 10Base-T1L | 10Mbps | 1 | |
| 10Base-T1S | 10Mbps | 1 |
在考慮特定機器人系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)速率和電纜長度時，還應(yīng)考慮系統(tǒng)中使用的電纜的電纜老化（很大程度上受機器人運動的影響）、成本、直徑和重量。由于電纜老化，機械臂中機械手的電纜樹通常每 2 至 3 年更換一次。這屬于預(yù)防性維護，無需測試電纜功能?？紤]到這一點，通過減少電線數(shù)量（可能會老化）并在 PHY 中引入智能診斷功能（以了解電纜的持續(xù)質(zhì)量），故障點會更少，而電纜和連接器的運行狀況會表明是否需要更換電纜，而不是每隔幾年，無論是否需要，都隨意更換電纜。另一個好處是由于布線較小電纜所需的空間較小，因此機械臂的機械結(jié)構(gòu)變得更小且更具有成本效益。
除了數(shù)據(jù)速率和電纜選擇之外，還有一些規(guī)格會影響機器人系統(tǒng)的性能，因此必須了解這些規(guī)格。以下列表顯示了一些會影響機器人系統(tǒng)性能的系統(tǒng)元素，在系統(tǒng)設(shè)計中必須考慮這些點。