在制造業(yè)中，人們試圖通過“連接”來提高生產(chǎn)率。近年來，旨在通過整合生產(chǎn)管理（IT）與生產(chǎn)現(xiàn)場（OT）進(jìn)一步提升生產(chǎn)率的Industry 4.0，便是IIoT進(jìn)程中的一例。在這種趨勢下，連接制造設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)正在從傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線快速過渡到以太網(wǎng)，以實現(xiàn)更快的通信速度。

面向工業(yè)設(shè)備的以太網(wǎng)有幾種通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，比如PROFINET和EtherNet/IP等。不過，近年來發(fā)展特別迅速的是EtherCAT。如下圖（圖1）所示，它的市場份額在過去兩年增長了7%。

圖1 按工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議類別劃分的市場份額（HMS Networks公司調(diào)查）

EtherCAT市場份額增加的原因是其應(yīng)用于制造設(shè)備以外的廣泛領(lǐng)域，如樓宇自動化設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和風(fēng)力發(fā)電等發(fā)電設(shè)備。這樣，應(yīng)用于不斷擴(kuò)大與成熟的領(lǐng)域和標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)備，需要大幅度擴(kuò)展各種產(chǎn)品陣容，包括從高性能產(chǎn)品到更為小型且物美價廉的產(chǎn)品。為此，瑞薩電子提供能供開發(fā)各種產(chǎn)品的MPU產(chǎn)品陣容，并為用戶提供相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境。

其中，為了應(yīng)對EtherCAT需求，瑞薩發(fā)布了兼容EtherCAT通信的MPU“RZ/T2L”產(chǎn)品陣容，可實現(xiàn)高速、高精度實時控制。降低EtherCAT伺服系統(tǒng)的BOM成本和開發(fā)工作量。

實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)兼容的伺服系統(tǒng)的

BOM成本降低

傳統(tǒng)上，支持EtherCAT的伺服系統(tǒng)使用FPGA來實現(xiàn)EtherCAT專用ASIC、執(zhí)行系統(tǒng)控制的微控制器以及用于電機(jī)位置檢測的絕對值編碼器之間的通信。該FPGA同時用于高速電機(jī)控制處理。大量部件導(dǎo)致的高BOM成本是一個問題。

RZ/T2L為該問題提供了解決方案。RZ/T2L配備Beckhoff公司的EtherCAT從站控制器（ESC）和支持多種編碼器協(xié)議的絕對值編碼器接口，可在單個芯片上實現(xiàn)EtherCAT通信、系統(tǒng)控制和電機(jī)控制。因此，可以通過減少部件數(shù)量和減小電路板面積來降低BOM成本（圖2）。

圖2 采用RZ/T2L的單芯片交流伺服解決方案

此外，RZ/T2L具有很高的實時性，以往需要FPGA處理的電機(jī)控制算法可以用CPU實現(xiàn)。RZ/T2L搭載了一個工作頻率為800MHz的Arm Cortex-R52內(nèi)核和總共576KB的緊耦合內(nèi)存（TCM）直接連接到CPU，消除了使用緩存內(nèi)存導(dǎo)致的執(zhí)行時間波動、可確保快速響應(yīng)處理。它還搭載了三角函數(shù)單元作為硬件加速器，用于高速執(zhí)行電機(jī)控制算法中使用的三角函數(shù)運算。此外，用于電機(jī)控制的外設(shè)功能放置在直接連接到CPU的專用總線（Low Latency Peripheral Port）上，從而實現(xiàn)高速寄存器訪問。電機(jī)控制需要高速電流環(huán)處理，通過上述功能，RZ/T2L的電流環(huán)性能已經(jīng)達(dá)到了1微秒以內(nèi)，在本公司RZ/T1性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了顯著提高（圖3）。

圖3 電流環(huán)處理時間

輕松支持EtherCAT以外的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

除了前面提到的EtherCAT，當(dāng)支持EtherNet/IP、PROFINET等其他工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，以及串行現(xiàn)場總線等多種協(xié)議時，為避免開發(fā)工作量大幅增加，需要將網(wǎng)絡(luò)以外的軟件通用化，提高開發(fā)效率。

RZ/T2L采用與支持多協(xié)議的高端產(chǎn)品RZ/T2M相同的硬件架構(gòu)，包括CPU、工作頻率、TCM容量、外設(shè)功能、內(nèi)部總線配置，從而提供兼容的實時性能和功能。在拓展產(chǎn)品開發(fā)要求支持多協(xié)議，如EtherNet/IP和PROFINET的設(shè)備時，為RZ/T2L開發(fā)的電機(jī)控制和系統(tǒng)控制軟件可輕松沿用于RZ/T2M。

此外，RZ/T2L擁有支持EtherCAT和不支持EtherCAT兩種版本，對于支持串行現(xiàn)場總線的設(shè)備開發(fā)，可選擇不支持EtherCAT的版本以降低成本。

表1 RZ/T2L和RZ/T2M規(guī)格簡介

審核編輯：湯梓紅