“總線標(biāo)準(zhǔn)由來(lái)已久，運(yùn)動(dòng)控制總線標(biāo)準(zhǔn)并非新生事物，早在十余年前多家運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品巨頭就已經(jīng)提出了各自的標(biāo)準(zhǔn)，何以時(shí)至今日總線方案才漸漸進(jìn)入我們的視線？總線時(shí)代似乎姍姍來(lái)遲，而又來(lái)勢(shì)洶洶，鋪天蓋地的總線應(yīng)用攻勢(shì)之下，脈沖控制方式何以依然在市場(chǎng)上占據(jù)總量的優(yōu)勢(shì)？”
RTEX是怎樣的總線？
RTEX 是 Real Time Express的簡(jiǎn)寫(xiě)，是松下為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制高速實(shí)時(shí)性要求獨(dú)自開(kāi)發(fā)的高端總線技術(shù)。松下公司早于2004年便已經(jīng)提出了此技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，早先多為松下公司內(nèi)部設(shè)備的應(yīng)用，近年隨著我國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)品的更新?lián)Q代，產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求，RTEX技術(shù)在國(guó)內(nèi)的多家用戶處實(shí)現(xiàn)了高速高精應(yīng)用，更于2017年6月在上海松下金橋?qū)嶒?yàn)室成立RTEX CLUB，并以此為基地向全國(guó)推廣RTEX總線技術(shù)的應(yīng)用。采用RTEX總線的包括伺服、步進(jìn)、遠(yuǎn)程IO、變頻器、運(yùn)動(dòng)控制器在內(nèi)的諸多廠家，為自動(dòng)化設(shè)備及產(chǎn)線，通用及非標(biāo)自動(dòng)化系統(tǒng)，提供高性能價(jià)格比的運(yùn)動(dòng)控制總線解決方案。
RTEX在各類總線中，是屬于“皮實(shí)”的。以此穩(wěn)定可靠的總線標(biāo)準(zhǔn)作為運(yùn)動(dòng)控制的中樞，松下公司的FA工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備充分發(fā)揮了其穩(wěn)定、高速、高精的特點(diǎn)，并且由此實(shí)現(xiàn)多種獨(dú)特的算法，在設(shè)備的穩(wěn)定性（少維護(hù)），高速性（高效率），功能附加值（定制功能如拖動(dòng)示教、高速位置捕捉、高速位置比較等等）上均完勝競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，松下FA設(shè)備在電子元器件的封裝、貼片、組裝設(shè)備上表現(xiàn)出了極為優(yōu)異的性能優(yōu)勢(shì)。由此RTEX在半導(dǎo)體、液晶制造、電子元器件貼裝設(shè)備上獲得廣泛應(yīng)用。
這些設(shè)備的一個(gè)統(tǒng)一的特點(diǎn)是要求高速、高精、同時(shí)厭惡修理維護(hù)。RTEX完全滿足了高端運(yùn)動(dòng)控制高速指令傳輸、穩(wěn)定可靠、抗干擾、高同步性的性能要求。這也正是未來(lái)設(shè)備對(duì)總線的核心訴求：高速、高精、高抗噪性能。
RTEX如何實(shí)現(xiàn)高速、高精？
高速，高精是一對(duì)矛盾體，在脈沖控制方式下是無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。脈沖方式下，脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，脈沖頻率對(duì)應(yīng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度。
以通用脈沖方式下MAX輸出頻率500K pps為例，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在6000rpm時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)1圈所需的脈沖最大僅為5000pulses，對(duì)應(yīng)通用松下A6系列電機(jī)編碼器8388608pulse/圈，僅相當(dāng)于1/1677，指令是相當(dāng)粗糙的。
RTEX方式下，指令是以原點(diǎn)為基準(zhǔn)的絕對(duì)數(shù)據(jù)，脈沖指令可以直接采用電機(jī)編碼器的分辨率，同樣以A6電機(jī)編碼器8388608pulse/圈為例，在電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在6000rpm時(shí)，電機(jī)相對(duì)應(yīng)的脈沖輸出指令達(dá)到838860800pulse/圈，分辨率達(dá)到上述脈沖方式時(shí)MAX值的1677倍。
如此高的脈沖分辨率，通過(guò)脈沖方式是不可實(shí)現(xiàn)的！
而RTEX通過(guò)數(shù)據(jù)進(jìn)行指令傳輸，指令可以達(dá)到4Gpulse/s，即使以8388608pulse/圈的分辨率運(yùn)行在6000rpm下都綽綽有余。
上圖可以很容易理解脈沖指令方式和總線方式指令的區(qū)別：
總線可以帶來(lái)設(shè)備性能的巨大提升，因此以往只有非常高級(jí)，速度精度要求極高的應(yīng)用才會(huì)選擇總線方式，價(jià)格也會(huì)偏高，且作為高端應(yīng)用，價(jià)格下不來(lái)。但是基于當(dāng)前設(shè)備的升級(jí)要求，除了半導(dǎo)體、液晶設(shè)備、電子元器件貼裝設(shè)備這類傳統(tǒng)高速高精的代表，越來(lái)越多的設(shè)備，比如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、紡織經(jīng)編、鋰電光伏、木工、石材等設(shè)備開(kāi)始加入總線控制陣列。高速、高精正是RTEX可以帶來(lái)的重要價(jià)值。
RTEX如何實(shí)現(xiàn)高抗噪性？
“抗噪性能”是對(duì)工業(yè)總線的基本的要求。
半導(dǎo)體、液晶面板等需要24小時(shí)不間斷生產(chǎn)的場(chǎng)景，即便是偶發(fā)的停機(jī)也是不允許的。通信干擾極易引發(fā)設(shè)備停機(jī)，而RTEX在抗噪性能上有著極佳表現(xiàn)，其抗噪技術(shù)在各類運(yùn)控總線中遙遙領(lǐng)先。
RTEX如何實(shí)現(xiàn)高抗干擾性？
法寶一：更短的數(shù)據(jù)幀
整個(gè)數(shù)據(jù)幀只留下前部的前導(dǎo)幀頭和RTEX幀頭，較小的幀頭更易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，同時(shí)有獨(dú)特的校驗(yàn)及數(shù)據(jù)復(fù)原算法，相對(duì)于冗長(zhǎng)的多層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，更不易受到干擾。
法寶二：冗余數(shù)據(jù)幀
可以設(shè)定指令更新周期和通信周期1：1或者1：2。當(dāng)設(shè)定1：2時(shí)，每次指令更行周期發(fā)送2次相同的數(shù)據(jù)幀，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀冗余，即使某一個(gè)數(shù)據(jù)幀發(fā)生數(shù)據(jù)丟失對(duì)整體通信也毫無(wú)影響。
法寶三：已申請(qǐng)專利的數(shù)據(jù)幀修復(fù)功能
數(shù)據(jù)修復(fù)可以保障數(shù)據(jù)由于噪聲干擾受到一定程度破壞的情況下，也可以在該通信周期內(nèi)將數(shù)據(jù)復(fù)原，這種狀況下即使后續(xù)數(shù)據(jù)無(wú)法即刻跟上，數(shù)據(jù)幀也能在同一通信周期內(nèi)復(fù)原，完全不影響整體通信。
法寶四：環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
保障數(shù)據(jù)通信的單向環(huán)形傳輸，從而不會(huì)因雙向傳輸而占用信道，避免數(shù)據(jù)交叉產(chǎn)生的影響。
有了上述四項(xiàng)法寶，通信網(wǎng)絡(luò)的抗噪性能得到充分保障，進(jìn)而保證設(shè)備的穩(wěn)定性，這也是RTEX總線在對(duì)抗干擾問(wèn)題上，通過(guò)多層保障機(jī)制，實(shí)現(xiàn)“皮實(shí)”通信的基礎(chǔ)。
在設(shè)備廠商的角度來(lái)看，“穩(wěn)定”是核心價(jià)值的體現(xiàn)。很多場(chǎng)合對(duì)于穩(wěn)定性的要求，甚至要高于高性能的要求，因?yàn)闊o(wú)法接受停機(jī)檢修帶來(lái)的損失，噪聲干擾帶來(lái)的停機(jī)是不可接受的。所以在抗噪性能上，看似重復(fù)的多層級(jí)的保護(hù)措施并不多余。高抗噪性能也是RTEX能為使用者帶來(lái)價(jià)值的重要體現(xiàn)。
結(jié) 語(yǔ)
成本優(yōu)勢(shì)無(wú)疑是脈沖方式最大的優(yōu)點(diǎn)，也是自動(dòng)化廠家并不急迫加入總線陣營(yíng)的首要原因。
但正如當(dāng)年數(shù)字通話替代模擬通話一樣，未來(lái)毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)成為數(shù)字通信的天下。2018年我們將會(huì)看到自動(dòng)化生產(chǎn)線上大規(guī)模采用總線控制的設(shè)備，并且在不久的將來(lái)，仍然以脈沖方式作為運(yùn)動(dòng)控制指令的方式將會(huì)變得十分罕見(jiàn)。
基于當(dāng)前智能工廠，IIOT互連，工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展；人力成本提升；設(shè)備的信息化程度提升從而減少人員配置；總線產(chǎn)品的價(jià)格逐漸接近脈沖控制方式……一系列的跡象表明，總線時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨！而高速、高精、高抗噪性能以及性價(jià)比，無(wú)疑是2018年以至未來(lái)采用工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制總線的基本要求！
