POWERLINK在机器人、CNC系统和多轴高速同步应用

  (1)机器人

  在机器人系统中，为了实现机器人动作的变化，需要对其进行路径规划的算法设计，由于机器人各个关节的机械参数不同，例如，各机械臂长度、工作范围限制、机械当前位置的差异，路径规划需要确保机械执行能够最快地到达指定位置，且每个轴具有较低的机械振动，在运行过程中及时反馈当前信息，以为下一步的执行提供参考。机器人运动过程需要高速的数据通信来建立轴与轴之间位置关系的绑定，这对通信提出了很高的要求，实时通信在机器人系统里得到了最为现实的应用。

  (2)CNC

  CNC系统的工作是将插补信息通过总线传递给每个伺服轴，在整个CNC系统里需要更高的通信速度。传统的CNC系统的速度环控制往往运行在主CPU上，反馈元件如编码器数据回到CNC上位系统，使得对于CNC系统除了计算插补外，还要计算速度和位置环，对于高速系统要求达到μs级的刷新。由于智能型伺服驱动器的出现，速度与位置环的计算可以在分布式伺服本地执行，这使得对总线的需求降低，但是仍然要求达到百微秒级的刷新。

  (3)多轴同步

  为了降低缘于传统机械长轴通过蜗轮蜗杆方式传递所带来的机械磨损造成的误差，以及为了更为灵活的工艺切换，无轴传动技术得到了更为广泛的使用。这类系统为了实现各个运动轴之间的高速同步，需要由一个高速总线来协调各个轴之间的速度与位置关系。通常这一需求在百微秒级，这需要通信必须在这个级别上与之匹配。Ethernet Powerlink 在典型的多轴高速运动控制系统应用，例如，印刷机械无轴传动系统，啤酒饮料灌装系统，全电动注塑成型与中空成型系统，流延膜生产线，化纤设备高速卷绕，棉纺粗纱、细纱机，婴儿/成人纸尿裤生产线，轮胎成型与裁断系统，单晶硅/多晶硅多线切割机等。

  (4)航空与高铁测试系统的时序分析

  除了机器人与机械系统高速同步需求外，高速测试系统对于数据交换的确定性提出了要求，为了确保在系统故障时对于各个子系统和传感器等数据的时序进行分析，以便工程师分析导致系统故障的原因，需要对于数据的确定性得到保障，这也是实时以太网的最关键应用。Ethernet Powerlink由于采用了满足IEEE1588时钟系统设计，且每个系统刷新过程都需要精确对时，并给每个数据包打上时间戳，通过测试软件可以监控到每个数据包的发送时序，从而为系统诊断与调试提供可靠的数据分析基础。典型应用，例如，机载测试系统、高铁信号采样系统、路电系统、列车自动控制系统。

  (5)安全应用

  Powerlink Safety 即 openSAFETY，它是经过TUV 认证且满足IEC 61508标准的协议，open-SAFETY是功能安全通信国际标准，标准号为IEC61784-3(注IEC61508定义了功能安全基本的标准，而IEC61784是在IEC61508基础上满足安全通信层的标准，openSAFETY的标准是IEC 61784-3，这是因为IEC61784也包括了其他一些安全应用层协议，如Profisafe等)，这使得它成为具有经过严格认证的安全技术标准，由于其独特的双循环冗余码校验设计，使得其在保证数据交换的完整性方面优势突出。带有时间戳的数据包确保避免了数据重复、插入与时序混乱的产生，所有安全相关数据均在实时监控之下，类似一个看门狗的设计保证了数据不被丢失和延迟，独特的帧设计保证其不会造成安全帧与其他数据帧产生混乱。

  未来，安全技术将会成为工业界关注的重点。一方面，人性化的系统设计要保护人的生命与免除机械伤害另一方面，保护机器的设备投资也变得更加重要。安全技术的典型应用领域，例如，汽车生产与制造，轮胎生产线，具有裁切装置的机械设备，如印刷后道、卷筒纸切纸机构，风力发电机组，塑料机械，啤酒饮料灌装系统，纺织机械，如经编机、碳纤维卷绕，物流输送系统，大型锻压与铸造设备，数控机床等。

  Powerlink 的未来基于标准以太网技术的发展，借助于整合标准以太网技术，随着1Gbit/s/10Gbit/s 以太网技术的发展，Powerlink 将向1Gbit/s/10Gbit/s深入发展。