RX72M單芯片EtherCAT伺服方案（上）概述與功能介紹

簡(jiǎn)介

隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，越來(lái)越多的終端設(shè)備邁向智能化、網(wǎng)絡(luò)化。智能化要求終端設(shè)備具有高性能輸出，能實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)并做相應(yīng)的反饋；而由于現(xiàn)場(chǎng)域數(shù)據(jù)量增大，傳統(tǒng)的串口總線或者現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)不能滿足要求，如何在提高處理性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高速的網(wǎng)絡(luò)通訊？

本文將介紹由瑞薩電子給大家?guī)?lái)基于瑞薩電子的RX72M產(chǎn)品的單芯片EtherCAT伺服參考設(shè)計(jì)方案（并由瑞薩電子的第三方合作伙伴睿德為委托設(shè)計(jì)）。

現(xiàn)場(chǎng)域（或叫現(xiàn)場(chǎng)層），這里主要是指OT域（運(yùn)營(yíng)技術(shù)）設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合，包括了原來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線（或者工業(yè)以太網(wǎng)）通訊的所有設(shè)備，如IO模塊、伺服、傳感器、減速器等。

RX72M的主要特性

■ 支持主流的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，示例軟件包括：EtherCAT、PROFINET RT、Ethernet/IP、Modbus TCP和作為工業(yè)以太網(wǎng)軟件的OPC UA

■ 集成2通道的EtherCAT從站控制器

■ 高達(dá)240MHz主頻和1396 CoreMark算力的性能，支持1MB SRAM

■ 帶有雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元以及專(zhuān)門(mén)針對(duì)馬達(dá)控制的三角函數(shù)加速器，可實(shí)現(xiàn)sin, cos, 反三角函數(shù)以及開(kāi)方根函數(shù)運(yùn)算

■ 具有豐富的PWM控制輸出以及模擬信號(hào)單元，支持多達(dá)2軸的電機(jī)驅(qū)動(dòng)

■ 支持6通道的Delta-sigma調(diào)制器接口，支持電流環(huán)反饋信號(hào)

■ 支持多種封裝，輕松實(shí)現(xiàn)小型化PCB設(shè)計(jì)

工業(yè)以太網(wǎng)通訊性能的增強(qiáng)在高性能CPU計(jì)算能力的加持下，對(duì)于工業(yè)應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0至關(guān)重要，RX72M及其解決方案為廣大客戶(hù)提供了一個(gè)高性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品，幫助客戶(hù)減少開(kāi)發(fā)成本，快速提供符合工業(yè)以太網(wǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)的解決方案并投放市場(chǎng)，RX72M是您值得信任的最佳選擇！

下面讓我們來(lái)看看本方案的具體規(guī)格跟操作吧。

目錄

1. 概述

2. 功能介紹

3. 操作說(shuō)明

4. 規(guī)范

1. 概述

1.1 概述

本方案介紹了基于RX72M的單芯片EtherCAT伺服控制板的硬件架構(gòu)、電源和接口定義，EtherCAT通信的連接，以及通過(guò)TwinCAT3控制電機(jī)操作等。

該方案的控制板使用的主芯片型號(hào)：R5F572MDDDFB（RX72M 144腳 & 2M Flash版本）

該方案的驅(qū)動(dòng)板使用交流220V電源，功率0.75kW，可以驅(qū)動(dòng)AC220V 50W—400W的電機(jī)。

當(dāng)前配置的電機(jī)是珠海凱邦電機(jī)，型號(hào)為BM0602A1PD-A，參數(shù)如下：

• AC：220V，額定電流：1.6A，最大電流：5.6A

• 額定輸出功率200W，額定轉(zhuǎn)矩0.64N·m

• 額定轉(zhuǎn)速300rpm，最大轉(zhuǎn)速600rpm

• 編碼器：多摩川絕對(duì)值編碼器，分辨率是單圈17位/多圈16位

軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境：

• IDE: e² studio 2021-01

• 編譯器：CCRX-V3.01

注意

斷開(kāi)電源后，一定要等點(diǎn)擊電源指示燈D27熄滅后，才可以碰觸驅(qū)動(dòng)板。

1.2 整體架構(gòu)

控制板硬件整體架構(gòu)圖如下：

圖1 控制板整體架構(gòu)圖

圖2 驅(qū)動(dòng)板整體架構(gòu)圖

1.3 外觀圖

圖3 驅(qū)動(dòng)器整機(jī)圖

圖4 控制板圖

2. 功能介紹

2.1 控制板主要器件列表（瑞薩）

圖5 瑞薩器件列表

2.2 RX72M控制板介紹

圖6 控制板接口圖

2.2.1 仿真J2/燒錄CON1接口

使用如下圖的仿真口J2可以連接E1 / E2 Lite / EZ-Cube2等支持RX系列FINED通信的仿真器。

圖7 仿真接口

1. 仿真模式：跳線J26跳線全部NC；J2仿真口連接E1 / E2 Lite / EZ-Cube2，可以使用FINE的模式仿真。

2. 在仿真的時(shí)候，如果使用仿真器給控制板供電，程序可以正常調(diào)試，但是因控制板部分電路是5V供電，部分功能可能不正常。

3. USB口燒錄：跳線J26：1-2短接 / 3-4 短接，并使用USB線連接CON1和電腦，此時(shí)按仿真接口旁的復(fù)位按鈕，MCU進(jìn)入U(xiǎn)SB Boot模式，可以使用Renesas Flash Programmer連接板子燒錄RX72M。

4. 沒(méi)有連接交流驅(qū)動(dòng)板的時(shí)候，可以使用CON1: USB口給控制板供電。

2.2.2 編碼器接口J7

編碼器接口，使用DB15母座，引腳定義如下表。

圖8 編碼器接口

1. 如果使用多摩川絕對(duì)值編碼器：D+ / D- / 5V / GND（連接黃色部分）

2. 如果為增量型編碼器，需要連接：A / B / Z，以及霍爾信號(hào)：U / V / W

2.2.3 I2C按鍵板接口J4

I2C按鍵板接口定義如下表。

表1 I2C按鍵板接口(J4)

2.2.4 SPI 接口J14

SPI接口定義如下表。

表2 SPI 接口(J14)

2.2.5 通信指示燈 (EtherCAT)

EtherCAT通信指示燈如下表。

表3 EtherCAT通信指示燈

2.2.6 UART接口J1

UART接口定義如下表。

表4 UART 接口(J1)

2.3 交流驅(qū)動(dòng)板介紹

圖9 交流驅(qū)動(dòng)板接口介紹

2.3.1電源指示燈

交流驅(qū)動(dòng)板上有兩個(gè)紅色指示燈，如上圖位置，分別是D29紅色指示燈，表示控制電源指示燈。

D27紅色LED指示燈：電機(jī)電源指示燈。

注意

斷開(kāi)電源后，一定要等電機(jī)電源指示燈D27滅后，才可以碰觸驅(qū)動(dòng)板。

2.3.2 控制板與驅(qū)動(dòng)板接口P2

下圖是控制板驅(qū)動(dòng)板的接口定義。

表5 驅(qū)動(dòng)板接口定義 (P2)

說(shuō)明：

1. IGBT溫度：使用模擬信號(hào)A_T_IGBT。I2C接口預(yù)留，Pin4: SCL / Pin6: SDA

2. 母線電壓：使用數(shù)字信號(hào)MCLK0 / MDAT0， A_V_PN是預(yù)留的模擬信號(hào)

3. 電流采樣：

V相：MCLK1/MDAT1

W相：MCLK2/MDAT2

A_IV / A_IW：是預(yù)留的模擬信號(hào)

4. FAN預(yù)留

5. +15V / -15V：為預(yù)留，控制板暫時(shí)不需使用

6. 5V：2A

7. 24V：500mA左右

2.3.3 電源/電機(jī)接口P4

圖10 電源/電機(jī)接口定義圖

? 接口：BHP 5-12-11.0-11/TML

? LA~LB：交流電壓220V

? L1~L2：交流電壓220V

? UVW：連接電機(jī)的UVW相

? P~AGND：如果L1~L2沒(méi)有接入交流，也可以從P~AGND接入直流電壓（<300V）

? EARTH：接入大地

注意

在連接AC交流電源時(shí)，EARTH信號(hào)需要接入插座大地信號(hào)。