运动控制器采用基于嵌入式PC的模块化运动控制器，型号为CX1020，处理器为Intel Celeron MULV1 GHz，内存为256 MB／512 MB／1 024 MB，操作系统为Microsoft Windows XP Embedded或MicrosoftWindows CE。该运动控制器应用于中等规模的控制系统中，自带两个工业以太网EtherCAT接口，其中一个向上连接到现场工业以太网，接受运动控制的调用指令，另一个可以作为本地调试的网络接口。软件开发平台TwinCAT PLC(The Windows Control and Automation Technology PLC)使用符合采用IEC61131-3的编程语言编程，运动控制功能库符合PLCopen标准，具有通用的、开放式软件接口。

EtherCAT是与PC控制技术相匹配的通讯系统，以Beckhoff开发的实时工业以太网解决方案，其特点是性能优越、操作简便。该技术采用标准的以太网帧，支持因特网技术。以太网可以直接到达端子，以太网过程接口可以从2位扩展到64个字节；350μs处理12 000个数字量I／O；100μs处理100个电机轴等。EtherCAT适合于多种网络拓扑结构，可用于设备控制、机器人、嵌入式系统、楼宇自动化、运输系统等。

步进电机历史悠久，爆发力好，便于控制并且扭矩大，在控制领域内占有相当重要的地位。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)。它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。我们采用北京四通的两相混合式步进电机，型号为28BYG250C，步距角为0.9／1.8，静态相电流0～7 A，保持转矩0.065 N／m，定位转矩0.005 N／m，转动惯量12 gcm2。

KL2531和KL2541是集成的步进电机控制器，是Beckhoff产品中用于传统驱动器高性价比的产品。KL2531和KL2541均可以提供和小型伺服驱动器相近似的性能，提供了最大64个最大中间步，并提供一路20 kHz的脉冲，一路脉冲驱动一台步进电机。KL2531总线端子用于较低性能场合，该端子是为简单的整合到24 V直流电压控制系统而设计的，每相尖峰电流1.5 A。KL2541可以提供高达5 A的最大电流，能够驱动扭矩高达5 Nm的步进电机。端子的输出阶段，有以温度过高警报并且关断的形式的过载保护，同时还有短路保护功能，诊断数据可以通过控制器的过程映像区来取得，自带两路高速输入通道，快速准确记录当前位置，或实现急停功能。输出脉冲可以通过“EnableBit”启动，电机的电流可以通过参数值来进行设定。对电机的配置可以通过软件来完成，这样总线端子能容易的进行更换，而且参数可以存储或者被转移到下一个工程，无需通过电位器或者指拨开关来设定。

3 软件配置

Beckhoff公司基于PC平台的实时核技术可以将安装了Microsoft公司WindowsNT／2000／XP／CE.NET／XP嵌入式操作系统的普通PC和Beckhoff公司的嵌入式控制系统CX1000改造为具有实时能力的PC控制器。Beckhoff公司基于PC平台的实时核技术通过与3S公司提供的TwinCAT编程环境相结合，以及系统管理器对Beckhoff公司各种I／O设备的驱动程序相结合，使TwinCAT CP、I／O、PLC、PTP和NCI构成了一套完整的基于PC平台的实时控制器解决方案。

TwinCAT软件具备四套独立运行的PLC实时核，每套PLC都可分配4个任务，并且可以将最小任务周期时间设置为50μs(取决于所使用的CPU处理能力)。TwinCAT PLC控制是用于PLC的完整开发环境，所使用的编辑器和调试功能建立在高级编程语言开发环境基础之上，在TwinCAT PLC中可以使用IEC61131-3的五种不同语言创建PLC程序。TwinCAT实时任务运行的载荷率(TwinCAT实时任务运行时间与操作系统运行时间的比率)可调范围为10％～90％。并在此基础上，将伺服控制中的PTP、NCI和HMI技术拓展到系统管理器和TwinCAT编程环境中。

4 结 语

该设计方案已经通过实验阶段进入正式调试阶段，在该过程中，可以发现倍福产品有很多优点，占用的空间小。现场总线端子的主要特点是性价比高，质量可靠，结构紧凑，坚固耐用，而且安装和接线非常方便。EtherCAT技术具有高度的通用性，基于EtherCAT的系统可以大大缩短研发速度。