看ix Industrial®如何帮助XTS 磁悬浮输送系统简化数据网络连接​

要说这几年工业运动控制界中的明星级产品，那肯定少不了 Beckhoff 的XTS 磁悬浮输送系统。

它巧妙的使用了长定子直线电机技术，将伺服驱动和电磁线圈集成到传输轨道中，并在滑块小车中嵌入了永磁体，轨道线圈基于上位控制系统的运动指令，不断调整轨道周围的磁场强度和状态，从而驱动轨道上的各个滑块小车精准的完成各种高动态物料传输运动。这种非接触直接驱动的方式，使得 XTS 有着一般物料输送技术所无法匹及的传输性能，包括：高达 4m/s 运行速度，超过 100 m/s² 的加速度，低于 ±0.15 mm 的定位精度，小于 ±10 μm的重复定位精度。

同时，由于传输轨道上的每台滑块小车都是相对独立的，它们各自的传输动作以及相互之间的运动关系（单独动作、同步运动、分组联动…）是可以通过上位控制软件（程序）进行灵活配置和规划的，而并不像传统输送系统（传输带、链条…）那样多个物料托盘之间因为有机械装置的连接而必须一同启动、一起运动、一道停止，因此，除了上面说的传输速度和定位精度，XTS 其实还能够极大提升物料输送系统的节拍效率和灵活性。

不过，大家是否有考虑过，这种高性能的柔性物料输送系统，它和自动化控制平台之间是如何进行数据连接的呢？尤其是当整个系统的轨道传输距离较长时，其数据连接是否会变得十分复杂呢？

从 Beckhoff 提供的产品资料可以看到，XTS 系统需要使用 Beckhoff 自家的 IPC 对其进行控制，控制器与 XTS 之间以 EtherCAT 实时以太网作为数据连接。具体来说，XTS 系统的轨道部分是由集成动力电源输入和 EtherCAT 通讯端口的 Infeed 供电电机模块与一般的电机驱动模块串联拼接组成的，且每 3 米至少需要使用一个 Infeed 电机模块，轨道模块之间以集成动力、控制、通讯的多功能端口相互连接，并通过 Infeed 电机模块接入设备的动力电源和控制平台。

值得注意的是，XTS 系统中的多个 Infeed 电机模块与 IPC 控制器之间的 EtherCAT 网络目前连接只支持以 IPC 为中心的星型拓扑架构（目测为了确保系统较高的动态实时性），这就意味着，随着 XTS 系统轨道长度的增加，从 IPC 并行扩展出来的需要与 XTS 系统对接的 EtherCAT 端口数量也将成倍增加。以总长度为 48 米的 XTS 系统为例，它需要控制平台至少并行扩展出 16 个 EtherCAT 端口；而如果系统长度达到 144 米，则控制平台至少需并行扩展出 48 个 EtherCAT 端口。

尽管用户的确可以通过在 IPC 的 PCIe 插槽中插入 EtherCAT 主站端口板卡、配套使用 CU2508 这种实时以太网端口倍增器的方法为控制系统扩展出足够数量的 EtherCAT 端口，但以当前基于商用 RJ45 端口的产品体系看，在面对较长的轨道系统时，PCIe 板卡和倍增模块的数量就显得太多了。仅以上面 48 米的 XTS 系统为例，要扩展出 16 个 EtherCAT 端口，需要在 IPC 上 PCIe 槽中插入 1 块 4 端口 EtherCAT 主站板卡，并使用 4 个 CU2508 EtherCAT 端口倍增模块；而如果系统的轨道长度继续增加到 144 米，就需要在此基础上将EtherCAT 主站 PCIe 板卡和倍增模块的数量再乘以 3。这些对于用户来说不仅是一笔不小的硬件成本，同时还意味着系统集成过程中电气柜内较多的空间占用、繁琐复杂的线路连接、以及大量的安装/接线/网络配置方面的人工和工时的投入；另外，过多的元器组件和网络节点，也会在一定程度上给系统的稳定运行带来更多潜在风险。

那么，话说，有没有什么方法可以改善 XTS 用户在系统网络连接方面的应用体验呢？这就要提到本文的重点，就是浩亭的 ix Industrial®工业连接技术啦。

首先它无论是接口尺寸、还是在设备内部 PCB 板上的空间占用都相比传统的商用 RJ45减小了 70%。

如上图所示，在同样大小的 PCB 板上，若使用商用 RJ45 只能容纳 5 个以太网端口，而如果采用紧凑的 ix Industrial®却可容纳多达 9 个以太网接口。

其次，ix Industrial®  独特的结构设计，赋予了其极高的应用可靠性。例如：
-    它的 5 个焊接脚是以穿孔焊接的方式紧固在 PCB 板上的，插头与插座之间的锁紧采用 snap-in 锁紧技术进行锁定，插头与线缆之间为耐用的压接连接；
-    具备高达 5000 次的插拔寿命、超过 98 N（10kg）的接插锁紧力、和铁路行业标准 EN50155 的抗振动等级；
-    从线缆屏蔽层到 PCB 板框架的等电势接合（接地），确保了其较高的 EMI（抗电磁噪声）/ESD （抗静电冲击）性能。

另外在传输信号方面，ix Industrial®可提供10个触点，其中8个用于传输数据，2个用于连接到电路板上的接地电位，以实现更进一步的屏蔽。屏蔽板和接地触点将数据传输触点分隔成 4 对置于 4 个象限中，用以隔离 4 路高速信号，其布局类似x编码M12圆形连接器。这使得接入 ix Industrial® 的每对线芯均位于自身线芯或连接触点的象限之内，与相邻各对线芯完全屏蔽。该布置不但实现了有效的串扰保护，同时还带来了高品质的数据传输。ix Industrial®有适用于网络通讯的 A 型和信号传输的 B 型两个版本，其中 A 型可用于实现 1G/10G 级别的以太网数据网络通讯。

基于上述特点，为了提升 IPC 的 EtherCAT 主站端口的扩展能力并提升 XTS 用户在系统网络连接方面的应用体验，Beckhoff 已经在其新款 EtherCAT 主站扩展板卡 FC1028 中使用了 ix Industrial®工业以太网连接技术。

因为紧凑的尺寸体积，新的 FC1028 上集成了 8 个ix Industrial®物理端口，每个 ix Industrial®  端口则包含 2 个 EtherCAT（可通过专用线缆 C9900-K921 扩展），也就是说，一个 FC1028 板卡即可基于 PCIe 插槽从 IPC 上扩展出 16 个 EtherCAT 端口，满足 48 米的 XTS 系统的网络数据连接；而若是将 IPC 的 PCIe 槽中插入 3 块 FC1028，则可以在无需使用倍增模块的情况下直接快速扩展出 48 个 EtherCAT 端口，供轨道长达 144 米的XTS 传输系统使用。不仅如此，ix Industrial®  耐用可靠的特点也将在复杂的设备应用环境中为控制系统与 XTS 之间进行大批量高质量的数据传输提供有力支持。

事实上，伴随着当前制造系统的转型升级，设备现场势必会有越来越多的设备元件（包括：驱动、运动控制、传感器…）通过数字化网络接入控制系统和数字化平台，在工业领域像 XTS 这样需要基于有限的设备空间在系统中扩展出大量网络数据端口的情况，正在变得十分普遍；而我们所熟悉的 RJ45 其实是为了商用网络应用而设计的，无论在可靠性、传输性能、产品尺寸上都已经很难适合当前工业应用的发展趋势了。

所以，如果您的客户在设备的数据信号连接上正遇到小型化、可靠性、高性能的挑战，那么 ix Industrial®就一定是你在产品设计时必须要考虑的重要选项了，没有之一。