簡介

隨著工業4.0的發展，越來越多的終端設備邁向智能化、網絡化。智能化要求終端設備具有高性能輸出，能實時處理數據并做相應的反饋；而由于現場域數據量增大，傳統的串口總線或者現場總線已經不能滿足要求，如何在提高處理性能的同時，實現高速的網絡通訊？

本文將介紹由瑞薩電子給大家帶來基于瑞薩電子的RX72M產品的單芯片EtherCAT伺服參考設計方案（并由瑞薩電子的第三方合作伙伴睿德為委托設計）。

現場域（或叫現場層），這里主要是指OT域（運營技術）設備的應用場合，包括了原來現場總線（或者工業以太網）通訊的所有設備，如IO模塊、伺服、傳感器、減速器等。

RX72M的主要特性

■ 支持主流的工業網絡通信協議，示例軟件包括：EtherCAT、PROFINET RT、Ethernet/IP、Modbus TCP和作為工業以太網軟件的OPC UA

■ 集成2通道的EtherCAT從站控制器

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

■ 帶有雙精度浮點運算單元以及專門針對馬達控制的三角函數加速器，可實現sin, cos, 反三角函數以及開方根函數運算

■ 具有豐富的PWM控制輸出以及模擬信號單元，支持多達2軸的電機驅動

■ 支持6通道的Delta-sigma調制器接口，支持電流環反饋信號

■ 支持多種封裝，輕松實現小型化PCB設計

工業以太網通訊性能的增強在高性能CPU計算能力的加持下，對于工業應用并實現工業4.0至關重要，RX72M及其解決方案為廣大客戶提供了一個高性價比的產品，幫助客戶減少開發成本，快速提供符合工業以太網通訊標準的解決方案并投放市場，RX72M是您值得信任的最佳選擇！

下面讓我們來看看本方案的具體規格跟操作吧。

目錄

1. 概述

2. 功能介紹

3. 操作說明

4. 規范

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、電源和接口定義，EtherCAT通信的連接，以及通過TwinCAT3控制電機操作等。

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

該方案的驅動板使用交流220V電源，功率0.75kW，可以驅動AC220V 50W—400W的電機。

當前配置的電機是珠海凱邦電機，型號為BM0602A1PD-A，參數如下：

• AC：220V，額定電流：1.6A，最大電流：5.6A

• 額定輸出功率200W，額定轉矩0.64N·m

• 額定轉速300rpm，最大轉速600rpm

• 編碼器：多摩川絕對值編碼器，分辨率是單圈17位/多圈16位

軟件開發環境：

• IDE: e² studio 2021-01

• 編譯器：CCRX-V3.01

注意

斷開電源后，一定要等點擊電源指示燈D27熄滅后，才可以碰觸驅動板。

1.2 整體架構

控制板硬件整體架構圖如下：

圖1 控制板整體架構圖

圖2 驅動板整體架構圖

1.3 外觀圖

圖3 驅動器整機圖

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. 在仿真的時候，如果使用仿真器給控制板供電，程序可以正常調試，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，此時按仿真接口旁的復位按鈕，MCU進入USB Boot模式，可以使用Renesas Flash Programmer連接板子燒錄RX72M。

4. 沒有連接交流驅動板的時候，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：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 交流驅動板介紹

圖9 交流驅動板接口介紹

2.3.1電源指示燈

交流驅動板上有兩個紅色指示燈，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：電機電源指示燈。

注意

斷開電源后，一定要等電機電源指示燈D27滅后，才可以碰觸驅動板。

2.3.2 控制板與驅動板接口P2

下圖是控制板驅動板的接口定義。

表5 驅動板接口定義 (P2)

說明：

1. IGBT溫度：使用模擬信號A_T_IGBT。I2C接口預留，Pin4: SCL / Pin6: SDA

2. 母線電壓：使用數字信號MCLK0 / MDAT0， A_V_PN是預留的模擬信號

3. 電流采樣：

V相：MCLK1/MDAT1

W相：MCLK2/MDAT2

A_IV / A_IW：是預留的模擬信號

4. FAN預留

5. +15V / -15V：為預留，控制板暫時不需使用

6. 5V：2A

7. 24V：500mA左右

2.3.3 電源/電機接口P4

圖10 電源/電機接口定義圖

? 接口：BHP 5-12-11.0-11/TML

? LA~LB：交流電壓220V

? L1~L2：交流電壓220V

? UVW：連接電機的UVW相

? P~AGND：如果L1~L2沒有接入交流，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，EARTH信號需要接入插座大地信號。