該系統為某主機電控系統，完成對光束的準直過程中的參數診斷、數據采集、閉環控制等實時控制功能以及與主控系統的通信功能。步進電機以性價比高，實時效果好，不需要昂貴的反饋系統著稱，該系統中采用了一千多個步進電機來實現對光束的準直。神光原型采用控制卡控制大量步進電機，控制卡控制步進電機沒有負載位置的反饋信號，實時效果差，故障定位非常困難；試驗中采用西門子PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)控制這些電機可靠性好，但控制少量步進電機時比較簡單，控制大量步進電機時時序復雜，接線復雜，成本高，調試困難。最終方案采用德國Beckhoff公司的自動化產品，如嵌入式控制器，現場總線端子、步進電機總線端子等設備控制電機，該方案具有成本較低、操作簡便、占用空間小等優點，也提高了系統的性能和可靠性，現已通過試驗和評審進入調試階段。

1 步進電機運動控制系統總體設計思想

電控系統的總體設計思想為：控制系統設計應分別滿足現場獨立控制與遠程集中控制，各子系統具備對系統各類設備的狀態進行實時監測的功能，包括故障定位檢測和報警；具備對系統各設備進行參數設置、參數采集、存儲、處理等功能。主控計算機位于主控制室內，通過1 000 Mb／s光纖網絡與分控計算機通信，分控計算機通過光纖交換機與控制設備采用工業以太網通信，其網絡拓撲圖如圖1所示。

2 步進電機運動控制系統設計方案

2.1 倍福步進電機總體控制架構設計

采用基于嵌入式PC的模塊化運動控制器，型號為CX1020，運動控制器本身集成雙Ethernet接口，其中一個向上連接到現場工業以太網，接受運動控制的調用指令，另一個可以作為本地調試的網絡接口。運動控制器、運動控制網絡接口部件、步進電機驅動器通過硬實時的超高速以太網EtherCAT(Ethernet for Controland Automation Technology)構成運動控制網絡系統，采用EtherCAT取代以往的現場總線傳輸技術，可以顯著減少控制系統CPU的負荷，而且無需任何智能主站卡，適合集中式與分布式控制體系。

末端端子與底層EtherCAT總線耦合器端子BK1120相連，在本機架內總線耦合器通過K-Bus總線接口連接電機驅動總線端子KL2531和KL2541，步進電機直接連接在這兩個端子上，如果使用KL2541端子，還需要在機架上安設數字輸入端子KL1002，用于接人步進電機限位信號，最后在機架末端安放BK9010總線終端端子。

每級機架上總線耦合器BK1120的另一網絡端口向下依次級聯另一機架上的總線耦合器，最后從控制器到各級機架網絡節點形成一個總線型的控制網絡拓撲結構。KL2531和KL2541是步進電機總線端子，提供一路20 kHz的脈沖，可以各帶一個步進電機。步進電機總體控制架構如圖2所示。

具體的控制器和通訊模塊等數量配置見表1。

2.2 硬件組成

電機控制系統主要由控制服務器、運動控制器、電源模塊、Ethernet交換數據的通訊模塊和總線端子等組成。

2.3 重要器件概述