CN103901814B - 一种多轴运动数控*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多轴运动数控***，包括一条CAN总线，CAN总线上包括与上位机通过PCI通信的DSP，多个CAN总线上驱动电机的DSP，PCI通讯接口模块，CAN通信模块，通用I/O接口以及光电隔离模块；CAN总线上与上位机通过PCI通信的DSP主要负责运动控制的插补运算；PCI通讯接口模块主要负责DSP与上位机的通讯。与现有技术相比，本发明结合CAN总线的特性保证了实时通信，提高了***可靠性，缩短开发周期，充分发挥DSP高速运算的能力完成实时插补，速度规划和开、闭环控制，增加了控制***的适应性和可扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及一种数控***，具体是一种多轴运动数控***。
背景技术
多轴运动数控***广泛应用于自动化设备，特别是数控加工设备、纺织机械、包装机械和印刷机械中。其特点是控制电机数量多、设备分布范围较广、同步性要求高，特别是对实时性要求高。针对这类多轴运动控制，多采用基于现场总线的分布式控制技术实现多轴联动。
CAN是控制器局域网络（Controller Area Network）的简称，属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。其特点有：（1）数据通讯没有主从之分，任意一个节点都可以向其他(一个或多个)节点发起数据通讯；（2）采用非破坏性仲裁技术，使优先级低节点的避让优先级高的，有效避免了总线冲突和通讯线路堵塞； (3) 通信距离最远可达10KM(速率低于5Kbps)速率可达到1Mbps(通信距离小于40M)。CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低***开发难度，缩短了开发周期。与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。
经过对现有专利文献的检索发现，中国申请号为200410017112.4，公开号为CN1564095A，名称为“基于RS-232串行总线的多轴运动控制卡”的专利，给出了一种有单片机和RS-232总线的运动控制卡。但该发明中，单片机片上资源有限，特别是运算和处理数据能力较弱，不能很好满足高性能的伺服控制算法、***实时性和对较高插补速度的要求；RS-232只能构成主从式结构***，通信方式也只能以主站轮训的方式进行，***实时性、可靠性较差，开发周期长。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种多轴运动数控***，结合CAN总线的特性保证实时通信，提高可靠性，缩短开发周期，充分发挥DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)高速运算能力完成实时插补，速度规划和开、闭环控制，以及CAN网络的引入增加了控制***的适应性和可扩展性。
为了实现上述目的，本多轴运动数控***包括一条CAN总线，CAN总线上包括与上位机通过PCI通信的DSP，多个CAN总线上驱动电机的DSP，PCI通讯接口模块，CAN通信模块，通用I/O接口以及光电隔离模块；
所述PCI通讯接口模块主要负责DSP与上位机的通讯，其主要包括PCI总线接口芯片，双口RAM，CPLD芯片和电平转换芯片；
所述每个驱动电机的DSP输出四路PWM波，经过光电隔离将信号传输给伺服驱动器，驱动两台电机；
所述CAN总线上与上位机通过PCI通信的DSP主要负责运动控制的插补运算；
电机编码器将电机位置速度信号返回给伺服驱动器形成***半闭环控制；将执行机构末端光栅尺信号经过光电隔离返回给驱动电机的DSP，此DSP有两个正交编码脉冲电路，可形成***全闭环控制；
所述各个节点DSP均自带数据时钟，且频率设定相同。
进一步，所述PCI总线接口芯片为CH365，双口RAM为高速静态双端口RAM芯片IDT7025，主要负责PCI总线与DSP之间高速的数据缓冲和交换。
进一步，所述CAN总线上的DSP芯片内置CAN2.0控制器，支持CAN2.0协议，通过双绞线连接，最多有110个节点，传输速度最大为1Mbit/s；所述CAN总线收发器采用型号SN65HVD230芯片，收发器将CANTX和CANRX信号转化为CANH和CANL信号在总线上传输。
进一步，所述SRAM为连接上位机的DSP的外扩内存空间。
进一步，所述与上位机连接的DSP还连接键盘、指示灯和液晶显示器。
进一步，所述每个节点的DSP芯片设有JTAG接口。
与现有技术相比，本多轴运动数控***结合CAN总线的特性保证了实时通信，提高了***可靠性，缩短开发周期，充分发挥DSP高速运算的能力完成实时插补，速度规划和开、闭环控制，增加了控制***的适应性和可扩展性。
附图说明
图1是多轴运动数控***总体结构原理图；
图2是DSP与上位机通讯接口原理图；
图3是CAN总线通讯原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1、图2和图3所示，本多轴运动数控***包括一条CAN总线，CAN总线上连接与上位机通过PCI通信的DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)芯片，如TI公司的TMS320F2812，多个CAN总线上驱动电机的DSP芯片，PCI通讯接口模块，CAN通信模块，通用I/O接口，光电隔离模块，键盘和显示屏。
所述CAN总线上与上位机通过PCI通信的DSP主要负责运动控制的插补运算，将插补结果组成报文暂存本地缓冲区中，等待CAN发送中断产生，当中断产生时，在报文发送之前要确定总线是否正常运行，如出现故障则进行故障处理，如正常则发送报文。
所述PCI通讯接口模块主要负责DSP与上位机的通讯。其主要包括PCI总线接口芯片，双口RAM,CPLD芯片和电平转换芯片。由于PCI总线专用接口芯片的使用，在硬件连接上只需要将专用接口芯片中关于PCI总线一侧的地址数据信号线，控制信号线以及状态信号线与PC机上的PCI插槽相对应的金手指连接起来即可。
所述PCI总线接口芯片为南京沁恒电子生产的CH365。CH365将32位高速PCI总线转换为简便易用的类似于ISA总线的8位主动并行接口，可以用于制作低成本的基于PCI总线的计算机板卡。将双口RAM的13位地址线A[0...12]与DSP的地址线XA[0...12]和CH365的地址线A[0...12]相连，并将CH365的地址线A0作为数据总线扩展的使能信号。由于CH365的数据宽度为8位，而双口RAM是16位，故利用一片串行CPLD芯片（如EPM7064）来对CH365数据总线进行扩展，通过CH365地址线A0的使能对16位数据进行分时读写，从而解决了数据总线的扩展问题。
所述双口RAM为IDT公司生产的高速静态双端口RAM芯片IDT7025，主要负责PCI总线与DSP之间高速的数据缓冲和交换。IDT7025作为DSP与PC之间的共享数据空间，右端口与CH365，映射到其存储空间；左端口与DSP相连，映射到XINTF区域0。由于IDT7025供电电压为5V，DSP芯片供电电压为3.3V，因此在它们中间加入一片电压转换芯片SN74LVTH16245。
所述DSP芯片内置CAN2.0控制器，大大简化了CAN控制器及其***电路的设计。所述CAN总线收发器采用型号SN65HVD230芯片，此芯片是3.3V供电芯片，这就省去了DSP与收发器间的电压转换。收发器将CANTX和CANRX信号转化为CANH和CANL信号在总线上传输。
所述CAN总线，支持CAN2.0协议。双绞线连接，最多有110个节点（最多控制218台电机），传输速度最大为1Mbit/s。
所述各个节点DSP均自带数据时钟，且频率设定相同，***运行开始时，上位机通过与其连接的DSP在总线上广播一个时钟同步指令，各节点接收到指令后，将本地时钟计数器清零，完成***时钟同步。
所述每个驱动电机的DSP输出四路PWM波，经过光电隔离将信号传输给伺服驱动器，驱动两台电机。电机编码器将电机位置速度信号返回给伺服驱动器形成***半闭环控制。将执行机构末端光栅尺信号经过光电隔离返回给驱动电机的DSP，此DSP有两个正交编码脉冲电路，可形成***全闭环控制。
所述SRAM为连接上位机的DSP的外扩内存空间。由于DSP内存空间有限，又因为此DSP进行插补运算需要处理大量数据，因此需要外扩内存空间。
所述通用I/O，一部分用于接收外部I/O设备控制信息，一部分空闲，方便用户的开发。
所诉多轴运动数控***，为了进一步方便操作，所述与上位机连接的DSP还连接便于人机交互的键盘、指示灯、液晶显示器。
所诉多轴运动数控***，为了提高***开放性，所述每个节点的DSP芯片开放了JTAG接口，方便用户的二次开发。
本多轴运动数控***结合CAN总线的特性保证了实时通信，提高了***可靠性，缩短开发周期，充分发挥DSP高速运算的能力完成实时插补，速度规划和开、闭环控制，增加了控制***的适应性和可扩展性。
Claims (6)
1.一种多轴运动数控***，包括一条CAN总线，CAN总线上包括与上位机通过PCI通信的DSP，多个CAN总线上驱动电机的DSP，PCI通讯接口模块，CAN通信模块，通用I/O接口以及光电隔离模块；
所述PCI通讯接口模块主要负责DSP与上位机的通讯，其主要包括PCI总线接口芯片，双口RAM，CPLD芯片和电平转换芯片；
所述每个驱动电机的DSP输出四路PWM波，经过光电隔离将信号传输给伺服驱动器，驱动两台电机；其特征在于，
所述CAN总线上与上位机通过PCI通信的DSP主要负责运动控制的插补运算；
电机编码器将电机位置速度信号返回给伺服驱动器形成***半闭环控制；将执行机构末端光栅尺信号经过光电隔离返回给驱动电机的DSP，此DSP有两个正交编码脉冲电路，可形成***全闭环控制；
所述各个节点DSP均自带数据时钟，且频率设定相同。
2.根据权利要求1所述的一种多轴运动数控***，其特征在于，所述PCI总线接口芯片为CH365，双口RAM为高速静态双端口RAM芯片IDT7025，主要负责PCI总线与DSP之间高速的数据缓冲和交换。
3.根据权利要求1所述的一种多轴运动数控***，其特征在于，所述CAN总线上的DSP芯片内置CAN2.0控制器，支持CAN2.0协议，通过双绞线连接，最多有110个节点，传输速度最大为1Mbit/s；所述CAN总线收发器采用型号SN65HVD230芯片，收发器将CANTX和CANRX信号转化为CANH和CANL信号在总线上传输。
4.根据权利要求1所述的一种多轴运动数控***，其特征在于，所述SRAM为连接上位机的DSP的外扩内存空间。
5.根据权利要求1所述的一种多轴运动数控***，其特征在于，所述与上位机连接的DSP还连接键盘、指示灯和液晶显示器。
6.根据权利要求1所述的一种多轴运动数控***，其特征在于，所述每个节点的DSP芯片设有JTAG接口。
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