一種基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]裝備制造業(yè)承擔(dān)著為國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)提供裝備的重任，任何國家，為了自身的發(fā)展和安全，都將發(fā)展裝備制造業(yè)作為國家戰(zhàn)略。以數(shù)控機(jī)床和數(shù)控裝備為代表的“工作母機(jī)”，是裝備制造業(yè)中先進(jìn)機(jī)械制造裝備的典型代表，是實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石，也是保證高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國防現(xiàn)代化的重大裝備。
[0003]數(shù)控系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)三部分，各自的職能為:運(yùn)動(dòng)控制器按給定位置和速度指令規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡并把運(yùn)動(dòng)指令發(fā)送到伺服驅(qū)動(dòng)器；伺服驅(qū)動(dòng)器把運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，通過控制驅(qū)動(dòng)功率模塊的通斷來控制電機(jī)的三相電的通電順序和時(shí)間；伺服電機(jī)按照三相電的通電節(jié)拍完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。
[0004]常見的運(yùn)動(dòng)控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器的連接方式有以下三種:模擬量型、脈沖型和總線型。模擬量型的傳輸方式存在“零飄”和抗干擾性差等缺點(diǎn)；脈沖型的傳輸方式具有的缺點(diǎn)是一旦出現(xiàn)多或少脈沖，伺服系統(tǒng)無法鑒別，依然按照給定的脈沖控制電機(jī)運(yùn)行；總線型的通訊方式存在的缺點(diǎn)是通信協(xié)議復(fù)雜，對硬件的處理能力和穩(wěn)定性要求較高，致使通信速率不高。
[0005]目前，高端數(shù)控系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)控制器與伺服器的通信方式基本上都是采用總線通信，受到硬件和穩(wěn)定性等的影響，國際上數(shù)控系統(tǒng)總線通信速率最高為50Mps。通信速率的快慢限制了數(shù)控系統(tǒng)之間信息的交互，進(jìn)一步限制數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和響應(yīng)性，進(jìn)而影響數(shù)控設(shè)備整機(jī)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)最快的通信速率并能保證通信的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高數(shù)控系統(tǒng)的整機(jī)性能。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)，包括控制單元、功率單元以及用于給各單元供電的電源單元，所述電源單元與控制單元、功率單元連接，所述控制單元包括:
[0009]主CPU核心模塊，用于伺服電機(jī)聯(lián)動(dòng)角位移以及角速度的計(jì)算、規(guī)劃和調(diào)度；
[0010]從CPU核心模塊，用于伺服電機(jī)電流采樣、坐標(biāo)變換；
[0011]ΑΙ/Α0模塊，用于外部模擬信號(hào)的輸入和輸出；
[0012]DI/D0模塊，用于外部數(shù)字信號(hào)的輸入和輸出；
[0013]所述主CPU核心模塊通過CPLD/FPGA模塊與從CPU核心模塊連接，所述從CPU核心模塊通過ΑΙ/Α0模塊、與電機(jī)的信號(hào)控制端連接，所述從CPU核心模塊通過DI/D0模塊與功率單元連接。
[0014]具體的，所述基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)還包括:
[0015]232/485串口模塊，用于與外部串口通訊；
[0016]存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)文件系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和程序；
[0017]數(shù)顯模塊，用于顯示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)的報(bào)警信號(hào)；
[0018]網(wǎng)口模塊，用于與外部設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，分享數(shù)據(jù)并實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，所述232/485串口模塊、存儲(chǔ)模塊、數(shù)顯模塊、網(wǎng)口模塊與主CPU核心模塊連接。
[0019]具體的，所述基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)還包括編碼器接口模塊，所述編碼器接口模塊與電機(jī)端的編碼器連接，接收電機(jī)附帶的光電編碼器脈沖信號(hào)或者旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信號(hào)。
[0020]具體的，所述基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)還包括過壓或欠壓保護(hù)模塊，過壓或欠壓保護(hù)模塊與從CPU核心模塊連接。
[0021]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0022]本發(fā)明的主CPU核心模塊與從CPU核心模塊的通信是通過共享內(nèi)存式的實(shí)時(shí)讀寫，能實(shí)現(xiàn)最高速的通信，主從CPU核心模塊的通信是在CPLD/FPGA內(nèi)部通過軟總線實(shí)現(xiàn)，不受外界干擾信號(hào)影響，能保證數(shù)據(jù)交換的穩(wěn)定可靠性；主CPU核心模塊與從CPU核心模塊無縫連接，保證多個(gè)從cpu對數(shù)據(jù)處理的同步性。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0025]實(shí)施例
[0026]如圖1，一種基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)，包括控制單元、功率單元以及用于給各單元供電的電源單元，所述電源單元與控制單元、功率單元連接，所述控制單元包括:
[0027]主CPU核心模塊，用于伺服電機(jī)聯(lián)動(dòng)角位移以及角速度的計(jì)算、規(guī)劃和調(diào)度；
[0028]從CPU核心模塊，用于伺服電機(jī)電流采樣、坐標(biāo)變換；
[0029]ΑΙ/Α0模塊，用于外部模擬信號(hào)的輸入和輸出；
[0030]DI/D0模塊，用于外部數(shù)字信號(hào)的輸入和輸出；
[0031 ] 所述主CPU核心模塊通過CPLD/FPGA模塊與從CPU核心模塊連接，所述從CPU核心模塊通過ΑΙ/Α0模塊、與電機(jī)的信號(hào)控制端連接，所述從CPU核心模塊通過DI/D0模塊與功率單元連接。
[0032]所述CPLD/FPGA模塊為軟總線的組網(wǎng)設(shè)計(jì)，包括通信協(xié)議制定，波特率的設(shè)置和從站點(diǎn)規(guī)劃等。
[0033]具體的，所述基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)還包括:
[0034]232/485串口模塊，用于與外部串口通訊；
[0035]存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)文件系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和程序；
[0036]數(shù)顯模塊，用于顯示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)的報(bào)警信號(hào)；
[0037]網(wǎng)口模塊，用于與外部設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，分享數(shù)據(jù)并實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，所述232/485串口模塊、存儲(chǔ)模塊、數(shù)顯模塊、網(wǎng)口模塊與主CPU核心模塊連接。
[0038]具體的，所述基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)還包括編碼器接口模塊，所述編碼器接口模塊與電機(jī)端的編碼器連接，接收電機(jī)附帶的光電編碼器脈沖信號(hào)或者旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信號(hào)。
[0039]具體的，所述基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)還包括過壓或欠壓保護(hù)模塊，過壓或欠壓保護(hù)模塊與從CPU核心模塊連接。
[0040]本實(shí)施例中，所述功率單元通過控制單元的控制信號(hào)把三相AC按照一定的規(guī)律通電，進(jìn)而控制電機(jī)的角度、速度和轉(zhuǎn)矩等。具體包括以下模塊:
[0041]整流模塊，用于將輸入的三相市電轉(zhuǎn)換成兩項(xiàng)直流電；
[0042]電容模塊，用于對整流后的電信號(hào)進(jìn)行濾波；
[0043]IPM模塊，用于將直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電，所述整流模塊、電容模塊、IPM模塊依次串聯(lián)，所述整流模塊的輸入端外接三相市電，所述IPM模塊的輸出端連接電機(jī)。
[0044]本發(fā)明的采取如下的軟總線通信方案:
[0045]1)硬件連接方式:
[0046]本發(fā)明中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，主CPU核心模塊可以接多個(gè)從CPU核心模塊(如圖
1所示的從cpu2和從cpu3)，形成空間多維坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制。主CPU核心模塊、多個(gè)從CPU核心模塊的地址線，數(shù)據(jù)線以及控制線連到CPLD/FPGA的10引腳。
[0047]2)軟總線設(shè)計(jì)
[0048]按照通信協(xié)議，在CPLD/FPGA模塊內(nèi)設(shè)計(jì)串口 /并口收發(fā)器，開辟一定存儲(chǔ)量的內(nèi)存空間，定義主CPU核心模塊和從CPU核心模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)制(包括時(shí)鐘、握手信號(hào)等)。
[0049]3)實(shí)現(xiàn)方式
[0050]首先，按照數(shù)據(jù)類型，在CPLD/FPGA模塊的內(nèi)存配置各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間并定義對應(yīng)的地址。然后，主CPU核心模塊通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線把數(shù)據(jù)發(fā)送到CPLD/FPGA的內(nèi)存。接著，從CPU核心模塊通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線在CPLD/FPGA對應(yīng)的內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)，完成主CPU核心模塊到從CPU核心模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送。反之，從CPU核心模塊則發(fā)送數(shù)據(jù)到主CPU核心模塊。進(jìn)而，實(shí)現(xiàn)主、從CPU核心模塊的高速實(shí)時(shí)通信。
[0051]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)，包括控制單元、功率單元以及用于給各單元供電的電源單元，所述電源單元與控制單元、功率單元連接，其特征在于，所述控制單元包括: 主CPU核心模塊，用于伺服電機(jī)聯(lián)動(dòng)角位移以及角速度的計(jì)算、規(guī)劃和調(diào)度； 從CPU核心模塊，用于伺服電機(jī)電流米樣、坐標(biāo)變換； AI/AO模塊，用于外部模擬信號(hào)的輸入和輸出； DI/DO模塊，用于外部數(shù)字信號(hào)的輸入和輸出； 所述主CPU核心模塊通過CPLD/FPGA模塊與從CPU核心模塊連接，所述從CPU核心模塊通過AI/AO模塊、與電機(jī)的信號(hào)控制端連接，所述從CPU核心模塊通過DI/DO模塊與功率單元連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，所述基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)還包括: 232/485串口模塊，用于與外部串口通訊； 存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)文件系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和程序； 數(shù)顯模塊，用于顯示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)的報(bào)警信號(hào)； 網(wǎng)口模塊，用于與外部設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，分享數(shù)據(jù)并實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，所述232/485串口模塊、存儲(chǔ)模塊、數(shù)顯模塊、網(wǎng)口模塊與主CPU核心模塊連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，所述基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)還包括編碼器接口模塊，所述編碼器接口模塊與電機(jī)端的編碼器連接，接收電機(jī)附帶的光電編碼器脈沖信號(hào)或者旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信號(hào)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，所述基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)還包括過壓或欠壓保護(hù)模塊，過壓或欠壓保護(hù)模塊與從CPU核心模塊連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于軟總線的協(xié)同數(shù)控系統(tǒng)，包括控制單元、功率單元以及電源單元，電源單元與控制單元、功率單元連接，控制單元包括：主CPU核心模塊，用于伺服電機(jī)聯(lián)動(dòng)角位移以及角速度的計(jì)算、規(guī)劃和調(diào)度；從CPU核心模塊，用于伺服電機(jī)電流采樣、坐標(biāo)變換；AI/AO模塊，用于外部模擬信號(hào)的輸入和輸出；DI/DO模塊，用于外部數(shù)字信號(hào)的輸入和輸出；主CPU核心模塊通過CPLD/FPGA模塊與從CPU核心模塊連接，從CPU核心模塊通過AI/AO模塊、與電機(jī)的信號(hào)控制端連接，從CPU核心模塊通過DI/DO模塊與功率單元連接。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)最高速的通信，不受外界干擾信號(hào)影響，能保證數(shù)據(jù)交換的穩(wěn)定可靠性。
【IPC分類】G05B19/414
【公開號(hào)】CN105373080
【申請?zhí)枴緾N201510831343
【發(fā)明人】張碧陶
【申請人】張碧陶
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月25日