《网络型经编机控制系统及方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络型经编机控制系统及方法（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、网络型经编机控制系统及方法专利名称：网络型经编机控制系统及方法技术领域：本发明提出一种新型网络型经编机控制系统及方法，改变了以往并行传送控制信号和信息交换方式，采用现场总线的形式构成系统，实现经编机机械运动无限制轴数网络智能化控制。背景技术：目前现场总线大都是基于RS-485和线驱动技术的串行总线技术。CANopen是相对中立的Cia组织公布的一整套协议，其中包括和运动控制有关的伺服通讯协议，在欧美中低端伺服产品应用广泛，不足之处在于基于CAN总线协议，属事件触发型总线，不具备严格的时间同步机制。其优势在于目前很多DSP和MCU上都集成有CAN总线控制器接口。DeviceNet是以Rockwe
2、ll为主要发起人的ODVA组织在CAN总线基础上开发的一套 包括伺服控制的基于CIP应用层协议，与CANopen类似，由于是基于CAN总线协议，也属余事件触发型总线，不具备严格的时间同步机制，在欧美日中低端伺服产品中应用非常广泛。Profibus DP是Siemens公司主推的Profibus总线技术中的一种类型,具备一定能力的软实时同步触发机制，尤其是其DPV2，在伺服接口技术中有较多应用，但影响力远不及Profibus本身，这可能源于其不上不下的性能和相对较高的技术复杂度和实现成本。工业控制现场网络的发展方向是高速化、以太网化。从SERCOS到SERCOS III，Profibus 到 P
3、rofinet, DeviceNet 到 CIP Motion, Modbus 到 Modbus TCP, SSCNET II 到SSCNET III CC-Link 到 CC-Link IE，MECHATROLINK 到 MECHATROLINK-III 等等，无不经历着速度和物理层媒介的升级，再加上Ethernet Powerlink, EtherCAT, SynqNet, HSCI等基于实时以太网的高速串行同步总线的问世，实时以太网技术已然成为运动控制器和伺服驱动器之间的分布式串行同步接口的技术发展方向。现有控制系统现场布线复杂，控制线复杂，抗干扰性不强，控制系统稳定性不高。发明内容本发
4、明的目的在于针对背景技术中的缺陷，提供一种网络型经编机控制系统。提升经编机的机数，提升经编机的机号，增加梳栉数，提高一体化程度。本发明的技术方案为网络型经编机控制系统，包括上位机和个轴控制器，轴控制器通过总线与上位机通信，每个轴控制器分别控制多个电机伺服控制器，其中为大于I的自然数。所述轴控制器包括微处理器、存储器模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、通讯模块和电源模块，存储器模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块和通讯模块分别与微控制器双向通信，电源模块给给上述各个模块供电。所述通讯模块包括以太网模块、RS485和RS232串行通讯模块。所述太网模块采用型号为JL-IO
5、l的以太网卡控制芯片。所述微处理器采用型号为ARM-LPC2292FBD144的微处理芯片。所述通讯模块通过Mechatrolink网络总线与经编机通信。该经编机控制系统从站间距离O. 2米至100米，最小传输周期为31. 25 S，可以混同使用不同规格的数据帧。该经编机控制系统的数据帧为8或16或32或48或64字节。网络型经编机控制系统的控制方法如下上位机通过人机界面设定设备工艺参数；轴控制器通过总线接收上位机输出的设备工艺参数信息，同时采集电机伺服控制器上编码器内的伺服电机实时信号，轴控制器根据设备工艺参数信息以及采集的伺服电机实时信号得到伺服电机控制信号，以报文的形式将伺服电机控制信号
6、发送至各个电机伺服控制器从而控制伺服电机运转。本发明用于高速、网络化和智能化的经编机控制系统。该网络型系统是基于Mechatrolink高速网络总线，并且连接有上位机,高速度，高同步性，强稳定性。能满足运动 控制中高速周期通信以及大量数据量消息通信的需求。能精确同步地与62个局进行信息交换。使用了简便的连接方法和通用的连接器。省却了配线费用和施工调试时间。取消了以往的速度/转矩指令用D/A转换器和指令脉冲发生器，使伺服控制系统抗干扰性更强，更简单化。该经编机控制系统的循环和重试处理该系统要实现运动控制，必须进行实时通信控制，因此循环通信中重要的是切实执行与各子站的通信(发送目标位置、目标速度等
7、指令)。该经编机控制系统中芯片间的同步用于运动控制时，有时须使多个电机同时运转，满足这种要求的网络中必须具有能使网络内的所有芯片同步进行处理的功能。图I为轴控制器实现框图。 图2为系统硬件实现框图。具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的技术方案分为系统硬件开发，通信接口和应用层软件开发以及应用软件设计及测试几个部分。其中硬件开发如下如图2所示，本发明网络型经编机控制系统，包括上位机和个轴控制器，轴控制器通过总线与上位机通信，每个轴控制器分别控制多个电机伺服控制器，其中为大于I的自然数。所述轴控制器包括微处理器、存储器模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、通讯模块
8、和电源模块，存储器模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块和通讯模块分别与微控制器双向通信，电源模块给给上述各个模块供电。网络型经编机控制系统的控制方法如下上位机通过人机界面设定设备工艺参数；轴控制器通过总线接收上位机输出的设备工艺参数信息，同时采集电机伺服控制器上编码器内的伺服电机实时信号，轴控制器根据设备工艺参数信息以及采集的伺服电机实时信号得到伺服电机控制信号，以报文的形式将伺服电机控制信号发送至各个电机伺服控制器从而控制伺服电机运转。如图I所示，硬件设计的主要任务在于设计接口电路来满足分布式控制的要求。按照系统功能围绕核心控制器ARM-LPC2292FBD144，硬件系统可分成
9、四个模块，它们分别是微处理器与存储器模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、通讯模块和电源模块。系统硬件设计能满足工业现场环境工作的要求，满足以下技术指标工作环境温度060 0C工作环境湿度相对湿度小于85% (无凝露)空气质量无腐蚀性和易燃气体电源220VAC10% 抗电磁干扰设计 电磁兼容设计实际上就是针对电子产品中产生的电磁干扰进行优化设计，在同一电磁环境中，设备能够不因为其它设备的干扰影响正常工作，同时也不对其它设备产生影响工作的干扰。电容器是电场最集中的元件，流过电容器的电流是位移电流，这个位移电流是由于电容器的两个极板带电，并在两个极板之间产生电场，通过电场感应，两个极板
10、会产生充放电，形成位移电流。实际上电容器回路中的电流并没有真正流过电容器，而只是对电容器进行充放电。当电容器的两个极板张开时，可以把两个极板看成是一组电场辐射天线，此时在两个极板之间的电路都会对极板之间的电场产生感应。电感器和变压器是磁场最集中的元件，流过变压器次级线圈的电流是感应电流，这个感应电流是因为变压器初级线圈中有电流流过时，产生磁感应而产生的。在电感器和变压器周边的电路，都可看成是一个变压器的感应线圈，当电感器和变压器漏感产生的磁力线穿过某个电路时，此电路作为变压器的“次级线圈”就会产生感应电流。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性
11、的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其它系统或本系统内其他子系统的正常工作。a、对电流谐波的抑制b、对振铃电压的抑制C、对传导干扰信号的抑制d、对辐射干扰信号的抑制整块电路板由5V直流供电，它集成了 ARM-LPC2292FBD144微处理器、512K的FlashRAM、128K的SRAM和RJ-45以太网接口。Rabbit2000有5个8位并行接口，其中B口和D 口的一部分用于和Realtek的以太网卡控制芯片JL-101 LQFP相连；C 口可以用于RS485或RS232串行通讯。I/O采集的接口硬件电路和总线相连，整个控制器接口部分包含了 9路模拟量输入通道，2路模拟量输出通道，8路开关量输
12、入通道和8路开关量输出通道。其中，数/模和模/数转换芯片均为12位，精度可以满足一般控制对象的要求。硬件系统通过信号隔离、器件老化处理等抗干扰措施，达到能满足工业现场生产环境下正常工作的要求。基于MECHATROLINK-III通信协议的通信接口硬件开发，满足物理链路所需要的电气性能。基于MECHATROLINK-III应用层通信软件开发。包括数据的编码与解码、网络同步控制等，以满足运动控制多电机同步控制的需要；控制应用软件的开发，实时、准确地接受和发送用于控制的位置数据，速度数据，输入输出状态等信息，完成灵活的，高精度的运动控制，包括电子齿轮、电子凸轮、插补等运动控制算法，和各轴间的协调同步
13、。除控制机械所必需的转矩、位置、速度控制功能以外，还可实现要求精度极高的相位协调控制。并可以完成在线任意切换控制方式，如系统在位置控制方式进行中，在线切换为转矩控制方式，使复杂的机械动作得以高效、平稳地控制。系统在多梳栉经编机上的应用，每台控制系统可实现多达16轴的同步协调控制。每台经编机有2(80轴联动控制，用2 5个控制器就可满足相应的控制要求，控制器之间通过CAN总线协议实现协调控制。多领域的应用研究。在经编机成功应用的基础上，拓展深入其它领域的应用，如印刷机、包装机、半导体制造设备、金属加工机械、搬运机械，工业机器人以及其他专用加工设备。操作界面的开发及上层管理平台的开发与应用。采用工
14、控组态软件，实现人机对话，界面友好，实时性、可操作性强，能动态显示生产过程参数，数据记录，信息报警等。并通过以太网接口，接入上层生产管理系统，以实现数据共享。通过实验的方法，应用设计软件，优化线路板设计。其通信接口和应用层软件开发如下系统采用Mechatrolink-III高速现场总线网络，能与PLC、运动控制器、CNC控制器、各种PC适用的卡、伺服驱动器、变频器、步进电机、滑轨、I/O、温度调节器以及图像处理控制器等设备连接。目标领域是实现运动控制为中心的现场网络，其特点就是循环通信和所有芯片的同步控制。循环通信和重试处理该系统要实现运动控制，必须进行实时通信控制，因此循环通信中重要的是切实
15、执行与各子站的通信(发送目标位置、目标速度等指令)，如果不能根据各传输周期切换发送目标位置等指令，就无法实现所希望的动作。循环通信中任何子站发生了通信异常时，由于在同一传输周期内会执行重试(通信数据的再次发送处理)功能，主站与子站之间数据的发送、接收更加可靠。芯片间的同步用于运动控制时，有时须使多个电机同时运转，满足这种要求的网络中必须具有能使网络内的所有芯片同步进行处理的功能。网络内的所有芯片同时进行通信中断，并且具有在该中断时间内使各芯片开始进行处理的功能。主站与各子站间的通信时间虽然各不相同，但是主站在初始化时测量与所有子站进行通信的时间。并以该测量结果为基础进行设定，使其在与所有子站进
16、行通信数据的收发结束时执行通信中断。这样，在与所有子站的通信结束的时刻，所有的子站发生通信中断，并在该时间段内开始处理刚才接收到的指令，以实现完全同步的动作。其应用软件设计及测试如下软件设计包括设计软件的功能和实现的算法和方法、软件的总体结构设计和模块设计、编程和调试、程序联调和测试。软件测试构造因子一状态表(如表I)把影响实验指标的条件称为因子，而影响实验因子的条件叫因子的状态。利用正交实验设计方法来设计测试用例时，首先要根据被测试软件的规格说明书找出影响其功能实现的操作对象和外部因素，把他们当作因子；而把各个因子的取值当作状态。对软件需求规格说明中的功能要求进行划分，把整体的、概要性的功能要求进行层层分解与展开，分解成具体的有相对独立性的、基本的功能要求。这样就可以把被测试软件中所有的因子都确定下来，并为确定每个因子的权值提供参考的依据。确定因子与状态是设计测试用例的关键。因此要求尽可能全面的、正确的确定取值，以确保测试用例的设计作到完整与有效。A、加权筛选，生成因素分析表对因子与状态的选择可按其重要程度分别加权
