內(nèi)容提要
隨著現(xiàn)今工業(yè)控制系統(tǒng)的復雜性不斷增加,現(xiàn)在需要一種更加智能化的運動控制體系來取代原本所有控制驅(qū)動任務都由一個中央控制系統(tǒng)來完成的控制體系.由此發(fā)展起來的分布式運動控制系統(tǒng)可以很好地降低系統(tǒng)控制的復雜性,提高運動控制系統(tǒng)的柔性,并且在降低成本和提高運動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面也有不俗的表現(xiàn).本文將主要介紹基于臺灣泓格生產(chǎn)的CAN總線產(chǎn)品實現(xiàn)分布式運動控制平臺的設計和開發(fā),。
關鍵詞
前言
伺服系統(tǒng)(servo system)亦稱隨動系統(tǒng),，屬于自動控制系統(tǒng)中的一種,，它用來控制被控對象的轉(zhuǎn)角(或位移),，使其能自動地,、連續(xù)地、精確地復規(guī)輸入指令的變化規(guī)律,。它通常是具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),，有的場合也可以用開環(huán)控制來實現(xiàn)其功能。在實際應用中一般以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，例如數(shù)控機床等,。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動電機要求具有響應速度快,、定位準確、轉(zhuǎn)動慣量較大等特點,，這類專用的電機稱為伺服電機,。基于CAN總線的分布式伺服系統(tǒng)多電機伺服控制廣泛應用于各種電力傳動自動控制系統(tǒng)中，如配料,、傳動等生產(chǎn)過程,。伺服系統(tǒng)中電機控制性能和多電機間協(xié)調(diào)控制的好壞直接影響生產(chǎn)過程的質(zhì)量，如何高效管理,、方便應用,、實時控制是多電機伺服系統(tǒng)生產(chǎn)領域亟待解決的首要問題。CAN總線技術解決了傳統(tǒng)總線插板I/O模塊多,，干擾嚴重,、系統(tǒng)軟件編寫復雜、系統(tǒng)硬件兼容性差等問題,。大大減輕了現(xiàn)場信號連接的繁瑣與費用,，提高了信號傳輸?shù)木扰c靈活性，給安裝,、調(diào)試和維護帶來諸多方便,，為現(xiàn)場用戶帶來巨大的經(jīng)濟效益，代表著自動化領域發(fā)展的一個重要方向,。
一,、CAN總線分布式伺服系統(tǒng)簡介
隨著工業(yè)現(xiàn)場控制和自動化技術的不斷進步，傳統(tǒng)的通信模式已不能滿足現(xiàn)代工程需要,。CAN(Controller Area Network)總線是80年代初德國Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制與測試儀器間數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議,，是一種性能先進、價格低廉,、保密性好的現(xiàn)場總線(Field Bus)技術,，能夠有效支持分布式控制或?qū)崟r控制串行通信網(wǎng)絡。CAN總線中各節(jié)點都有權(quán)利向其它節(jié)點發(fā)送信息,。通信介質(zhì)可以是雙絞線,、同軸電纜或光纖，主要技術特點有:是一種多主總線:網(wǎng)絡上任一個節(jié)點均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息,，多主站依據(jù)優(yōu)先機制進行總線訪問;非破壞性基于優(yōu)先權(quán)總線仲裁技術:采用非破壞性基于優(yōu)先權(quán)總線仲裁技術結(jié)構(gòu),，大大節(jié)省總線沖突仲裁時間，在重負荷下表現(xiàn)出良好性能;具有多種傳送數(shù)據(jù)功能:具有點對點,，一點對多點(成組)及全局廣播傳送數(shù)據(jù)功能;節(jié)點數(shù)目多:直接通訊距離最遠可達10km(傳輸速率為5kbps),，最高通訊速率可達1Mbps(傳輸距離為40m);可靠性高:數(shù)據(jù)鏈路層采用短幀結(jié)構(gòu),，實時性高，糾錯效果好,，每幀信息都有CRC校驗及其它校驗措施,，數(shù)據(jù)出錯率低，可靠性高;故障自動判別:發(fā)送期間若丟失仲裁或因出錯而遭破壞的幀可自動重發(fā),，暫時錯誤和永久性故障節(jié)點判別及故障節(jié)點自動脫離CAN總線,。CAN總線系統(tǒng)由CAN網(wǎng)絡節(jié)點、轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)點和上位機構(gòu)成,?？偩€技術遵循現(xiàn)場總線協(xié)議，將分布在不同位置,，用途各異的測量儀表,、控制設備互聯(lián)成網(wǎng)，并可接入Intranet和Internet網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線技術的關鍵標志是它能支持雙向多變量,、總線式全數(shù)字通訊。傳統(tǒng)4～20mA模擬直流回路只能在一根兩芯電纜中單向傳輸一個參數(shù),，隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的日益復雜和信息量的增加,，4～20mA電流環(huán)傳輸成為制約信息傳輸?shù)钠款i，所以現(xiàn)場總線替代4～20mA模擬信號標準已成為控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢,。
基于CAN總線技術的多電機伺服控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示,，系統(tǒng)由上位機、CAN總線,、現(xiàn)場伺服單元節(jié)點組成,。數(shù)控系統(tǒng)上位機通過CAN總線控制網(wǎng)絡節(jié)點任一伺服單元，數(shù)字伺服與數(shù)控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸可分為實時性數(shù)據(jù)信息和非實時性數(shù)據(jù)信息兩類,。實時性數(shù)據(jù)指參與控制器實時位置,、速度、轉(zhuǎn)矩等控制指令和反饋信息,，傳輸速度要求較高,。非實時性數(shù)據(jù)主要是指控制器參數(shù)設置、功能設定,、診斷功能,、伺服狀態(tài)與報警等信息，傳輸速度相對較低,。CAN接口適配器是上位機與伺服單元數(shù)據(jù)傳輸和控制的橋梁,，伺服單元采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通過總線傳給上位機，實現(xiàn)實時監(jiān)視和控制,。
二,、模塊介紹
I-87120不能單獨使用,，需要搭配泓格生產(chǎn)的PAC來使用,，針對不同的PAC泓格都提供有相應的SDK，同時借助PAC強大處理能力很容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示,、傳輸及存儲功能,，大大豐富分布式伺服系統(tǒng)的功能，可以完成復雜數(shù)據(jù)機床的設計要求,。
四,、結(jié)束語
CAN總線具有良好的網(wǎng)絡通信功能、高可靠性,、抗干擾能力強且經(jīng)濟實用,，是一種很有前途的現(xiàn)場總線技術。它的應用將為分布式伺服系統(tǒng)提供一種新的解決方案,，會受到人們越來越多的重視,。新一代的智能數(shù)字伺服系統(tǒng)通過CAN總線與開放式數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)，是分布式伺服系統(tǒng)發(fā)展的一個有前途方向,。