一种多轴运动数控系统

1.一种多轴运动数控系统，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系统半闭环控制；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，可形成系统全闭环控制；
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系统，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系统，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系统，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系统，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系统，其特征在于，所述每个节点的DSP芯片设有JTAG接口。

一种多轴运动数控系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种数控系统，具体是一种多轴运动数控系统。\n背景技术\n[0002] 多轴运动数控系统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。\n[0003] 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，从而大大降低系统开发难度，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。\n[0004] 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、系统实时性和对较高插补速度的要求；\nRS-232只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮训的方式进行，系统实时性、可靠性较差，开发周期长。\n发明内容\n[0005] 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系统，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系统的适应性和可扩展性。\n[0006] 为了实现上述目的，本多轴运动数控系统包括一条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；\n[0007] 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；\n[0008] 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；\n[0009] 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；\n[0010] 电机编码器将电机位置速度信号返回给伺服驱动器形成系统半闭环控制；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，可形成系统全闭环控制；\n[0011] 所述各个节点DSP均自带数据时钟，且频率设定相同。\n[0012] 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。\n[0013] 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。\n[0014] 进一步，所述SRAM为连接上位机的DSP的外扩内存空间。\n[0015] 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。\n[0016] 进一步，所述每个节点的DSP芯片设有JTAG接口。\n[0017] 与现有技术相比，本多轴运动数控系统结合CAN总线的特性保证了实时通信，提高了系统可靠性，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，增加了控制系统的适应性和可扩展性。\n附图说明\n[0018] 图1是多轴运动数控系统总体结构原理图；\n[0019] 图2是DSP与上位机通讯接口原理图；\n[0020] 图3是CAN总线通讯原理图。\n具体实施方式\n[0021] 下面结合附图对本发明做进一步说明。\n[0022] 如图1、图2和图3所示，本多轴运动数控系统包括一条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。\n[0023] 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。\n[0024] 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。\n[0025] 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。\n[0026] 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。\n[0027] 所述DSP芯片内置CAN2.0控制器，大大简化了CAN控制器及其外围电路的设计。\n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。\n[0028] 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。\n[0029] 所述各个节点DSP均自带数据时钟，且频率设定相同，系统运行开始时，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，完成系统时钟同步。\n[0030] 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系统半闭环控制。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，可形成系统全闭环控制。\n[0031] 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。\n[0032] 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。\n[0033] 所诉多轴运动数控系统，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。\n[0034] 所诉多轴运动数控系统，为了提高系统开放性，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。\n[0035] 本多轴运动数控系统结合CAN总线的特性保证了实时通信，提高了系统可靠性，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，增加了控制系统的适应性和可扩展性。