CAN總線在組合機床電控系統(tǒng)通信中的應(yīng)用 (圖)
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現(xiàn)代組合機床裝備了大量的電子設(shè)備來滿足加工精度、加工速度等要求，如果采用常規(guī)的點到點方式，直接把12v/24v電源連到負(fù)載設(shè)備上(如電機、液壓泵等)，用開關(guān)使電路閉合，勢必造成導(dǎo)線數(shù)量不斷增加，而有限的布線空間則在相對減少。此外,這些電控單元還要進行復(fù)雜的控制決策運算，包括從周邊設(shè)備收集信息，發(fā)出控制命令，再根據(jù)反饋的信息做下一步的決策等。這一過程需要不同的電控單元之間進行通信，彼此影響。這些是不能通過簡單的連接所能實現(xiàn)的。
有多種信息傳輸手段可以實現(xiàn)不同的電控單元之間的通信，如常用的rs-232、rs-485和can。rs-232雖然應(yīng)用廣泛，但是傳輸速率較低，傳輸距離較短，抗干擾能力較差，而且最重要的是它只適合點對點的連接方式；rs-485也是一個常用的通信規(guī)范，它可以實現(xiàn)半雙工的總線型的網(wǎng)絡(luò)，總線上允許連接多收發(fā)器，即具有多站能力；而can(控制器局域網(wǎng))具有現(xiàn)場總線的特征，與rs-485相比，can的信號形式更適合于熱插拔，而且它的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議在滿足模塊間通信高實時性要求的同時，與定時觸發(fā)的tip相比更適合不定時傳送信息的要求。can繼承了集散控制系統(tǒng)(dcs)的優(yōu)點，可以更方便地構(gòu)建模塊間通信網(wǎng)絡(luò)。
本文介紹利用can總線，實現(xiàn)組合機床電控系統(tǒng)間通信的系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用，給出模塊控制器以及監(jiān)控pc機的can總線接口的硬件設(shè)計，和應(yīng)用層協(xié)議軟件的設(shè)計思路。
系統(tǒng)的描述
● 系統(tǒng)的組成及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的組成如圖1所示，系統(tǒng)由監(jiān)控主機、并聯(lián)組合機床電控的數(shù)據(jù)采集模塊和can總線組成。
本文研究的組合機床采用了上述can總線接口的微處理器系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集和加工過程控制兩部分，前者由掛接在can總線上的數(shù)據(jù)采集單元完成，主要是從總線上收集有關(guān)組合機床的運行數(shù)據(jù)(由組合機床上的控制單元提供)，進行一些基本的數(shù)據(jù)處理和診斷，如有關(guān)傳感器、執(zhí)行器是否失效，然后將有關(guān)數(shù)據(jù)和加工狀況存儲在擴展的eprom中，在適當(dāng)時刻將存儲的數(shù)據(jù)通過rs232總線上傳到監(jiān)控主機(pc)進行分析。實際上可以直接把pc機掛接在can總線上。加工過程控制運行在pc機上，主要是處理由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，如動力頭轉(zhuǎn)速、進給量、切削深度等。這種分層處理的好處在于可以更好地利用pc數(shù)據(jù)處理能力以及已有的一些控制軟件資源，并且可以脫機處理。
監(jiān)控主機通過can總線從各模塊獲取現(xiàn)場控制數(shù)據(jù)，監(jiān)控整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制各模塊的投入和退出，完成人機對話，響應(yīng)近端和遠端的操作。
各個組合機床電控單元間以及模塊與監(jiān)控主機之間通過can連接通信，通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線式結(jié)構(gòu)。
這種結(jié)構(gòu)的特點是多個節(jié)點共用一條傳輸線，結(jié)構(gòu)簡單、成本低；采用無源抽頭連接，可靠性高。信息的傳輸采用can通信協(xié)議，線路利用率高。傳輸介質(zhì)為雙絞線，如需進一步提高抗干擾能力，還可在控制器和傳輸介質(zhì)之間加接光電隔離。
● 硬件介紹
硬件包括tms320lf2407a與can總線的接口、監(jiān)控機與can的接口。其中l(wèi)f2407a與can總線的接口如圖2所示。
由于lf2407a內(nèi)嵌can控制器，因此它的can總線接口只需一個完成電平轉(zhuǎn)換和線路驅(qū)動的驅(qū)動器pca82c250t。pca82c250t是can協(xié)議控制器和物理總線的接口，對總線提供差動發(fā)送能力，對can控制器提供差動接收能力，完全符合“iso11898”標(biāo)準(zhǔn)。在can總線的網(wǎng)絡(luò)終端，總線上需加一個120ω的匹配電阻。
監(jiān)控機使用了工業(yè)控制用pc機，與can的接口用一塊can總線通信接口適配卡實現(xiàn)，適配卡插在pc機的擴展槽內(nèi)。
● lf2407a的can控制器
lf2407a的can控制器是一個16位的外設(shè)模塊，可以通過設(shè)置或讀取內(nèi)部寄存器來訪問can控制器。lf2407a的can控制器由可編程位定時器和6個郵箱組成。郵箱方式是can控制器的特點，郵箱是一個48×16位的ram空間，此空間分為6個郵箱，每個郵箱由郵箱標(biāo)識寄存器、郵箱控制寄存器及4×16位的存儲空間組成，其中郵箱0和郵箱1是接收郵箱，郵箱4和郵箱5是發(fā)送郵箱，而郵箱2和郵箱3則可隨意配置成發(fā)送或接收郵箱。cpu以統(tǒng)一的內(nèi)存編址來訪問這些郵箱寄存器。
lf2407a的can控制器支持can2.0協(xié)議，有自動重發(fā)功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)幀和遠程幀，數(shù)據(jù)收發(fā)采用郵箱方式，可工作在標(biāo)準(zhǔn)模式和擴展模式，有可編程位定時器，可編程實現(xiàn)總線喚醒功能，可對中斷配置編程。tms320lf2407a芯片的這些特點方便了系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。
can網(wǎng)絡(luò)發(fā)送周期
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