CAN總線在組合機(jī)床電控系統(tǒng)通信中的應(yīng)用 (圖)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
現(xiàn)代組合機(jī)床裝備了大量的電子設(shè)備來(lái)滿足加工精度、加工速度等要求，如果采用常規(guī)的點(diǎn)到點(diǎn)方式，直接把12v/24v電源連到負(fù)載設(shè)備上(如電機(jī)、液壓泵等)，用開(kāi)關(guān)使電路閉合，勢(shì)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(duì)減少。此外,這些電控單元還要進(jìn)行復(fù)雜的控制決策運(yùn)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(guò)程需要不同的電控單元之間進(jìn)行通信，彼此影響。這些是不能通過(guò)簡(jiǎn)單的連接所能實(shí)現(xiàn)的。
有多種信息傳輸手段可以實(shí)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式；rs-485也是一個(gè)常用的通信規(guī)范，它可以實(shí)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(chǎng)總線的特征，與rs-485相比，can的信號(hào)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(shí)時(shí)性要求的同時(shí)，與定時(shí)觸發(fā)的tip相比更適合不定時(shí)傳送信息的要求。can繼承了集散控制系統(tǒng)(dcs)的優(yōu)點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)組合機(jī)床電控系統(tǒng)間通信的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，給出模塊控制器以及監(jiān)控pc機(jī)的can總線接口的硬件設(shè)計(jì)，和應(yīng)用層協(xié)議軟件的設(shè)計(jì)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(jī)、并聯(lián)組合機(jī)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(jī)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(guò)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(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)(由組合機(jī)床上的控制單元提供)，進(jìn)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(chǔ)在擴(kuò)展的eprom中，在適當(dāng)時(shí)刻將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過(guò)rs232總線上傳到監(jiān)控主機(jī)(pc)進(jìn)行分析。實(shí)際上可以直接把pc機(jī)掛接在can總線上。加工過(guò)程控制運(yùn)行在pc機(jī)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(dòng)力頭轉(zhuǎn)速、進(jìn)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(jī)處理。
監(jiān)控主機(jī)通過(guò)can總線從各模塊獲取現(xiàn)場(chǎng)控制數(shù)據(jù)，監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制各模塊的投入和退出，完成人機(jī)對(duì)話，響應(yīng)近端和遠(yuǎn)端的操作。
各個(gè)組合機(jī)床電控單元間以及模塊與監(jiān)控主機(jī)之間通過(guò)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(diǎn)是多個(gè)節(jié)點(diǎn)共用一條傳輸線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低；采用無(wú)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(jìn)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(jī)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(gè)完成電平轉(zhuǎn)換和線路驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器pca82c250t。pca82c250t是can協(xié)議控制器和物理總線的接口，對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，對(duì)can控制器提供差動(dòng)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(gè)120ω的匹配電阻。
監(jiān)控機(jī)使用了工業(yè)控制用pc機(jī)，與can的接口用一塊can總線通信接口適配卡實(shí)現(xiàn)，適配卡插在pc機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi)。
● lf2407a的can控制器
lf2407a的can控制器是一個(gè)16位的外設(shè)模塊，可以通過(guò)設(shè)置或讀取內(nèi)部寄存器來(lái)訪問(wèn)can控制器。lf2407a的can控制器由可編程位定時(shí)器和6個(gè)郵箱組成。郵箱方式是can控制器的特點(diǎn)，郵箱是一個(gè)48×16位的ram空間，此空間分為6個(gè)郵箱，每個(gè)郵箱由郵箱標(biāo)識(shí)寄存器、郵箱控制寄存器及4×16位的存儲(chǔ)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(lái)訪問(wèn)這些郵箱寄存器。
lf2407a的can控制器支持can2.0協(xié)議，有自動(dòng)重發(fā)功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)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(kuò)展模式，有可編程位定時(shí)器，可編程實(shí)現(xiàn)總線喚醒功能，可對(duì)中斷配置編程。tms320lf2407a芯片的這些特點(diǎn)方便了系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。
can網(wǎng)絡(luò)發(fā)送周期
評(píng)論