通信网络-can总线在开放式数控系统的应用new

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1、基金颁发部门：国家自然科学基金；项目名称：具有随机时滞的网络化控制系统的分析与综合；编号：60504020/F0301，2006-1至2008－12；基金申请人：李红信CAN总线在开放式数控系统的应用TheApplicationofCANFieldbusinCNCSystem赵小凤李红信（兰州大学信息学院，甘肃兰州730000）ZHAOXIAOFENGLIHONGXIN(SchoolofInformationScience&Engineering,LanzhouUniversity,LanzhouGansu730000)摘要在详细研究了数控系统及C

2、AN总线的基础上，根据特定的系统需求，提出并成功开发了以微型计算机为上位机、以CAN总线为现场设备通信平台的开放式数控系统。关键字：开放式数控系统；CAN总线；伺服控制中图分类号：TP336文献标志码：AAbstract:OnthebasisofnumericalcontrolsystemandCANbusstudy,accordingtothespecificsystemrequirements,thearticleadvancedandempolderedaCNCsystemsuccessfully,whichusedmicro-compute

3、rforthePCandusedCANbusforon-sitecommunicationfacilitiesplatform.）Keyword:CNCSystem;CANFieldbus;ServoControl1．引言：随着微电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量技术的不断发展和迅速应用，在制造业中，数控技术和数控机床不断更新换代，正向着高速度、多功能、智能化、开放型以及高可靠性等方面迅速发展。数控机床的生产量和数控技术的应用已成为衡量一个国家工业化程度和技术水平的重要标志。开放式、网络化数控系统已成为当前数控技术发展的主要趋势。CAN总线适

4、用于数据交换简短而频繁的场合，是解决工业控制设备之间数据通信的有效方式，可以方便有效地构成分布式实时过程检测与控制系统。由于基于CAN总线的数据通信具有高可靠性、实时性和灵活性等特点，特别适合于工业现场自动化设备的互连，在汽车工业等领域得到了广泛的应用。CAN总线标准也是现场总线的国际标准之一（ISO11898）。本文针对一个需要上位机与下位机进行现场通信的数字控制系统，根据数据量和通信速率的要求，采用基于CAN总线作为通信平台。整个系统能够在4ms的控制周期内，完成对7个伺服轴和一个主轴的位置和速度控制，系统性能达到了预期的目标。2.数控机床的组

5、成数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及其测量装置组成。图1是数控机床组成框图，其中除机床本体之外的部分统称为计算机数控（CNC）系统。辅助装置输入P设备L机伺驱数C床服动控本单装装体输出元置置设备测量装置图1数控机床的组成框图开放式数控系统的关键技术是建立开放的数控体系结构，并确定开放式的标准。在结构上向趋于裁剪、扩展和升级的方向发展；形式上向可灵活组成不同档次、不同类型的方向进行迈进。3.系统设计3．1硬件平台设计根据开放式数控系统的可

6、裁减要求，数控系统最大控制能力为七轴五联动。具体的控制量为：外接数字IO数量不少于340个，其中输入不少于200个，输出不少于140个，不少于80个继电器输出，并且有不少于40个继电器输出指示灯。本系统要求能够控制七个伺服轴和一个主轴，设置控制周期为4ms，因此要在4ms的控制周期内完成对8个轴的控制，其中每个轴的控制字为4字节，再加上本系统设计时所使用的外接数字IO为360个，则控制字需要360/8=45个字节，因此通讯速度至少为（4*8+45）/0.004=19.25Kb/s。在通信距离不超过40m时，can总线数据传输速率可高达1Mb/s，我

7、们系统设计所要求的最大传输距离为30m，因此完全可以满足要求。为了增强通讯的可靠性，使用双CAN通信，其中第2路can总线作为系统的冗余。如果把上位机（PC104+CAN通信卡）和下位机（PC104+位控卡+IO卡）插在一起或叠在一起，会限制数控系统结构安装的灵活性。另外，如果上位机和下位机拥挤安置在操作盒内，不利于散热；而且运动控制板卡也安装在操作盒内，接口线缆密集，不利于拆装。在此，希望设计一种通讯结构能够使上位机和下位机分开安装，而且两者之间以较少的通讯线连接进行长距离通讯，所以此处考虑到采用CAN总线的串行通信方式。图2为CAN总线的开放式

8、数控系统架构。编辑键盘LCD(CRT)USB设备PC104(SB610或SED886)+CAN通讯卡(上位机系统)控制面板