基于MODBUS协议的多轴控制系统设计.pdf

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1、第2期机械设计与制造2013年2月MachineryDesign&Manufacture基于MODBUS协议的多轴控制系统设计刘学平，李杰(1．清华大学深圳研究生院，深圳518055；2．清华大学精密仪器与机械学系，北京100084)摘要：在工程自动控制系统中，不仅需要多个变量来描述一个系统，而且需要同时控制多个变量，多运动轴按预定运动参数进行联动。针对电子设备中多轴控制的功能要求，设计了基于MODBUS协议的多轴运动控制系统。该系统采用运动控制芯片+微处理器的双CPU结构，增强了系统的抗干扰性，可实现多轴控制芯片来控制电

2、机的运转，提高了运动控制精度，且结构简单，性能稳定，成本低廉，可用于多轴联动的工业设备控制系统中，具有很好的可移植性和拓展性。关键词：单片机；MODBUS协议；多轴控制中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)02—0001—03DesignofaMulti-AxisControlSystemBasedonMODBUSProtocolLIUXue-ping．UJie(1．GraduateSchoolatShenzhen，TsinghuaUniversity，Shenzhen518055，Ch

3、ina；2．DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Intheengineeringautomaticcontrols，，itneedsnotonlyseveralvariablestodescribeonesystem，butalsotocontrolmultiplevariablesatthesometime，andtheaxisofmovementlinksaccord

4、ingtothepredeterminedmotionparameters．Inviewofthefunctionalrequirementsofmulti-axiscontroloftheelectronicequipment，multipleaxismotioncontrolsystemisdesigneduponMODBUSprotoco1．Thesystemadoptsthemotioncontrolc蛐9+microprocessordoubleCPUstructure，enhancingtheanti--jam

5、mingofthes~tem，beingabletoachievemultipleaxiscontrolctocontrolthemotoroperation，improvingthemotioncontrolprecision，andthestructurebeingsimp!e，peFinancebeingstable，costbeinglow，whichCanbeusedformuh~&spindlelinkageindustrialequipmentcontrols~tem，havingverygoodportab

6、ilityandexpanding．KeyWords：MCU；M0DBUSProtocol；MultAxisControl进行点对点通讯，通讯模式为RTU，附加CRC校验。上位机发送1引言读线圈(功能码01)，写线圈(功能码05)，读保持寄存器(功能码随着科学技术和现代工业的发展，在工程自动控制系统中，O3)，写寄存器(功能码06)四个命令完成对单片机10口、寄存器系统变得越来越复杂，不仅需要多个变量来描述一个系统，而且的读写功能。下位机的程序负责对主机的命令进行响应，并将对常常需要同时控制多个变量。例如，电子装备在实际运

7、动过程中，应的数据发回上位机。通常有多个运动轴按照预先设定的运动参数进行联动，提出的多轴控制系统就是以在这种应用背景下开发的，这种系统结构简3系统的硬件构成单，性能稳定，成本低廉，可广泛应用于多轴联动的工业设备控制运动控制卡硬件设计既要满足系统的功能要求，又要保证系统中，具有很好的可移植性和经济性。实时性、可靠性和抗干扰性能。总体结构，如图1所示。2系统总体设计3．1C8051F020单片机运动系统包括轴、y轴伺服电动机组成的工作台，一个系统应用在工业现场通常需要控制大量的外部设备，系统360。旋转的轴伺服电机控制平台，一

8、个垂直运动的z轴伺服电选取C8051F020处理器作为下位机控制模块的核心，下位机硬动机控制机构，一个步进电动机控制送胜线装置，一个直流电机件结构图，如图1所示。它是C0851F系列中功能较全的一款，此控制的铝线盘旋转机构，这6个轴电动机共同完成超声波铝线自处理器采用3．3V电压供电，功耗极低，具有64