【网络通信】光纤通信在数控网络中的应用及其实现.pdf

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1、光纤通信在数控网络中的应用及其实现中图分类号：TP3文献标识码：BApplicationandRealizationofFiberCommunicationinCNCNet基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20040561031）；国家自然科学基金（60574004，60374036）；广东省自然科学基金（031407）；广东省科技攻关项目（2003C101002）广州市重大科技攻关计划（2002ZI-D0051）。刁明新刘少君裴海龙Diaomingxin,Liushaojun,Peiha

2、ilong华南理工大学自动科学与工程学院，广州，510640摘要：数控网络系统是数控系统发展的趋势，在这类系统中，结点之间通信的最大要求是高实时性、高可靠性，最大特点是通信数据量较小，且具有周期性。本论文将根据数控网络的这些特点，详细介绍如何在物理层，用VHDL语言设计一个满足这些要求的模块，通过光纤实现点对点的通信。关键词：光纤通信，数控网络，CNC,FPGAConstract:CNC(ComputerNumericalController)netisthedevelopmenttrendoft

3、heCNCtechnology.Inthiskindofsystem,themostimportantrequirementofcommunicationbetweenpointsishighreal-time,highreliability,thebiggestcharacteristhattransmiteddataamountiscomparativelylittleandtransmissionhasperiodicity.Thispaperwilldescribehowtorealize

4、thefibercommunicationbetweenpointsintheCNCnetbaseontheCNCnetcharacter.ThismoduleisdesignedwithVHDLlanguageandrealizedwithFPGA,allofthefunctionisrealizedinphysicallayer.Keywords:fibercommunication,CNCnet,CNC,FP1：引言：数控技术是制造业实现现代化的战略性基础技术，同时也是提高国家综合国力和国防

5、现代化的重要战略性基础技术。随着数字驱动技术及各种制造技术的发展，提高数控系统的灵活多变性，可扩展性，可移植性、互操作性、互交换性、可重用性已成为迫切的需要。为此，世界各先进工业国家纷纷将研制开放式数控系统体系结构列入重点发展计划，为适应这一发展态势，及进一步提高工厂生产的自动化，数控网络系统必将成为未来数控技术竞争的制高点。而解决在这类网络中数据的高实时，高可靠地传输，是构成数控网络的一个核心问题。本论文将根据这网络的特点集中介绍如何用光纤实现点对点的高速高可靠传输。2：网络数控的特点：目在数控

6、网络系统中，应用的协议有SERCOS（SerialReal-timeCommunicationSystem）和HSB(HighspeechSerialBus)等。1图1：SERCOS网络拓朴SERCOS接口的控制器可以根据需要接上一个或几个环结构。图1的拓朴图只是一个例子，由其拓朴结构也可以看出，它糅合使用了主从结构和环状结构。HSB的拓朴结构相对SERCOS要简单些。它主要是主从式结构。由于数控系统的特点，它对底层设备间的数据通信要求比较高，必须保证高实时性和高可靠性的要求。例如CNC(Comp

7、uterNumericController)控制器主机单元和插补轴单元、驱动单元等的连接，这类控制器具有ms级的较短控制周期，同时要求较高的通信可靠性，通信错误将导致较严重的后果，如加工零件的报废等。为了在工厂那种比较恶劣的环境中确保这些要求的满足，构成的数控网络的通信介质得用光纤。这类高实时性、高可靠性的底层设备间典型的通信周期是1～5ms之间，典型的有效通信数据量在500～2000bit之间。以上特点决定了CNC控制器通信存在短周期、短数据帧等特点，所以在物理层用VHDL在FPGA上设计点对点

8、通信模块时，必须考虑到这些基本的要求。不管是构成SERCOS还是HSB网络，为了能够扩展更多的结点，点对点的有效位速度都应该不小于4M，虽然组网要求的有效位速率大于4Mbps，但是由于协议本身的开销，以及为了保证高可靠性而必须的通信冗余量，这类网络中实际通信位速率要远大于有效位速率。其通信效率保守估计只有15％～30％。3：光纤通信在数控网络中的实现不管是SERCOS还是HSB结构的数控网络系统，当经过仲裁从站获得总线控制权后，主站跟从站的通信就是点对点的通信。所以依据数控系统中传