本实用新型专利技术公开的一种基于EtherCAT总线的开放式数控系统，包括工控机PC端，IO控制板卡端，以及用于通信连接的EtherCAT网络，在工控机PC端采用开放式数控软件LinuxCNC，通过调用EtherCAT主站驱动，将外围IO控制板卡端的硬件板卡通过硬件抽象层的方式加入到LinuxCNC中，并将控制数据下发到IO控制板卡端；IO控制板卡根据实际需求进行设计以驱动执行装置动作；同时IO板卡采集并向工控机PC端反馈回实时数据，LinuxCNC将得到的实际运动结果与设定值比较，得到下一周期的控制量，同时实时显示当期的数控状态信息。本实用新型专利技术的数控系统，将复杂的数控系统软件交由强大的工控PC机运行，外围IO控制板卡根据需求进行特定驱动电路的设计，实现方式简单，工作运行可靠。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及现代数控系统领域，特别涉及一种基于EtherCAT总线的开放式数控系统。
技术介绍
数控技术在制造业的装备技术中有着举足轻重的作用，随着现代数控技术的不断发展，研宄和开发出高水平的高档数控系统有着重要的意义。我国数控系统发展到今天，已经推出了第六代高档数控技术方案，即PC+I/0控制板卡方案。对于PC端，采用普通的工业控制计算机，其上安装有数控系统软件。工业PC机以其强大的处理计算能力完成对整个数控系统的控制，其上实现了几乎所有的实时以及非实时的数控系统任务，包括数控指令译码、实时插补运算、数控轨迹规划、运动学算法以及友好的数控操作界面等。在1控制板卡端，通过控制和驱动电路，将PC端计算出来的实时数控数据发送到外围的数字量输出、模拟量输出、伺服驱动器等执行装置中，完成规定时间内的实时动作。同时，将数字量输入、模拟量输入、伺服驱动器等装置中的采样数据实时反馈回数控系统PC端。数控系统PC端与1控制板卡端之间采用高速、可靠的通信介质与通信协议完成实时数据的交换传输。因此，站在我国最新一代的数控系统方案上，如何研宄和开发出一套软硬件实现方案简单，工作稳定可靠的数控系统是非常有必要的。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于EtherCAT总线的开放式数控系统。本技术的目的通过以下的技术方案实现:一种基于EtherCAT总线的开放式数控系统，包括工控机PC端、1控制板卡端，以及用于通信连接的EtherCAT网络；在工控机PC端采用开放式数控软件LinuxCNC，通过调用EtherCAT主站驱动，将外围1控制板卡端的硬件板卡通过硬件抽象层的方式加入到LinuxCNC中；在LinuxCNC中完成数控指令输入、数控界面显示、实时插补运算功能，并将控制数据下发到1控制板卡端；10控制板卡根据实际需求进行设计，完成数字量输入输出、模拟量输入输出、多轴脉冲伺服驱动功能，以驱动执行装置动作；同时1板卡采集并向工控机PC端反馈回实时数据，LinuxCNC将得到的实际运动结果与设定值比较，得到下一周期的控制量，同时实时显示当期的数控状态信息。所述的控机PC端包括硬件平台和软件系统，所述硬件平台为普通工业控制PC机；所述软件系统基于实时的Linux系统，包括开放式的LinuxCNC数控系统软件平台、EtherCAT主站驱动程序、用于连接EtherCAT主站与LinuxCNC的HAL驱动以及100M以太网卡驱动；所述LinuxCNC数控软件平台包括图形用户接口、任务控制器、1控制器、运动控制器。所述1控制板卡端包括第一板卡和第二板卡；第一板卡为1板卡，实现数控系统中8通道数字量输入功能；所述第二板卡为多轴运动控制板卡，实现数控系统中脉冲接口伺服驱动器的驱动、数字量输入、模拟量输入、模拟量输出功能。所述的第一板卡包括第一物理层Ethernet接口 1、第二物理层EBUS接口 1、EtherCAT从站控制器1、第一 ESI EEPR0M、电源、8通道数字量输入模块、光耦隔离模块I。所述的EtherCAT从站控制器I选择Beckhoff公司的ET1200芯片或ETl 100芯片。所述的第二板卡包括第一物理层EBUS接口 I1、第二物理层EBUS接口 II ,EtherCAT从站控制器I1、ARM控制器、FPGA、光耦隔离模块I1、数字隔离模块、6通道脉冲伺服驱动模块、8通道数字量输出模块、8通道模拟量输入模块、8通道模拟量输出模块、电源、第一 SPI接口、第二 SPI 接口、第二 ESI EEPROMo所述的EtherCAT从站控制器II选择Beckhoff公司的ET1200芯片或ETl 100芯片。所述的第二板卡为多轴运动控制板卡。所述EtherCAT网络用于工控机PC端与1控制板卡端之间的网络通信，传输介质为普通网线，传输协议为实时工业以太网E th erCAT协议；所述工控机PC端通过10/100BASE-T应用的以太网口与1控制板卡端的第一板卡的第一物理层Ethernet接口连接，所述第一板卡的第二物理层EBUS接口与所述第二板卡的第一物理层EBUS接口连接，所述第二板卡的第二物理层EBUS接口不连接，即EtherCAT帧在此处返回。本技术的工作工程如下所示:在数控系统工控机PC端，当用户通过LinuxCNC的图形用户接口将数控命令输入，任务控制器对该输入命令进行处理并解析输入的G代码，将非时间关键的开关量信号交由1控制器处理，继而下发到HAL模块；将时间关键的数控任务交由运动控制器处理，运动控制器进行轨迹规划后再执行插补计算，再通过逆运动学算法计算出各个轴的实时控制量，继而下发到HAL模块；HAL模块调用EtherCAT主站将实时控制量通过EtherCAT数据帧下发到数控系统的1控制板卡端:下行数据帧首先经第一板卡的第一物理层Ethernet接口进入EtherCAT从站控制芯片，再由第二物理层EBUS接口进入第二板卡的第一物理层EBUS接口，第二板卡的EtherCAT从站控制器读取EtherCAT帧中的下发数据，ARM处理器通过第一 SPI接口读取下发下来的实时控制量，处理运算后，通过第二 SPI接口分发到FPGA、模拟量输出模块、数字量输出模块中，FPGA将控制量转化为二相正交脉冲用以驱动多轴脉冲伺服驱动器，同时FPGA也对多轴脉冲伺服驱动器的编码器信号进行实时计数；通过第二 SPI接口将FPGA实时计数数据、模拟量输入数据输入ARM控制器模块，处理运算后，再通过第一 SPI接口输入EtherCAT从站控制器；EtherCAT从站控制器将输入数据插入到EtherCAT上行帧中，上行帧经由第二板卡的第一物理层EBUS接口进入第一板卡的第二物理层EBUS接口，第一板卡中的数字量输入模块通过PDI接口输入EtherCAT从站控制器，EtherCAT控制器再将输入数据插入到上行帧中，再通过第一板卡的第一物理层Ethernet接口输入到工控PC机端，HAL模块调用EtherCAT主站读取反馈回来的上行数据，运动控制器从HAL中获取各轴的当前位置值，经由正运动学算法得到实际的空间姿态，将得到的实际运动结果与设定值相比较，得到下一数控周期的控制量，同时图形用户接口实时显示当前的数控状态信息。本技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:(I)采用本开放式数控系统可以极大地简化数控系统的软、硬件设计。(2)采用本开放式数控系统，用户图形界面、核心运动控制算法可根据用户需求定制与改进。(3)采用本开放式数控系统，1控制板卡硬件可根据实际数控系统需求定制，节约成本，简化设计，且为了使原有LinuxCNC兼容修改后的硬件板卡，只需简单地通过软件修改HAL驱动。【附图说明】图1为本技术所述的一种基于EtherCAT总线的开放式数控系统的结构示意图；图2为图1所述数控系统的工控机PC端的结构示意图；图3为第一板卡的结构示意图；图4为第二板卡的结构示意图。【具体实施方式】下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。如图1所示，一种基于EtherCAT总线的开放式数控系统，由工控机PC端和1控制板卡端组成，包括工控PC机、第本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于EtherCAT总线的开放式数控系统，其特征在于：包括工控机PC端、IO控制板卡端，以及用于通信连接的EtherCAT网络；在工控机PC端采用开放式数控软件LinuxCNC，通过调用EtherCAT主站驱动，将外围IO控制板卡端的硬件板卡通过硬件抽象层的方式加入到LinuxCNC中；在LinuxCNC中完成数控指令输入、数控界面显示、实时插补运算功能，并将控制数据下发到IO控制板卡端；IO控制板卡根据实际需求进行设计，完成数字量输入输出、模拟量输入输出、多轴脉冲伺服驱动功能，以驱动执行装置动作；同时IO板卡采集并向工控机PC端反馈回实时数据，LinuxCNC将得到的实际运动结果与设定值比较，得到下一周期的控制量，同时实时显示当期的数控状态信息。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：史步海，郭宇，刘志鑫，刘斌炜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。