一种并联驱动系统的通讯方法技术方案

一种并联驱动系统的通讯方法，用于伺服驱动器多机并联的光纤通讯网络，网络包含一个主节点和N个从节点，各节点对应一台伺服驱动器，主节点和从节点的通讯网络端口及同步信号端口逐级连接，通讯传输非实时性的报文和实时性的同步信号，主节点发出总线报文逐级传输给各从节点，各从节点在总线报文中提取主节点的开关信号并插入自身的反馈报文信息，直至最后一个从节点，即网络终端节点，网络终端节点将包含各从节点反馈报文信息的网络终端报文返回给主节点。本发明专利技术方法通讯协议简单，硬件成本低，实用性高，具有精确的同步动作，通讯网络结构更简化，开关延时补偿精确，能有效用于并联驱动系统的通讯。

Communication method of parallel drive system

The driving system of a parallel communication method for optical fiber communication network, multi machine parallel servo driver, the network includes a master node and slave nodes N, each node corresponds to a servo drive, the master node and the connection from the communication network port node and synchronous signal port level communication transmission asynchronous real-time signal message and real-time, the master node sends message to the bus by transmission from the node, the node in the bus message extraction switch signal the master node and insert the message information feedback itself, until the last one from that node, terminal node network, network terminal node will contain the message from the network terminal node feedback message the information back to the master node. The method of the invention has the advantages of simple protocol, low hardware cost, high practicability, has accurate synchronization action, communication network structure is simplified, the switch delay compensation precision, can be effectively used for parallel drive system communication.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业总线通讯技术，适用于大功率交流电机调速领域，具体为一种驱动器多机并联系统下的通讯机制的实现方法。
技术介绍
目前在驱动器多机并联系统中，模块在控制功能上具有主、从之分。为了实现在一个电流环控制周期内完成主/从模块的数据交互，需要使用高速的物理层收发器和以及不同于传统总线的CSMA/CD的通讯交互方法。中国专利技术专利CN1745546A《以太网信息的网络耦合器、网络及数据处理方法》提供了一种适用于以太网网络及数据的处理方法，该方法比一般以太网通讯总线报文利用率要高，但对于驱动器多机并联通讯的应用存在以下问题：节点数越多，通讯网络延时越大，主节点没有办法通过总线通讯保证并联控制的同步性；通讯的总线报文格式协议较复杂，需要专用的ASIC芯片实现，开发成本高。中国专利技术专利申请CN103916187A《大容量电力电子系统高速光纤环网通信网络控制拓扑》提出电力电子系统光纤环网拓扑通讯机制，含有同步信号通讯网络，同步信号作为控制参与并联的各个模块PWM载波的关键信号。此申请的技术方案中同步信号只是通过简单的逻辑“非”处理，没有可靠的冗余控制机制，特别是主节点链接的第一个从节点的通讯信号断线或异常时，整个网络的同步性都收到影响，各个模块系统通讯和逆变器控制器不一定能保证可靠工作。申请CN103916187A虽然提出了在通讯系统中增加故障信号网络，但这仅仅是报警通知功能，系统中的主机并不知道系统中的哪台从机发生了报警，无法有效的诊断故障，实用性低。另外申请CN103916187A提出的主节点和从节点的数据交互方式还存在总线报文利用率低的问题：本专利技术研究发现可以省去开关机网络，将开关控制信号通过总线命令中通过一个位来标识。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是：现有技术对驱动器多机并联系统的通讯处理方法存在开发成本高，复杂度高，效率低的问题。本专利技术的技术方案为：一种并联驱动系统的通讯方法，用于伺服驱动器多机并联的光纤通讯网络，网络包含一个主节点和N个从节点，各节点对应一台伺服驱动器，主节点和从节点的通讯网络端口及同步信号端口逐级连接，通讯传输非实时性的报文和实时性的同步信号，主节点发出总线报文逐级传输给各从节点，各从节点在总线报文中提取主节点的控制信号并插入自身的反馈报文，所述反馈报文包括电流和报警信息，报文传输直至最后一个从节点，即网络终端节点，网络终端节点将包含各从节点反馈报文信息的网络终端报文返回给主节点。进一步的，并联驱动系统上电时，主节点和从节点的状态和数据都进行复位，复位稳定后，每个从节点进行网络终端自识别，自识别完成后主节点对通讯中的各从节点进行通讯地址分配，实现通讯网络的初始化，当网络初始化完毕，并联驱动系统进入并联工作模式时，主节点通过网络终端报文提取从节点的控制参数和反馈数据，并检查通讯错误或断线异常，当有通讯错误或异常时，主节点试图清除相应节点的错误，若无法清除，则报警显示。网络终端自识别的方法为：主节点通讯网络端口向外发送设定的编码，设定的编码在从节点中逐级传输，从节点1～从节点N的控制器根据从节点的通讯网络端口对编码的接收情况，判断出自身的通讯数据流向；识别数据流向后，从节点1～从节点N往各自的上游通讯节点发送设定的编码，如果某从节点发现与链接下游节点的通讯网络端口接收不到任何编码，则判定自己是网络终端节点。各从节点进行通讯地址分配通过对一个总线报文的地址帧不断累加实现，主节点发出一个带有寻址命令的报文，报文中含有一个原始值等于“0”的地址帧，每经过一个从节点，从节点将接收的报文中的地址帧的值加1，并将加1后的值设为自身的通讯地址，直至网络终端节点，此时地址帧值为N，网络终端节点将报文返回给主节点。进一步的，主节点由网络终端节点获得一个带有寻址命令的报文，报文中地址帧值等于N，即有N个从节点参与了系统并联，主节点将驱动并联系统预先设置的并联数目与获得从节点的节点数比较，确认数目是否一致，若不一致则进行报警。本专利技术传输同步信号时，同步信号由主节点发出，由从节点1逐级传递直至从节点N，每个从节点接收上一节点的同步信号，并对上一节点的同步信号变化沿进行应答，每个从节点给下一节点发送同步信号时，亦检测下一节点的应答，在同步信号的传递过程中，每个节点都检测上一节点发出同步信号周期是否为PWM的开关频率Tsw，同时也检测下一节点在收到同步信号后是否有应答，通过这样的机制，检测同步信号与应答信号的断线情况。进一步的，当从节点m检测到从节点m-1发送同步周期小于Tsw-Tjetter，或超过Tsw+Tjetter的时间没有同步信号时，Tjetter是同步信号的抖动范围，从节点m判断从节点m-1传递的同步信号异常，1≤m≤N，此时从节点m的控制器切换为自身产生周期为Tsw的同步信号发送给后续节点，切换点选择在异常发生前一刻的同步信号相位，从节点m将同步异常通过报文反馈给主节点，主节点控制整个并联系统停止，并显示报警。作为优选方式，本专利技术传输同步信号的光纤使用百兆光纤模组或千兆光纤模组，光纤模组采用LVDS电平，每经过一级光纤的物理延时控制在5ns以下。进一步的，主节点发送同步信号的上升沿到从节点n，1≤n≤N，从节点n接收到同步信号上升沿，同步信号延时计算如下：Tdelay＝2×nTphy+nTlogic (1)Tdelay为同步信号延时，Tphy为光纤模组物理层的收发延时，Tlogic为从节点控制器的逻辑处理延时，在从节点控制器逻辑模块产生PWM波时，将同步信号延时带入到PWM比较器载波计算中，设CMPA是各个从节点共同的PWM载波值，Tsw是PWM周期，t是PWM载波计时器，t∈[0,Tsw]，从节点n根据延时Tdelay计算出新的载波值CMPA’，如公式(2)和公式(3)，进行延迟补偿：CMPA’＝CMPA-Tdelay当t≤Tsw/2 (2)CMPA’＝Tsw/2-CMPA-Tdelay当Tsw/2<t≤Tsw (3)。相比专利CN1745546A，本专利技术提出的通讯机制有以下优点：1)通讯协议简单：专利CN1745546A的通讯协议是基于标准以太网数据帧格式进行改造的，其协议内容涉及工业以太网的功能，协议内容较为复杂。本专利技术提出的通讯报文只包含驱动器并联控制需要的数据内容，简化了通讯协议。2)硬件成本低：为了实现专利CN1745546A中的以太网数据耦合的报文帧处理，需要专用的ASIC芯片或大型FPGA以及具有一定运算处理能力的处理器才能完成报文的数据提取和插入，整体的开发成本高。而本专利技术提出的通讯机制，包括报文数据处理、网络终端自识别、网络地址自动分配等功能，只需要中等逻辑的FPGA就可以实现，硬件成本更为低廉。3)具有精确的同步动作：专利CN1745546A提出的以太网数据处理方式，是一种非实时性的通讯机制，由于网络通讯延时，不能满足通讯节点同步动作精度在100ns以内。本专利技术针对驱动器多机并联的控制同步控制策略，增加了独立的同步信号通讯网络，使得通讯系统中的各个节点统一按照同步信号进行动作，同步精度较高。相比专利申请CN103916187A，本专利技术提出的通讯机制有以下优点：1)通讯网络结构更简化：专利CN103916187A的通讯网络中使用了独立的光纤用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并联驱动系统的通讯方法，其特征是用于伺服驱动器多机并联的光纤通讯网络，网络包含一个主节点和N个从节点，各节点对应一台伺服驱动器，主节点和从节点的通讯网络端口及同步信号端口逐级连接，通讯传输非实时性的报文和实时性的同步信号，主节点发出总线报文逐级传输给各从节点，各从节点在总线报文中提取主节点的控制信号并插入自身的反馈报文，所述反馈报文包括电流和报警信息，报文传输直至最后一个从节点，即网络终端节点，网络终端节点将包含各从节点反馈报文信息的网络终端报文返回给主节点。

【技术特征摘要】
1.一种并联驱动系统的通讯方法，其特征是用于伺服驱动器多机并联的光纤通讯网络，网络包含一个主节点和N个从节点，各节点对应一台伺服驱动器，主节点和从节点的通讯网络端口及同步信号端口逐级连接，通讯传输非实时性的报文和实时性的同步信号，主节点发出总线报文逐级传输给各从节点，各从节点在总线报文中提取主节点的控制信号并插入自身的反馈报文，所述反馈报文包括电流和报警信息，报文传输直至最后一个从节点，即网络终端节点，网络终端节点将包含各从节点反馈报文信息的网络终端报文返回给主节点。2.根据权利要求1所述的一种并联驱动系统的通讯方法，其特征是并联驱动系统上电时，主节点和从节点的状态和数据都进行复位，复位稳定后，每个从节点进行网络终端自识别，自识别完成后主节点对通讯中的各从节点进行通讯地址分配，实现通讯网络的初始化，当网络初始化完毕，并联驱动系统进入并联工作模式时，主节点通过网络终端报文提取从节点的控制参数和反馈数据，并检查通讯错误或断线异常，当有通讯错误或异常时，主节点试图清除相应节点的错误，若无法清除，则报警显示。3.根据权利要求2所述的一种并联驱动系统的通讯方法，其特征是网络终端自识别的方法为：主节点通讯网络端口向外发送设定的编码，设定的编码在从节点中逐级传输，从节点1～从节点N的控制器根据从节点的通讯网络端口对设定的编码的接收情况，判断出自身的通讯数据流向；识别数据流向后，从节点1～从节点N往各自的上游通讯节点发送设定的编码，如果某从节点发现与链接下游节点的通讯网络端口接收不到任何信号，则判定自己是网络终端节点。4.根据权利要求2所述的一种并联驱动系统的通讯方法，其特征是各从节点进行通讯地址分配通过对一个总线报文的地址帧不断累加实现，主节点发出一个带有寻址命令的报文，报文中含有一个原始值等于“0”的地址帧，每经过一个从节点，从节点将接收的报文中的地址帧的值加1，并将加1后的值设为自身的通讯地址，直至网络终端节点，此时地址帧值为N，网络终端节点将报文返回给主节点。5.根据权利要求4所述的一种并联驱动系统的通讯方法，其特征是主节点由网络终端节点获得一个带有寻址命令的报文，报文中地址帧值等于N，即有N个从节点参与了系统并联，主节点将驱动并联系统预先设置的并联数目与获得从节点的节点数比较，确认数目是否一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海皓，姚瑱，戴安刚，徐小军，吴波，
申请(专利权)人：南京埃斯顿自动控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32