一种数控系统主站对IO端子从站的控制系统技术方案

一种数控系统主站对IO端子从站的控制系统，包括数控系统主站和IO端子从站。数控系统主站包括硬件平台和位于硬件平台上的软体部分。软体部分包括建立在Linux操作系统上的数控软件模块和与其连接的EtherCAT通信协议栈模块。以网络传输的方式，通过EtherCAT总线通信协议，由软电路驱动层模块上的输出输入引脚与一一映射连接的IO端子从站的IO端子上的输入输出引脚将控制指令传送到IO端子从站，实现对IO端子从站的控制。具有实时性好，通讯速度更快，同步性能更好，软件结构开放，较强的网络通讯能力和数据处理能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种控制系统，特别是涉及一种数控系统主站对IO端子从站的控制系统。
技术介绍
对带有IO端子的IO端子从站进行控制的数控领域中，传统现场总线及PLC已经获得广泛的应用，但是仍然存在着一些弊端。(I)传统现场总线及其弊端现场总线系统是由几层子系统构成的分层控制结构(通常分为几层循环)，包括 实际控制任务运算循环，现场总线循环，I/o系统的本地扩展总线或仅仅是外围设备中本地固件程序循环。这种循环式的控制结构使得在正常情况下，整个系统响应时间是控制周期时间的3-5倍。较长的系统响应时间使传统现场总线系统日趋成为控制系统性能发展的“瓶颈”，在需要高速实时数据传输的工业控制场合中，传统现场总线技术已经远远不能满足人们的要求。(2)传统PLC及其弊端通过IO端子对IO端子从站进行控制的数控系统领域中，已有技术中，普遍采用独立的PLC作为系统控制器。这种独立的PLC实质上就是一台以微处理器为核心构成的专用控制计算机，其自身存在着以下制约因素a.兼容性差由于PLC生产厂家众多，各种机型互不兼容，没有统一的标准，难以构造统一的硬件结构；b.对使用者的要求高不同厂家PLC的软件系统封闭，工作人员必须经过较长时间的专业培训才能掌握特定厂家PLC产品的编程方法。
技术实现思路
本专利技术的目的一方面，是针对传统现场总线在传输数据时需要较长的系统响应时间，即实时性较差的问题，另一方面，是针对传统PLC兼容性差、软件相对封闭的问题，提供一种具有实时性好，通讯速度更快，同步性能更好，又具有开放的网络体系结构，较强的网络通讯能力和数据处理能力的控制系统。为达到上述的目的，本专利技术所采取的技术方案是一种数控系统主站对IO端子从站的控制系统，包括数控系统主站和IO端子从站；所述数控系统主站包括硬件平台和位于硬件平台上的软体部分；所述硬件平台上置有网卡，所述软体部分包括建立在Linux操作系统上的数控软件模块和与其连接的EtherCAT通信协议栈模块；进一步，所述数控软件模块包括图形界面模块，与图形界面模块连接的任务规划器和代码解释器模块，与任务规划器和代码解释器模块连接的运动控制模块和软PLC模块，与运动控制模块和软PLC模块连接的包含输出输入引脚的软电路驱动层模块；所述EtherCAT通信协议栈模块包括用户应用接口模块，与用户应用接口模块连接的支撑库模块，与支撑库模块连接的主站模块，与主站模块连接的网卡驱动模块，该网卡驱动模块用于激活硬件平台上的网卡；所述IO端子从站的端口上置有包含输入输出引脚的IO端子，该IO端子上的输入输出引脚与上述数控系统主站中数控软件内的软电路驱动层模块上的输出输入引脚一一映射连接；所述数控系统主站软体部分的数控软件中的图形界面输入显示的信息传送到任务规划器和代码解释器模块中，其中任务规划器根据信息中选择的工作模式对数控系统工作模式进行切换，规划数控系统功能，代码解释器则对加工程序G代码进行解释，并将生成的标准指令传送给运动控制模块及软PLC模块，运动控制模块采集信息中各轴位置的信号，计算运动轨迹的给定位置并进行插补，将插补结果输出给软电路驱动层模块；软PLC模块接收标准指令并从软电路驱动层模块中的输入引脚上检测IO端子从站的输入状态，进行逻辑运算，之后将所得的结果刷新到软电路驱动层模块中的输出引脚上；软电路驱动层 模块调用EtherCAT通信协议栈中的用户应用接口模块，通过用户应用接口模块加载支撑库模块再来调用主站模块中的函数，并通过网卡驱动模块激活硬件平台上的网卡，以网络传输的方式，通过EtherCAT总线通信协议，由软电路驱动层模块上的输出输入引脚与一一映射连接的IO端子从站的IO端子上的输入输出引脚将上述的控制指令传送到IO端子从站，实现对IO端子从站的控制。本专利技术的控制系统具有显著的进步。本专利技术如上述的结构，因为本专利技术的软体部分包括EtherCAT通信协议栈模块，数控系统主站是以网络传输的方式，通过EtherCAT总线通信协议，将控制指令传送到IO端子从站。所以本专利技术是以EtherCAT实时工业以太网现场总线取代上述的传统现场总线，在数控系统主站的软体部分中集成的EtherCAT通信协议栈，是将EtherCAT实时工业以太网技术应用于工业自动化领域。所以本专利技术能够获得响应时间小于Ims的硬实时。本专利技术中的EtherCAT通信协议栈可以实现基本的EtherCAT数据通信，包括EtherCAT通信初始化、周期性数据传输和非周期性数据传输的功能。在传输报文过程中，从站只需插入或者抽取报文数据，无需循环，只有几纳秒的时间延迟，有效数据率可以达到> 100Mb/S。因此，本专利技术具有EtherCAT实时工业以太网现场总线技术所具有的实时性好、通讯速度更快、同步性能更好的特点。本专利技术如上述的结构，因为本专利技术的数控软件模块中包括软PLC模块，对于IO端子从站的控制指令是通过软电路驱动层模块上的引脚与其映射连接的IO端子从站的IO端子上的引脚发送的。所以本专利技术无需传统的专用PLC硬件控制器即可实现控制IO端子从站的目的。软PLC不同于传统PLC，它没有自己独立的硬件结构(如PLC专用处理器、存储器等)，所以本专利技术具有软件结构开放的特点。本专利技术如上述的结构，因为本专利技术所包括的数控软件模块和与其连接的EtherCAT通信协议栈模块是建立在Linux操作系统上的。也就是在Linux操作系统平台上，集成了带有顺序控制的软PLC和运动控制功能的数控软件以及EtherCAT通信协议栈。所以本专利技术不仅具有开放的网络体系结构，而且，是具有较强的网络通讯能力和数据处理能力的控制系统。附图说明图I是本专利技术控制系统一实施例的结构示意图；图2是图I中数控软件中软电路驱动层模块上的引脚与IO端子从站的IO端子上的引脚映射连接的一实施例的示意图；图3是本专利技术控制系统的流程图。具体实施例方式下面结合附图进一步说明本专利技术控制系统的结构特征。如图I所示，本专利技术的控制系统包括数控系统主站I和IO端子从站2。所述数控系统主站I包括硬件平台11和位于硬件平台11上的软体部分12。所 述硬件平台11上置有网卡；所述软体部分12包括建立在Linux操作系统上的数控软件模块121和与其连接的EtherCAT通信协议栈模块122。在本实施例中，数控系统主站I是嵌入式Linux数控系统主站。硬件平台11是x86硬件平台。IO端子从站采用德国BECKH0FF公司生产的IO端子产品，主站与从站两者之间以通用以太网网卡作为EtherCAT通信设备，通过EtherCAT总线通信协议实现通信。如图I所示，所述数控软件模块121内包括图形界面模块，与图形界面模块连接的任务规划器和代码解释器模块，与任务规划器和代码解释器模块连接的运动控制模块和软PLC模块，与运动控制模块和软PLC模块连接的包含输出输入引脚的软电路驱动层模块。所述图形界面模块是数控软件121中与用户交互的重要模块，通过它输入和显示信息，可以在这里实现对数控系统的控制及监视；所述任务规划器和代码解释器模块中的任务规划器负责实现数控功能规划，例如处理数控工作模式的切换等，代码解释器负责G代码和M代码程序的解释，生成标准指令；所述运动控制模块负责各轴位置信号的采样、计算运动轨迹的给定位置并进行插补本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控系统主站对IO端子从站的控制系统，包括数控系统主站和IO端子从站，其特征在于：所述数控系统主站包括硬件平台和位于硬件平台上的软体部分；所述硬件平台上置有网卡，所述软体部分包括建立在Linux操作系统上的数控软件模块和与其连接的EtherCAT通信协议栈模块；进一步，所述数控软件模块包括图形界面模块，与图形界面模块连接的任务规划器和代码解释器模块，与任务规划器和代码解释器模块连接的运动控制模块和软PLC模块，与运动控制模块和软PLC模块连接的包含输出输入引脚的软电路驱动层模块；所述EtherCAT通信协议栈模块包括用户应用接口模块，与用户应用接口模块连接的支撑库模块，与支撑库模块连接的主站模块，与主站模块连接的网卡驱动模块，该网卡驱动模块用于激活硬件平台上的网卡；所述IO端子从站的端口上置有包含输入输出引脚的IO端子，该IO端子上的输入输出引脚与上述数控系统主站中数控软件内的软电路驱动层模块上的输出输入引脚一一映射连接；所述数控系统主站软体部分的数控软件中的图形界面输入显示的信息传送到任务规划器和代码解释器模块中，其中任务规划器根据信息中选择的工作模式对数控系统工作模式进行切换，规划数控系统功能，代码解释器则对加工程序G代码进行解释，并将生成的标准指令传送给运动控制模块及软PLC模块，运动控制模块采集信息中各轴位置的信号，计算运动轨迹的给定位置并进行插补，将插补结果输出给软电路驱动层模块；软PLC模块接收标准指令并从软电路驱动层模块中的输入引脚上检测IO端子从站的输入状态，进行逻辑运算，之后将所得的结果刷新到软电路驱动层模块中的输出引脚上；软电路驱动层模块调用EtherCAT通信协议栈中的用户应用接口模块，通过用户应用接口模块加载支撑库模块再来调用主站模块中的函数，并通过网卡驱动模块激活硬件平台上的网卡，以网络传输的方式，通过EtherCAT总线通信协议，由软电路驱动层模块上的输出输入引脚与一一映射连接的IO端子从站的IO端子上的输入输出引脚将上述的控制指令传送到IO端子从站，实现对IO端子从站的控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹威，叶华，李春良，
申请(专利权)人：上海三一精机有限公司，
类型：发明
国别省市：