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現場總線運動控制模塊的設計及其在PLC系統(tǒng)中的應用

作者: 時間:2010-02-26 來源:網絡 收藏
數控廣泛于現代制造加工業(yè)、機器人、電子機械、辦公設備等,是21世紀最有發(fā)展前景的技術之一。本文使用2個Cortex-M3內核單片機STM32進行G代碼解釋和電機,研發(fā)了極低成本的,并通過對多塊進行全局管理控制,形成高效可靠的機床控制網絡。
1 運動控制的研制
  本中,運動控制模塊負責電機的驅動、多軸聯動、G代碼解釋等工作,是數控的“大腦”。因此運動控制器的性能直接關系到整個機床的性能。
1.1 總體結構
  為實現高性能數控計算,采用雙MCU結構,主控MCU負責G代碼讀寫與解釋、人機界面、網絡通信等任務;NC運動控制MCU(即運動控制芯片)作為一個專用數字芯片,負責三軸電機的速度控制、定位、多軸直線和圓弧插補等任務,以保證運動控制模塊在完成復雜的工作時仍能提供良好的性能。運動控制模塊結構如圖1所示。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/152081.htm


  模塊采用SD卡作為G代碼文件的存儲器。SD卡具有大容量、小體積、支持熱插拔等特點,尤其是其兼容SPI讀寫,省去了主控制器作為USB盤讀寫的硬件,降低了成本。
  運動控制模塊具有通信功能,支持RS-485和CAN總線2種總線物理層規(guī)范。以可靠性為原則,總線接口與主控制器進行了電氣隔離,并加入保護元件提高其抗瞬態(tài)干擾能力。圖2、圖3分別是模塊RS-485和CAN總線的隔離接口原理圖。其中使用了TI公司的高速數字隔離器ISO7221進行數字信號的電氣隔離,同時在接口端設置了瞬態(tài)抑制二極管(TVS管)進行保護,確保了硬件在各種環(huán)境下的可靠性。


1.2 Cortex-M3與STM32簡介
  ARM Cortex-M3是一種基于ARM7架構的最新ARM嵌入式內核,它采用哈佛結構,使用分離的指令和數據總線(馮諾伊曼結構下,數據和指令共用1條總線),在成本和功耗方面,Cortex-M3具有相當好的性能。
  基于Cortex-M3核的STM32F103系列MCU,運行于最高72 MHz的總線頻率,可以獲得1.25 DMIPS/MHz的運算性能、單周期乘法指令、硬件除法器,帶有容量至少為32 KB的Flash及6 KB的SRAM、2個12位A/D、7通道DMA、6路16位定時器及PWM、SPI、I2C、USART、USB、CAN等高性能模塊,并具有最高18 MHz輸出頻率的高速GPIO。在電機和運動控制的中,可以充分發(fā)揮其先進內核的性能和豐富的模塊資源特性。
1.3 工作流程
  運動控制器工作流程總體示意圖如圖4所示。


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