基于CAN總線的多伺服電機(jī)同步控制

　　綜合考慮，本文的時(shí)鐘同步方案采用的是硬件時(shí)鐘同步，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)系統(tǒng)中指定的主時(shí)鐘來(lái)調(diào)整它們的時(shí)鐘，具體實(shí)現(xiàn)方法是：添加硬件時(shí)鐘同步信號(hào)線CONCLK用來(lái)傳輸時(shí)間同步信號(hào)，同步控制信號(hào)周期為2 ms，以同步信號(hào)的上升沿作為同步點(diǎn)。在控制器中設(shè)置同步信號(hào)發(fā)生器，并在各個(gè)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)置同步接受單元。驅(qū)動(dòng)器從站的同步接受單元檢測(cè)到主戰(zhàn)的CONCLK上升沿后，各從站時(shí)鐘同時(shí)清零。這樣定期清零不僅保持了各從站時(shí)鐘的一致性，同時(shí)也避免了同步誤差的累計(jì)。為了提高模塊同步信號(hào)的抗干擾能力，采用平衡差分驅(qū)動(dòng)方式傳輸同步信號(hào)。使用光耦隔離，可以使主站和從站的信號(hào)互不干擾。主、從站同步信號(hào)電路如圖3.

　　圖3主站、從站同步信號(hào)電路圖

　　5上位機(jī)同步運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生

　　同步運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生任務(wù)放在到北京首科凱奇電氣技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的軟PLC-ComacPLC系統(tǒng)中。該公司的軟PLC系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)采用的是工業(yè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)，操作系統(tǒng)采用的是微軟推出的WinCE嵌入式操作系統(tǒng)。在此軟PLC系統(tǒng)中，建立了快邏輯任務(wù)和慢邏輯任務(wù)，快邏輯用于對(duì)時(shí)間要求高的場(chǎng)合，如緊急情況處理，高精度采樣等情況，慢邏輯任務(wù)主要用于一般對(duì)時(shí)間要求不高的場(chǎng)合。快邏輯任務(wù)是一個(gè)需要定時(shí)執(zhí)行的任務(wù)(類(lèi)似于中斷服務(wù)程序)，該任務(wù)必須在一個(gè)系統(tǒng)采樣周期內(nèi)執(zhí)行完成，慢邏輯任務(wù)是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，它可以在幾個(gè)系統(tǒng)采樣周期內(nèi)完成。快邏輯任務(wù)通過(guò)定時(shí)控制器8254來(lái)完成定時(shí)，定時(shí)周期為1毫秒。在執(zhí)行過(guò)程中每一次采樣周期都執(zhí)行一次快邏輯任務(wù)，產(chǎn)生成同步運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。為了保持各個(gè)從動(dòng)軸相對(duì)于主軸的同步關(guān)系，建立運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)源來(lái)虛擬主軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在每個(gè)系統(tǒng)采樣周期中，根據(jù)虛擬主軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及各個(gè)從動(dòng)軸的同步運(yùn)動(dòng)要求，分別計(jì)算各個(gè)從動(dòng)軸的位置信息，產(chǎn)生各個(gè)從動(dòng)軸的同步運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，放入CAN控制器的發(fā)送隊(duì)列等待發(fā)送，如圖4.把運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生和運(yùn)算任務(wù)放在快邏輯任務(wù)中，保證產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

　　圖4同步運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生

　　6同步接口技術(shù)協(xié)議

　　本系統(tǒng)總線波特率設(shè)為1 Mbps，位傳輸時(shí)間τbit為1×10-6秒。每個(gè)數(shù)據(jù)幀由8個(gè)字節(jié)組成，發(fā)送報(bào)文數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度固定為131位(29位標(biāo)識(shí)符)，反饋報(bào)文長(zhǎng)度為99位。數(shù)據(jù)幀傳送時(shí)間Cm=131μs.把同步控制信號(hào)線CONCLK，作為同步周期信號(hào)線和報(bào)文的基準(zhǔn)信號(hào)線。同步控制信號(hào)周期為2 ms，高電平有效，信號(hào)電平寬度為10.正常通訊時(shí)，一個(gè)控制周期內(nèi)CAN網(wǎng)絡(luò)可以傳送16個(gè)同步數(shù)據(jù)報(bào)文?？刂破髟贑ONCLK上跳沿之后50μs內(nèi)發(fā)出指令報(bào)文，驅(qū)動(dòng)器在接受到指令報(bào)文后100微秒內(nèi)發(fā)出反饋報(bào)文。指令報(bào)文內(nèi)容包括位置指令值、邏輯接口信號(hào)輸入，其中位置指令占用4個(gè)字節(jié)(32位)，邏輯接口信號(hào)輸入占用一個(gè)字節(jié)。邏輯接口信號(hào)輸入包括驅(qū)動(dòng)器使能、復(fù)位等指令。在反饋報(bào)文中，包括伺服運(yùn)行狀態(tài)信息和故障信息，通信時(shí)序如圖5.

　　圖5通訊時(shí)序圖

　　7結(jié)束語(yǔ)

　　本文針對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械長(zhǎng)軸印刷機(jī)同步控制系統(tǒng)，提出了以控制器為核心的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，以CAN現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)在控制器和伺服之間的通信。此方案不僅克服了傳統(tǒng)機(jī)械長(zhǎng)軸控制方案的各種機(jī)械元件帶來(lái)的缺點(diǎn)，而且還具有同步性能好、各伺服單元不互相干擾、控制精度高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

　　這種方法實(shí)現(xiàn)同步的特點(diǎn)在于利用了CAN總線可靠性高、傳輸時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)，和數(shù)字伺服的位置精度高、全閉環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。