本发明专利技术提供一种基于SERCOS的模块化可重构运动控制器体系结构，该体系结构包括PLC、运动控制器以及SERCOS通信单元；所述运动控制器与所述SERCOS通信单元分别与所述PLC电连接；该体系结构还包括SERCOS主站、一个以上的SERCOS从站，所述SERCOS主站和所述一个以上的SERCOS从站之间通过光纤或铜双绞线闭环通信连接，每一个SERCOS从站上均连接有驱动伺服电机的伺服驱动器，运动控制器与伺服驱动器之间采用SERCOS报文通讯传递指令与反馈信息。本发明专利技术所阐述的基于SERCOS总线协议的运动控制器体系结构，具有完全的可重构特性和高度的柔性，特别适合于在不同位置的伺服同步控制，如分布式数控，组合式数控，高性能印刷设备等场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种全软件开放式数控中的运动控制器体系结构，具体涉及一种基于SERCOS的模块化可重构运动控制器体系结构。
技术介绍
开放式数控是目前数控技术的一个重大进展，它打破了过去世界上数控系统主要由几个大跨国公司垄断的局面，对我国这样数控技术原本比较落后的国家，是一个重大的机遇。它的最主要特点就是用廉价的通用PC机软硬件取代过去昂贵的数控装置(简称NC)，把很多原来要用硬件实现的功能由软件代替，从而打破了长期制约我国数控技术发展的硬件瓶颈，并具有了许多传统数控不具有的优点。开放式数控的实现，是建立在近年来PC机中CPU性能和速度飞跃式发展和丰富的配套软件基础上的。开放式数控系统具有国际标准化组织(ISO)所提出的:“可互操作性、可移植性、可扩展性、可互换性”的特点，这实际上也是通用PC具有的特点。数控装置简称NC，目前开放式数控系统主要类型有三种:①PC嵌入NC;②NC(实际上就是硬件运动控制器)嵌入PC;③全软件型数控(SOFT NC)。其中全软件型数控是目前开放式数控领域的最新进展，其特点是全部数控装置(NC)的主要功能都由软件在PC机中实现。目前，数控装置(包括传统数控和各类开放式数控)与伺服执行机构之间符合国际标准的接口有两种类型:①通用的指令和反馈信号输入/输出接口，简称指令/反馈I/o接口，其指令信号又可分为± 1V模拟信号、脉冲/方向(Pulse/Dir)信号、正/反向脉冲(CW/CCW)信号三种，反馈信号多采用正交编码器脉冲。②基于SERCOS总线协议，其指令和反馈信号都是SERCOS报文形式。此外还有一些总线接口用于伺服控制，如MACRO、Fire Wire、CAN、MODBUS,Profibus等，但有的支持厂家有限，有的速度慢只能完成简单点位控制和开关动作，其中只有SERCOS成为唯一用于运动控制的开放式接口国际标准(IEC61491)。目前常用的插补方法有数字脉冲增量法和数据采样法两大类，每一大类又可以分成若干类型。前者每一步伺服进给都由数控系统完成，占用CPU时间较多，多用于早期的步进电机执行机构。后者把插补方法分成粗插补和精插补两部分，粗插补由数控系统完成，精插补则由伺服系统的软硬件完成。现代的数控系统无一例外都采用了后者。近年来还发展了一种NURBS插补，但要在CAD/CAM软件支持下使用，无法单独用于数控系统。一个已有技术，见《数控机床》(上海科学技术出版社2000.07出版，吴祖育，秦鹏飞主编)以及《现代数控原理及控制系统》(国防工业出版社2002.02出版，王爱玲，张吉堂，吴雁编著)等著作。在这类已有数控技术中，包括传统数控和开放式数控，均采用第一种通用指令/反馈I/O接口(见附图1，2)。由于受到硬件接口、信号类型(±10V、Pulse/Dir、CW/CCW)、以及伺服驱动器与运动控制器之间信号连接线的限制，已有技术中，不管是传统数控还是开放式数控，也不管采用脉冲增量法还是数据采样法插补，均无法实现任意伺服轴之间可定义，可增减、可组合联动的高度可重构性。另一个已有技术，见①《基于SERCOS的开放式数控系统研发》(西南大学硕士研宄生论文，2006.05发表，作者袁晓峰)②《开放式数控系统中的软CNC的研宄开发》(北京工业大学工学硕士论文，2003.05发表，作者孙丽梅)③《开放式数控系统及SERCOS接口技术》(机械工业出版社2003.09出版，陈卫福，杨建武编著)④《基于SERCOS接口的开放式数控系统的研宄》一书(北京工业大学工学硕士学位论文，2002.05发表，作者李霞)⑤《数字伺服通讯协议SERCOS驱动程序设计及应用》(北京航空航天大学出版社2005.09出版，作者郇极，尹旭峰)等参考文献。在这些基于SERCOS总线的全软件开放式数控(已有技术)中，都采用现代数字伺服系统，插补方法都采用数据采样法，即由PC机中的NC软件完成复杂轮廓曲线的“粗插补”，生成一系列各个伺服轴每个插补周期内的位置增量的数字量如:Λ Χ0,Δ Υ0,Δ Ζ0、Λ Χ1、Λ Υ1、Λ Ζ1、…，再从PC机主站以SERCOS报文数据的形式发送到各伺服从站，由伺服从站系统的软件或由专用硬件插补器实现“精插补”(见附图3) ο这样作最大的好处是:各轴位置增量都是采用数字量表达和发送，数据可直接处理，处理速度块，使得即使第一代SERCOS总线不太快的传输率(16M bit/s)，都可以达到相当于100M bit/s传输速率下工作的以太网(Ethernet)的数据处理速度。但是，这种基于数据采样插补法的运动控制器的可重构性，受到从站伺服系统精插补模块的软硬件制约。每个从站伺服系统的精插补模块中，可控制的伺服轴数量和它们间的联动关系是固定的。因此，已有技术具有一定的可重构性，能够以单轴伺服或多轴联动“精插补”模块为对象，实现调换和增减，但受到精插补模块中插补轴数固定的限制，无法实现任意轴组合联动，可重构性受到一定限制。另一种已有技术，见图4、5和《基于FPGA的硬件可重构数控系统研制》(〈〈仪器仪表学报》2002年zl期，作者秦兴，王文，李为建，周川东)，以及《一种动态可重构IP系统设计研宄》(《小型微型计算机系统》2007年07期，作者蔡洪波，蔡启先，黄晓璐，蔡启仲)等参考文献。其可重构性是通过硬件软件化的方法，用硬件描述语言VHDL实现，再下载到FPGA/CPLD等可编程逻辑器件中实现，各轴间的联动插补可通过VHDL编程来自由定义和组合实现，例如图3中，5个轴输出接口中，可任意指定其中三个组成3轴联动插补，另2个轴接口组成2轴联动插补。但其可扩充性受到FPGA硬件模块规模大小、硬件指令接口电路(如高速光耦，差分I/O芯片等)以及信号线数量的限制。综上所述，以上已有技术的可重构性和柔性均受到不同的限制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能实现任意伺服轴之间可定义和重定义、可增减、可组合联动的，具有高度柔性的基于SERCOS的模块化可重构运动控制器体系结构。为实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案:一种基于SERCOS的模块化可重构运动控制器体系结构，该体系结构包括PLC、运动控制器以及SERCOS通信单元；所述运动控制器与所述SERCOS通信单元分别与所述PLC电连接；该体系结构还包括SERCOS主站、一个以上的SERCOS从站，所述SERCOS主站和所述一个以上的SERCOS从站之间通过光纤或铜双绞线闭环通信连接，每一个SERCOS从站上均连接有驱动伺服电机的伺服驱动器，运动控制器与伺服驱动器之间采用SERCOS报文通讯传递指令与反馈信息。所述的运动控制器为含软件插补器的运动控制器，该运动控制器内设有2轴?5轴的联动插补软件模块，所述PLC调用2轴?5轴的联动插补软件模块以组合数控生产线上各伺服轴执行机构，构成单轴运动或2轴?5轴联动。所述的联动插补软件模块包括基于笛卡儿坐标系或极坐标系的2轴?3轴直线插补模块、2维?3维圆弧插补模块、2维?3维列表点曲线和曲面插补模块以及3维以上的数学表达和列表点数据表达的曲线、曲面插补模块。所述的各插补模块嵌入到数控系统中并在上位机中运行，各插补模块之间可重复任意次数拷贝、采用不同的名称和不同本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于SERCOS的模块化可重构运动控制器体系结构，其特征在于：该体系结构包括PLC、运动控制器以及SERCOS通信单元；所述运动控制器与所述SERCOS通信单元分别与所述PLC电连接；该体系结构还包括SERCOS主站、一个以上的SERCOS从站，所述SERCOS主站和所述一个以上的SERCOS从站之间通过光纤或铜双绞线闭环通信连接，每一个SERCOS从站上均连接有驱动伺服电机的伺服驱动器，运动控制器与伺服驱动器之间采用SERCOS报文通讯传递指令与反馈信息。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：翁伟，薛乔溦，薛昭武，李振兴，
申请(专利权)人：福建骏鹏通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35
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