本发明专利技术公开了一种数控机床通信异构进给系统及其调试方法，属于数控机床伺服控制领域，其技术要点在于进给系统硬件分为四部分：工控机、通信协议转换模块、伺服驱动器、伺服电机。工控机中安装上位机控制软件，支持EtherCAT现场总线协议，伺服驱动器和伺服电机支持ProfiBUS现场总线协议，通过下位机控制软件进行调试，通信协议转换模块能够实现上、下位机通信协议的转换。调试方法分为三部分：上位机控制软件配置通信协议转换模块、下位机控制软件配置伺服驱动器和设置进给系统位置环、速度环参数。利用本申请的系统以及调试方法，能够实现数控机床中通信异构进给系统的高性能运动控制。能运动控制。能运动控制。
【技术实现步骤摘要】
一种数控机床通信异构进给系统及其调试方法
[0001]本专利技术涉及数控机床伺服控制领域，更具体地说，尤其涉及一种数控机床通信异构进给系统及其调试方法。
技术介绍
[0002]EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一种开放架构的工业现场总线，由德国倍福公司开发，因其通讯抖动量低，硬件的成本低而广泛应用在自动化领域中。ProfiBUS协议是由德国西门子公司开发，应用于实时性要求高，控制精度要求高的伺服驱动控制场景中。
[0003]目前很多开放式数控系统基于EtherCAT通信协议开发，因此想要对支持ProfiBUS协议伺服实现实时控制，必须打通两种协议的转换和调试过程，从而实现具有通信异构的机床进给系统的高性能运动控制。
[0004]现有技术中，对于EtherCAT-ProfiBUS协议的转换已有过相关研究，但是，其主要集中在两种通信协议如何解决转换的问题上。
[0005]然而，本申请要解决的问题在于，应用在工业领域中，如何解决工控机(上位机)-电机(下位机)采用不同通信协议如何连接的问题。
[0006]特别的，已有的“EtherCAT-ProfiBUS协议的转换技术”并不能直接移植到“工控机-电机”的连接上，而是要经过若干复杂的调试才行；而对于如何调试，专利技术人经过检索(包括：EPO数据库、CNKI数据库、HIMMPAT数据库、万方数据库、百度)，则没有文献进行披露过。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种数控机床通信异构进给系统及其调试方法。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009]一种数控机床通信异构进给系统，包括：工控机、通信协议转换模块、伺服驱动器、伺服电机；
[0010]其中，所述工控机的输出端通过网线(不限于网线连接，也可以采用无线连接)与所述通信协议转换模块的输入端连接，所述通信协议转换模块的输出端通过网线(不限于网线连接，也可以采用无线连接)与伺服驱动器的输入端连接，所述伺服驱动器的输出端通过动力电缆与伺服电机的输入端连接；
[0011]其中，工控机中安装上位机控制软件后，能够识别机床当前位置且能够插补计算生成系统的指令位置，工控机将位置指令信号以EtherCAT协议传递给通信协议转换模块；
[0012]进一步，通信协议转换模块将EhtherCAT通信协议发送来的位置指令转换成ProfiBUS现场总线协议，同时以ProfiBUS协议中105标准报文的形式发送至伺服驱动器。
[0013]进一步，伺服驱动器以105标准报文的形式接收通信协议转换模块发送来的位置指令后，进行如图2所示的DSC(高性能运动控制)算法生成指令电流输出给伺服电机，进而
驱动伺服电机运动。
[0014]一种数控机床通信异构进给系统的调试方法，所述的数控机床通信异构进给系统为前述的数控机床通信异构进给系统，调试方法包括以下步骤：
[0015]S1：上位机控制软件配置通信协议转换模块；
[0016]S2：下位机控制软件配置伺服驱动器；
[0017]S3：设置进给系统位置环、速度环参数。
[0018]进一步，S1中，上位机控制软件配置通信协议转换模块部分的调试步骤如下：
[0019]S1-1，在上位机控制软件安装目录中添加Profibus协议的描述文件。作用为使上位机控制软件和通信协议转化模块能够识别Profibus设备上传的信息，并能将生成的指令转换为Profibus协议下发给设备。
[0020]S1-2，在上位机控制软件中安装Profibus设备站点描述文件(GSD文件)。作用为将Profibus设备唯一编号提供给上位机控制软件，实现点对点通信。
[0021]S1-3，在上位机控制软件中扫描通信协议转换模块，成功后将Profibus设备添加至通信协议转化模块下，并分配设备的分散外部号(DP号)。
[0022]S1-4，添加驱动通信通道。假设机床伺服轴数为N，则需要添加的通道个数为N+1。
[0023]S1-5，设置驱动通道的通信报文和周期。依次将N+1个通信通道的报文,设置为一个390标准报文和N个105标准报文。通讯周期设置为2ms。
[0024]S1-6，添加与驱动相对应的虚拟轴，并将虚拟轴与驱动通道相关联。作用为将上位机控制软件对虚拟轴的操作转换为对驱动通道的操作；
[0025]S1-7，设置虚拟轴的编码器比例因子。计算公式为：
[0026](半闭环控制)
[0027](全闭环控制)
[0028]其中：K1为半闭环控制时的编码器比例因子，K2为全闭环控制时的编码器比例因子，k
l
为丝杠螺距，n为电机编码器位数，num为光栅单位步进的脉冲数。
[0029]S1-8，激活项目，使上述所有配置生效。
[0030]进一步，S2中，下位机控制软件配置伺服驱动器部分的调试步骤如下：
[0031]S2-1，在下位机控制软件中扫描Profibus设备。其中包括1个控制器和N个伺服轴；
[0032]S2-2，修改Profibus设备的通信报文和通信周期。将控制器通信报文设置为390标准报文，将N个伺服轴通信报文选择为105标准报文。将通信周期修改为2ms。
[0033]S2-3，DSC高性能运动控制参数设置。针对如图2所示的的控制流程，若控制方式为半闭环控制，则将位置反馈通道设置为电机编码器，若控制方式为全闭环控制，则将位置反馈通道设置为光栅。设置位置反馈比例因子，计算公式为：
[0034][0035]其中：K
p
为位置反馈比例因子，n为编码器位数，K
l
为电机所带丝杠导程，num为光栅单位步进的脉冲数；
[0036]进一步，S3中，设置系统位置环、速度环参数部分的调试步骤如下：
[0037]S3-1，调整系统速度环增益K
v
。在上位机控制软件中给系统输入指令，在下位机控制软件中不断增大DSC(高性能运动控制)算法中的K
v
值，直至电机到达极限出现蜂鸣声，记录此时的比例系数K
r
，则最终系统的速度环增益K
v
设置为：
[0038]K
v
＝0.45
×
K
r
[0039]S3-2，调整系统位置环增益KPC。在上位机控制软件中给系统输入指令，观察系统输出延时时间，若大于10ms，则在上位机控制软件中增大KPC值，直到延时时间缩小至10ms以内。
[0040]本专利技术的有益效果是：
[0041]第一，本专利技术要解决的技术问题是，支持EtherCAT协议的控制软件完成对支持ProfiBUS协议硬件的控制，既能增加控制的开放性，又能充分利用硬件的精度。
[0042]第二，在上位机控制软件中添加Profibus协议的描述文件是必须的，若不进行此本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种数控机床通信异构进给系统，其特征在于，包括：工控机、通信协议转换模块、伺服驱动器、伺服电机；其中，所述工控机的输出端与所述通信协议转换模块的输入端连接，所述通信协议转换模块的输出端与伺服驱动器的输入端连接，所述伺服驱动器的输出端通过动力电缆与伺服电机的输入端连接；其中，工控机中安装上位机控制软件后，能够识别机床当前位置且能够插补计算生成系统的指令位置，工控机将位置指令信号以EtherCAT协议传递给通信协议转换模块。2.根据权利要求1所述的一种数控机床通信异构进给系统，其特征在于，通信协议转换模块将EhtherCAT通信协议发送来的位置指令转换成ProfiBUS现场总线协议，同时以ProfiBUS协议中105标准报文的形式发送至伺服驱动器。3.根据权利要求1所述的一种数控机床通信异构进给系统，其特征在于，伺服驱动器以105标准报文的形式接收通信协议转换模块发送来的位置指令后，进行DSC算法生成指令电流输出给伺服电机，进而驱动伺服电机运动。4.一种数控机床通信异构进给系统的调试方法，其特征在于，所述的数控机床通信异构进给系统为如权利要求1或2或3所述的数控机床通信异构进给系统，调试方法包括以下步骤：S1：上位机控制软件配置通信协议转换模块；S2：下位机控制软件配置伺服驱动器；S3：设置进给系统位置环、速度环参数。5.根据权利要求4所述的一种数控机床通信异构进给系统的调试方法，其特征在于：S1中，上位机控制软件配置通信协议转换模块部分的调试步骤如下：S1-1，在上位机控制软件安装目录中添加Profibus协议的描述文件；作用为使上位机控制软件和通信协议转化模块能够识别Profibus设备上传的信息，并能将生成的指令转换为Profibus协议下发给设备；S1-2，在上位机控制软件中安装Profibus设备站点描述文件，作用为将Profibus设备唯一编号提供给上位机控制软件，实现点对点通信；S1-3，在上位机控制软件中扫描通信协议转换模块，成功后将Profibus设备添加至通信协议转化模块下，并分配设备的分散外部号；S1-4，添加驱动通信通道：假设机床伺服轴数为N，则需要添加的通道个数为N+1；S1-5，设置驱动通道的通信报文和周期：依次将N+1个通信通道的报文,设置为一个390标准报文和N...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，殷振朔，孙鹏鹏，王柳权，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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