一種基于DSP的EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)方案

一種基于DSP的EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，充分利用EtherCAT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，配置簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸高速高效，實(shí)時(shí)性、同步性好等優(yōu)點(diǎn)，以及TMS320F28335?DSP芯片豐富的外設(shè)功能，具有EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接口功能的從站設(shè)備，構(gòu)建EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，并提供了系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計(jì)方案，可實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制3種伺服系統(tǒng)控制模式和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)為伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中高密度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題提供了解決方案，提高了多電機(jī)伺服系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信性能。該系統(tǒng)可直接運(yùn)用到實(shí)際的生產(chǎn)線設(shè)備上，以提高生產(chǎn)設(shè)備各方面的性能，充分體現(xiàn)EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線在工業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。

A EtherCAT based distributed servo motion control system based on DSP

A distributed control system of EtherCAT servo motion based on DSP, make full use of EtherCAT flexible topology, simple configuration, high speed data transmission efficiency, the advantages of real-time, good synchronization, and TMS320F28335 DSP chip peripherals function with EtherCAT network interface functions from station equipment, construction of EtherCAT distributed servo control system. And provides the design scheme of hardware and software of the system, can realize the position control, speed control, torque control mode and real-time data transmission of 3 kinds of servo system. The system provides a solution to the problem of transmitting high density real-time data in servo motion control system, and improves the real-time communication performance of the multi motor servo system. The system can be directly applied to the actual production line equipment, in order to improve the performance of all aspects of production equipment, and fully reflect the advantages of EtherCAT field bus in industrial applications.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于DSP的EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及一種基于DSP的EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模趨向大型化，生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)化、規(guī)模化，開發(fā)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)化的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)不斷成熟、成本迅速降低，為大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)提供首選方案。EtherCAT是工業(yè)以太網(wǎng)家族的新成員，是Beckhoff公司提出的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，它基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)，具有全雙工通信，系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸具有高速、高效的特點(diǎn)，總線利用率高，其數(shù)據(jù)有效率可達(dá)90%以上，并支持線型、樹型、星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)系統(tǒng)可連接多達(dá)65535個(gè)節(jié)點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提出了一種基于DSP的EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，充分利用EtherCAT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，配置簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸高速高效，實(shí)時(shí)性、同步性好等優(yōu)點(diǎn)，以及TMS320F28335DSP芯片豐富的外設(shè)功能，具有EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接口功能的從站設(shè)備，構(gòu)建EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，并提供了系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計(jì)方案，可實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制3種伺服系統(tǒng)控制模式和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：所述控制系統(tǒng)采用一主多從的結(jié)構(gòu)，主站采用具有標(biāo)準(zhǔn)100Base-TX以太網(wǎng)卡的PC機(jī)，從站為采用TMS320F28335自主研發(fā)的具有EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接口的伺服運(yùn)動(dòng)控制卡，利用DSP芯片TM5320F28335的運(yùn)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)控制。主站與從站之間、從站與從站之間采用標(biāo)準(zhǔn)100BaseTX電纜連接。所述EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由PC機(jī)主站和若干具有EtherCAT接口的DSP從站組成，使用主從模式介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)，主站發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的ISO/IEC8802-3以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀至各個(gè)從站，數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)EtherCAT從站節(jié)點(diǎn)時(shí)，EtherCAT從站識(shí)別出相關(guān)的命令并做出相應(yīng)的處理，并從數(shù)據(jù)幀內(nèi)部子報(bào)文中提取或插入相關(guān)的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)，然后將該數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)较乱粋€(gè)EtherCAT從站。最后一個(gè)EtherCAT從站發(fā)回經(jīng)過(guò)完全處理的數(shù)據(jù)幀，并由第一個(gè)EtherCAT從站作為響應(yīng)數(shù)據(jù)幀將其發(fā)送給控制單元。整個(gè)過(guò)程利用了以太網(wǎng)設(shè)備獨(dú)立處理雙向傳輸(TX和RX)的特點(diǎn)，并運(yùn)行在全雙工模式下，發(fā)出的數(shù)據(jù)幀又通過(guò)RX線返回到控制單元。EtherCAT具有精準(zhǔn)的時(shí)鐘同步系統(tǒng)及高精度設(shè)備同步，采用EtherCAT，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換就完全基于純硬件機(jī)制。所述EtherCAT從站單元主要包括EtherCAT通信模塊和TMS320F28335伺服運(yùn)動(dòng)控制模塊。EtherCAT通信模塊采用標(biāo)準(zhǔn)RJ45網(wǎng)線實(shí)現(xiàn)主站與從站之間或從站與從站之間的連接。根據(jù)該分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)EtherCAT從站控制器的需求，此設(shè)計(jì)中EtherCAT通信模塊設(shè)計(jì)2個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口：一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口連接上位機(jī)或上一從站，另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口連接下一從站。EtherCAT通信模塊通過(guò)的PDISelector選擇通過(guò)何種接口(8位或16位并行接口、SPI接口、SSI接口)和DSP微處理器相連，在該系統(tǒng)中研究選用SPI接口方式與DSP微處理器連接，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)的交互。所述EtherCAT通信模塊硬件主要包括從站協(xié)議控制器芯片ET1100,EEPROM、物理層PHY芯片KS8721、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)變壓器H1102、網(wǎng)絡(luò)接口RJ45等部分。通信接口模塊中最重要的部分是EtherCAT協(xié)議控制器ETl100，它實(shí)現(xiàn)EtherCAT的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，ET1100的兩個(gè)MII接口在硬件上實(shí)現(xiàn)EtherCAT協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層，外擴(kuò)的兩個(gè)物理層芯片KS8721實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)的物理層。物理層PHY與網(wǎng)絡(luò)變壓器組成網(wǎng)絡(luò)接口，其中網(wǎng)絡(luò)變壓器主要是實(shí)現(xiàn)隔離和阻抗匹配。從站配置數(shù)據(jù)和從站描述數(shù)據(jù)保存于EEPROM中，EEPROM通過(guò)I2C方式連接ET1100。所述DSP伺服控制模塊主要實(shí)現(xiàn)EtherCAT對(duì)現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)的具體控制與數(shù)據(jù)反饋，通過(guò)PDI接口采用SPI方式與ET1100連接;DSP讀取從站控制器ET1100內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)指令數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，實(shí)現(xiàn)伺服運(yùn)動(dòng)控制，并將反饋數(shù)據(jù)寫入到從站控制器內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)，ET1100將數(shù)據(jù)打包發(fā)送到EtherCAT總線。所述從站DSP的軟件控制主要包括兩部分內(nèi)容：一部分是系統(tǒng)的通信功能，DSP與ET1100進(jìn)行串行通信連接，完成與上位機(jī)的通信過(guò)程；另一部分是用于對(duì)伺服系統(tǒng)的控制和伺服系統(tǒng)反饋數(shù)的采集，以及外部模擬信號(hào)輸入的采集。設(shè)計(jì)的DSP控制程序采用中斷方式進(jìn)行。所述EtherCAT主站的作用就是發(fā)起通信，包括主站與從站之間、從站與從站之間的通信，而且主站的功能基本上是靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，EtherCAT主站采用具有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口的PC機(jī)，并通過(guò)Beckhoff公司提供的組態(tài)軟件TwinCAT來(lái)實(shí)現(xiàn)EtherCAT系統(tǒng)的主站功能和人機(jī)界面。TwinCAT軟件主要包括系統(tǒng)管理器、TwinCATPLC及系統(tǒng)配置文件等。其中，EtherCAT系統(tǒng)配置通過(guò)編寫XML文件進(jìn)行配置，該文件用來(lái)貯存EtherCAT系統(tǒng)配置信息，包括主站、從站的配置信息，循環(huán)命令以及輸人輸出映射。通過(guò)配置TwinCAT組態(tài)軟件將其運(yùn)行在WindowsXP環(huán)境的計(jì)算機(jī)中，實(shí)現(xiàn)主站功能。本專利技術(shù)的有益效果是：該系統(tǒng)為伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中高密度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題提供了解決方案，提高了多電機(jī)伺服系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信性能。該系統(tǒng)可直接運(yùn)用到實(shí)際的生產(chǎn)線設(shè)備上，以提高生產(chǎn)設(shè)備各方面的性能，充分體現(xiàn)EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線在工業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)的從站軟件程序流程圖。圖2是本專利技術(shù)的中斷服務(wù)程序流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1、圖2，控制系統(tǒng)采用一主多從的結(jié)構(gòu)，主站采用具有標(biāo)準(zhǔn)100Base-TX以太網(wǎng)卡的PC機(jī)，從站為采用TMS320F28335自主研發(fā)的具有EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接口的伺服運(yùn)動(dòng)控制卡，利用DSP芯片TM5320F28335的運(yùn)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)控制。主站與從站之間、從站與從站之間采用標(biāo)準(zhǔn)100BaseTX電纜連接。EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由PC機(jī)主站和若干具有EtherCAT接口的DSP從站組成，使用主從模式介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)，主站發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的ISO/IEC8802-3以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀至各個(gè)從站，數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)EtherCAT從站節(jié)點(diǎn)時(shí)，EtherCAT從站識(shí)別出相關(guān)的命令并做出相應(yīng)的處理，并從數(shù)據(jù)幀內(nèi)部子報(bào)文中提取或插入相關(guān)的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)，然后將該數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)较乱粋€(gè)EtherCAT從站。最后一個(gè)EtherCAT從站發(fā)回經(jīng)過(guò)完全處理的數(shù)據(jù)幀，并由第一個(gè)EtherCAT從站作為響應(yīng)數(shù)據(jù)幀將其發(fā)送給控制單元。整個(gè)過(guò)程利用了以太網(wǎng)設(shè)備獨(dú)立處理雙向傳輸(TX和RX)的特點(diǎn)，并運(yùn)行在全雙工模式下，發(fā)出的數(shù)據(jù)幀又通過(guò)RX線返回到控制單元。EtherCAT具有精準(zhǔn)的時(shí)鐘同步系統(tǒng)及高精度設(shè)備同步，采用EtherCAT，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換就完全基于純硬件機(jī)制。EtherCAT從站單元主要包括EtherCAT通信模塊和TMS320F28335伺服運(yùn)動(dòng)控制模塊。EtherCAT通信本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于DSP的EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是：所述控制系統(tǒng)采用一主多從的結(jié)構(gòu)，主站采用具有標(biāo)準(zhǔn)100?Base?TX以太網(wǎng)卡的PC機(jī)，從站為采用TMS320?F28335自主研發(fā)的具有EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接口的伺服運(yùn)動(dòng)控制卡，利用DSP芯片TM?5320?F28335的運(yùn)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)控制。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于DSP的EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是：所述控制系統(tǒng)采用一主多從的結(jié)構(gòu)，主站采用具有標(biāo)準(zhǔn)100Base-TX以太網(wǎng)卡的PC機(jī)，從站為采用TMS320F28335自主研發(fā)的具有EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接口的伺服運(yùn)動(dòng)控制卡，利用DSP芯片TM5320F28335的運(yùn)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是：所述EtherCAT分布式伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由PC機(jī)主站和若干具有EtherCAT接口的DSP從站組成，使用主從模式介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)，主站發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的ISO/IEC8802-3以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀至各個(gè)從站，數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)EtherCAT從站節(jié)點(diǎn)時(shí)，EtherCAT從站識(shí)別出相關(guān)的命令并做出相應(yīng)的處理，并從數(shù)據(jù)幀內(nèi)部子報(bào)文中提取或插入相關(guān)的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)，然后將該數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)较乱粋€(gè)EtherCAT從站。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的EtherCAT分布式...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姚秋麗，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：姚秋麗，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧,21