一種驅(qū)動器實時同步通信裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及工業(yè)控制技術(shù)，特別涉及一種驅(qū)動器實時同步通信裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]控制領(lǐng)域中有眾多的數(shù)據(jù)處理需要進行同步，例如，機械臂機器人的多軸同步等。此時，實時性便是控制系統(tǒng)的重要指標。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，應(yīng)用較多的現(xiàn)場通信總線CAN、ISA等總線，速率低、延時大，難以實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的實時傳輸。而且，基于以太網(wǎng)的很多協(xié)議，例如，Modbus/TCP、Etherne t/IP、Power I ink、EPA、PR0FINET RT 等，協(xié)議桟都是通過軟件實現(xiàn)，一般都無法達到小于Ims的實時同步要求。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本實用新型提供一種驅(qū)動器實時同步通信裝置，從而可以硬件的方式實現(xiàn)了以太網(wǎng)協(xié)議報文的通信，滿足實時性同步要求。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的:
[0005]—種驅(qū)動器實時同步通信裝置，該裝置包括:主控制板、EtherCAT通信模塊、功率驅(qū)動板和存儲器；
[0006]所述主控制板與所述EtherCAT通信模塊使用并行總線或串行外設(shè)接口連接；
[0007]所述EtherCAT通信模塊，用于基于EtherCAT協(xié)議進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，將所接收的數(shù)據(jù)和/或提取得到的EtherCAT數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主控制板和存儲器，以完成數(shù)據(jù)通信功能；
[0008]所述主控制板中設(shè)置有數(shù)字信號處理器和狀態(tài)機，所述數(shù)字信號處理器用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，按照預(yù)設(shè)的電機驅(qū)動策略，通過功率驅(qū)動板對外接電機進行驅(qū)動，并對預(yù)設(shè)在所述主控制板中的狀態(tài)機按照“初始化-預(yù)運行-安全運行-運行”的順序逐級進行切換操作，完成主站在所述EtherCAT通信模塊中的應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中所指定的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)；
[0009]所述存儲器，用于存儲所接收到的數(shù)據(jù)，根據(jù)讀取指令將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送給EtherCAT通信模塊，并通過所述EtherCAT通信模塊完成與主站之間的數(shù)據(jù)交換。
[0010]較佳的，所述EtherCAT通信模塊包括=EtherCAT通信控制器和兩個物理層芯片；
[0011]所述EtherCAT通信控制器，使用EtherCAT協(xié)議進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，從所接收到的EtherCAT幀中提取EtherCAT數(shù)據(jù)，并將所提取的EtherCAT數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主控制板和存儲器，或者將要發(fā)送的數(shù)據(jù)插入EtherCAT幀中，并完成EtherCAT幀的發(fā)送；
[0012]所述物理層芯片與所述EtherCAT通信控制器之間采用媒體獨立接口MII進行連接，所述物理層芯片用于數(shù)據(jù)編碼和電平轉(zhuǎn)換。
[0013]較佳的，EtherCAT通信控制器中設(shè)置有EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層、物理層協(xié)議和應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器。
[0014]較佳的，所述主控制板中的狀態(tài)機有五種狀態(tài):
[0015]初始化狀態(tài)、預(yù)運行狀態(tài)、安全運行狀態(tài)、運行狀態(tài)和引導(dǎo)狀態(tài)。
[0016]較佳的，所述主控制板，還用于初始化數(shù)字信號處理器與EtherCAT通信控制器，選擇過程數(shù)據(jù)接口類型，使能EtherCAT通信控制器的中斷服務(wù)，初始化CoE對象字典，設(shè)置郵箱與過程數(shù)據(jù)的緩存通道初始參數(shù)，設(shè)置EtherCAT協(xié)議相關(guān)變量；
[0017]較佳的，所述主控制板完成主站在所述EtherCAT通信模塊中的應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中所指定的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)包括:
[0018]主站通過發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報文，改變所述EtherCAT通信模塊中的應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中第一指定區(qū)域的值；
[0019]所述主控制板，還用于讀取所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中第一指定區(qū)域的值，并將主控制板中的狀態(tài)機切換到與所讀取的值相對應(yīng)的狀態(tài);如果切換成功，則將結(jié)果寫入所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中第二指定區(qū)域;根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)設(shè)置同步存儲或現(xiàn)場總線存儲管理單元通道參數(shù)，啟動或停止所處理的數(shù)據(jù)服務(wù)類型；如果切換失敗，則維持原狀態(tài)不變，并給出錯誤標志指示，將錯誤碼寫入到所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器的第三指定區(qū)域。
[0020]較佳的，所述第一指定區(qū)域為應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中的(0x120?0x121);
[0021]所述第二指定區(qū)域為所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中的(0x130?0x131);
[0022]所述第三指定區(qū)域為所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中的(0x134?0x135)。
[0023]較佳的，所述主控制板，還用于完成非周期性數(shù)據(jù)與過程數(shù)據(jù)通信的通道參數(shù)設(shè)置以及通信數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)郵箱數(shù)據(jù)與實時過程數(shù)據(jù)的通信服務(wù)；當(dāng)啟動過程數(shù)據(jù)通信服務(wù)后，以查詢或中斷模式處理周期性過程數(shù)據(jù)。
[0024]較佳的，所述EtherCAT通信控制器對外的與所述數(shù)字信號處理器之間的接口為串行外設(shè)接口或者微控制器接口。
[0025]較佳的，所述EtherCAT通信控制器與所述物理層芯片之間的接口為EBUS接口或者媒體獨立接口接口 ；
[0026]所述EtherCAT通信控制器與所述存儲器之間的接口為IIC接口。
[0027]較佳的，所述功率驅(qū)動板為絕緣柵雙極型晶體管功率驅(qū)動板。
[0028]較佳的，所述外接電機為永磁同步電機。
[0029]較佳的，所述EtherCAT通信控制器中采用IEEE1588分布時鐘。
[0030]如上可見，在本實用新型所提供的驅(qū)動器實時同步通信裝置中，由于使用了主控制板和基于EtherCAT協(xié)議的EtherCAT通信模塊，因此通過硬件的方式實現(xiàn)了以太網(wǎng)協(xié)議報文的通信，所有設(shè)備串行連接，構(gòu)成環(huán)路后原路返回，充分利用了以太網(wǎng)的全雙工特性，可滿足實時性同步要求。另外，在本實用新型的技術(shù)方案中，主控制板中采用DSP方式實現(xiàn)驅(qū)動器，可滿足大數(shù)據(jù)量處理的要求。
【附圖說明】
[0031]圖1為本實用新型實施例中的驅(qū)動器實時同步通信裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2為本實用新型實施例中的EtherCAT通信協(xié)議的報文結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖3為本實用新型實施例中的主從站通信示意圖。
[0034]圖4是本實用新型的一個具體實施例中的驅(qū)動器實時同步通信裝置的原理框圖?！揪唧w實施方式】
[0035]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本實用新型進一步詳細說明。
[0036]目前，以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)用十分廣泛，而且具有高可靠性、低成本、高帶寬等特點，因此，工控領(lǐng)域也開始利用以太網(wǎng)來傳輸數(shù)據(jù)。其中，EtherCAT(Ethernet ControlAutomat1n Technology)就是一種利用以太網(wǎng)報文進行工業(yè)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信協(xié)議。
[0037]在常見的以太網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)中的所有連接點都可能收發(fā)數(shù)據(jù)包，報文的順序和解包延時不穩(wěn)定，且重復(fù)性的收包、解包過程浪費大量的時間，是影響網(wǎng)絡(luò)實時性的根本原因。
[0038]EtherCAT通信協(xié)議基于以太網(wǎng)幀，規(guī)范了報文的發(fā)送次序，采用主從通信。一個主站連接多個從站設(shè)備，所有從站設(shè)備信息整合在一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包中，當(dāng)主站發(fā)起的報文經(jīng)過每個從站設(shè)備時，每個從站控制芯片會檢查是否有自已的過程數(shù)據(jù)，如果有自已的過程數(shù)據(jù)，則將自已的過程數(shù)據(jù)讀取到本地內(nèi)存，或?qū)?shù)據(jù)插入到報文相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)中，完成過程數(shù)據(jù)的交換，該過程只有幾納秒的時間延遲。不僅降低了數(shù)據(jù)包傳送的時延，且延時可控，充分利用了以太網(wǎng)的全雙工特性。
[0039]在上述通信過程中，報文經(jīng)過最后一個從站處理后，再依次返回到第一個從站，最終由第一個從站將響應(yīng)報文直接發(fā)給主站。因此，在本實用新型的技術(shù)方案中，為了加快協(xié)議解析報文的速度，EtherCAT協(xié)議可以采用硬件完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的解析，從而不僅可以大大減少網(wǎng)絡(luò)報文的處理延時，而且具有近百兆帶寬。
[0040]因此，本實用新型的技術(shù)方案中提供了一種驅(qū)動器實時同步通信裝置。
[0041]圖1為本實用新型實施例中的驅(qū)動器實時同步通信裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型實施例中的主從站通信示意圖。如圖1和圖3所示，本實用新型實施例中的驅(qū)動器實時同步通信裝置主要包括:主控制板11、EtherCAT通信模塊12、功率驅(qū)動板13和存儲器14;
[0042]所述主控制板11與所述EtherCAT通信模塊12使用并行總線或串行外設(shè)接口(SPI，Serial Peripheral Interface)連接；
[0043]所述EtherCAT通信模塊12，用于基于EtherCAT協(xié)議進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，將所接收的數(shù)據(jù)和/或提取得到的EtherCAT數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主控制板11和存儲器14，以完成數(shù)據(jù)通信功能；
[0044]所述主控制板11中設(shè)置有數(shù)字信號處理器和狀態(tài)機，所述數(shù)字信號處理器用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，按照預(yù)設(shè)的電機驅(qū)動策略，通過功率驅(qū)動板13對外接電機進行驅(qū)動，并對預(yù)設(shè)在所述主控制板11中的狀態(tài)機按照“初始化-預(yù)運行-安全運行-運行”的順序逐級進行切換操作，完成主站在所述EtherCAT通信模塊12中的應(yīng)用層(AL)狀態(tài)控制寄存器中所指定的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)；
[0045]所述存儲器14，用于存儲所接收到的數(shù)據(jù)，根據(jù)讀取指令將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送給EtherCAT通信模塊12，并通過所述EtherCAT通信模塊12完成與主站之間的數(shù)據(jù)交換。
[0046]在本實用新型的技術(shù)方案中，可以將上述所提供的驅(qū)動器實時同步通信裝置作為一個EtherCAT從站，并通過圖3所示的通信方式與主站進行通信。
[0047]較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述功率驅(qū)動板可以是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)功率驅(qū)動板。
[0048]較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述主控制板中設(shè)置有數(shù)字信號處理器(DSP,Digital Signal Processer)，簡稱DSP處理器。所述DSP處理器中具有哈佛結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和地址總線分開，因此處理數(shù)據(jù)的速度快。
[0049]較佳的，在本實用新型的具體實施例中，可以在DSP處理器中預(yù)設(shè)相應(yīng)的驅(qū)動器變換算法，從而可以方便地按照預(yù)設(shè)的電機驅(qū)動策略對電機進行驅(qū)動。
[0050]較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述外接電機可以是永磁同步電機。
[0051 ]較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述EtherCAT通信模塊包括= EtherCAT通信控制器(ESC)和兩個物理層芯片；
[0052]所述EtherCAT通信控制器(ESC)，使用EtherCAT協(xié)議進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，從所接收到的EtherCAT幀中提取EtherCAT數(shù)據(jù)，并將所提取的EtherCAT數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主控制板和存儲器，或者將要發(fā)送的數(shù)據(jù)插入EtherCAT幀中