[发明专利]数控系统实时同步网络控制器及通信控制方法

权利要求书

1.一种数控系统实时同步网络控制器，包括以太网交换机芯片、中央处理器和网络连接接口，以太网交换机芯片与中央处理器通过介质无关接口相连，以太网交换机芯片通过网络连接接口连接接入设备，所述接入设备包含主站和所有从站，主站为数控系统内部控制器，从站为作为执行装置的数控系统伺服驱动器、输入输出接口和位置、速度测量反馈装置，其中：

(1)以太网交换机芯片包括n个物理层协议模块、n+1个介质访问控制层协议模块、交换引擎模块、以及介质无关接口，n为4～64；

各物理层协议模块一端通过网络连接接口连接接入设备，另一端连接介质访问控制层协议模块，完成各接入设备网络连接接口物理层协议功能；

各介质访问控制层协议模块与交换引擎模块双向连接，完成网络协议中数据链路层的介质访问控制层协议功能；

交换引擎模块在接入端口检测到一个报文时，检查该报文的报文头，获取报文的目的地址，启动内部的动态查找表找到相应的输出接口，在输入与输出之间建立连接，把数据报文直通到相应的输出接口实现交换功能；如果目的地址为广播地址，则将接入端口和其它所有的输出接口相连；

介质无关接口将中央处理器CPU与以太网交换机芯片相连；

(2)中央处理器CPU包括定时器、存储器、实时时钟模块和介质无关接口；

定时器包括周期定时器和发送定时器，周期定时器周期性产生时间中断信号，发送定时器按设定的时间值产生中断信号；

存储器存储实时确定性通信调度控制程序、精确时钟同步程序和报文；

实时时钟模块提供CPU的精确时钟；

介质无关接口将中央处理器CPU与交换机芯片相连；

(3)所述实时同步网络控制器实现具有以太网接口的接入设备时钟同步及实时、同步信息传输时，首先系统初始化，为各接入设备设定报文发送次序及所占用时间；通过在网络上反复多次发送测试报文测量得到同步网络控制器到各接入设备的网络延时d_i；

然后进行通信，不断重复下述过程：

(A)实时同步网络控制器向系统中的所有接入设备发送同步报文，该同步报文发到线路上时，实时同步网络控制器取本地精确时刻Tm；各接入设备接收到该同步报文时，记录各接入设备本地精确时刻Ts_i；

(B)实时同步网络控制器发送跟随报文，将本地精确时钟Tm发送给所有接入设备，其中包含主站发给各从站的数据；各接入设备接收到Tm后，计算时钟偏差O_i＝Ts_i-Tm-d_i；并根据时钟偏差O_i值调整各接入设备本地时钟；各从站收到跟随报文后从中取出自己所要数据；

(C)各从站按预先设定的次序依次向实时同步网络控制器发送从站到主站的上行报文；

(D)实时同步网络控制器将各从站的上行报文组包后生成组合上行报文发给主站；

(E)主站向实时同步网络控制器发送一般下行报文，转过程(A)。

2.如权利要求1所述的数控系统实时同步网络控制器，其特征在于，所述下行报文及上行报文的帧格式为：报文头、报文类、时间、数据区、报文尾；

(1)报文头包括源地址、目标地址和协议类型；

(2)报文类用于区别下行报文及上行报文，下行报文又分为同步报文、跟随报文和一般下行报文；

(3)时间存放实时同步网络控制器发给各接入设备的对时时间；

(4)数据区包含对应各从站的有效数据，包括从站逻辑地址、控制字/状态字、非周期数据及周期数据；

从站逻辑地址即从站的编号，用来标识不同的从站，从1到255；

控制字用于传输主站给从站的控制命令，状态字用于向主站反馈从站的运行状态；

非周期数据存放非周期类数据，包括从站的报警和用户定义的非周期数据；

周期数据存放主从站之间传输的周期数据信息，在下行报文中存放位置、速度和扭矩控制指令，在上行报文中存放各从站实际位置、速度和扭矩状态数据；

(5)报文尾是4字节的循环冗余校验码，用于数据校验。