[发明专利]数控系统现场总线全双工可靠通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机数字控制的通信技术，具体地说是一种数控系统现场总线全双工可靠通信方法。

背景技术

当前高速发展的装备制造技术，要求数控系统中的控制器必须满足高速高精高效化、柔性加工、工艺复合和多轴化以及实时智能控制等要求。数控系统本身也朝着开放化、智能化、平台化以及网络化的方向发展。因此传统数控系统的控制接口(模拟式、脉冲式)方式已经不能满足高速、高精、多通道、复合化的需求。根据国际数控系统技术发展的趋势，下一代数控系统的控制接口应采用现场总线技术的控制接口。现场总线支持数据双向传输，线缆大大简化，具有传输速率高、传输距离远，抗干扰能力强等特点，同时还具有较高的实时性和高可靠性，适合数控机床不断发展的高速、高精度的加工要求。

基于此，近年来外国公司纷纷推出各自高档数控系统的运动控制现场总线协议和标准，如日本发那科公司推出串行伺服总线(FSSB)，应用于FANUC高档数控系统(16i/18i/21i/30i)，德国西门子公司推出PROFIBUS-DP总线，应用于西门子840Di数控系统，日本三菱推出CC-LINK总线，德国力施乐推出SERCOS总线。外国公司纷纷设法将其运动控制现场总线协议，变成国际标准或中国标准。如西门子的PROFIBUS-DP总线协议成为IEC61158国际规定的8种总线标准之一。同时对于各种现场总线性能的分析和评价也显示了该领域的研究方向。

国内一些数控研发机构也开展了对数控现场总线的研究。华中数控开发了两种星型及环形拓扑结构的基于实时以太网技术的现场总线的数控系统，广州数控开发出基于以太网的数控系统现场总线，大连光洋开发了实时运动控制网络传输协议GLINK数控总线，浙江中控主持制定了EPA工业以太网国际标准。

无论是市场竞争还是在力求成为国际标准的竞争中，都可以看出现场总线的应用将成为数控系统发展的必然趋势。目前对于现场总线在数控系统中的应用研究尚处于起步阶段。因此为满足数控系统对高速、高精度等技术指标要求，如：插补周期达到125us，加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度Ra小于0.01μm，需要一种行之有效的现场总线可靠通信方法，以保证其通信的实时性、可靠性、和通信效率。而目前能够满足上述要求的现场总线全双工可靠通信技术尚未见报道。

发明内容

针对现有技术中数控系统控制接口不能满足通信的实时性、可靠性、和通信效率要求等的不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种用于保证通信中数据传递的正确性，同时给应用层通信实体提供全双工的通信服务的能够满足实时性、可靠性、和通信效率要求的数控系统现场总线全双工可靠通信方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种现场总线全双工可靠通信方法包括以下步骤：

将数控系统现场总线的主站、从站的数据链路层划分为三部分：发送和接收队列、通信调度状态机以及发送和接收缓冲区；

通信调度状态机采用基于时槽通信网络管理的主从调度机制，将通信周期划分为实时通信、实时重发和非实时通信三个阶段；

建立具有数据校验和帧控制的通信帧结构；

在通信过程中，如果在实时通信阶段出现数据传输错误，则由实时重发阶段实现数据重传，并为应用层提供透明、可靠全双工的数据通信服务。

由实时重发阶段实现数据重传包括以下步骤：

判断主站是否有数据发送，如果有数据发送，则主站向从站发送带数据的命令帧后，处于等待接收从站应答的状态；

判断主站是否接收到数据，如接收到数据，则主站判断其接收的数据是否错误，如错误，则主站向从站发送重传请求帧，请求从站将上次传输的数据重新传送给主站；

从站接收到重传请求帧后不再从发送FIFO中取数据，而是直接将发送缓冲的数据进行重新上传，完成上传响应数据帧的恢复，等待进行下一次通信；

如果主站接收的数据没有错误，则结束一次无错误的通信过程，等待进行下一次通信；

如果主站没有接收到数据，则主站发送重传命令帧，将上次命令重新发送；

从站接收到重传请求帧后进行正常的数据响应，完成上传响应数据帧的恢复，等待进行下一次通信。