[发明专利]运动控制终端的扩展方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种运动控制技术，尤其是一种通过带有身份识别的通讯方法实现多轴运动控制的方法及系统，具体地说是一种运动控制终端的扩展方法及系统。

背景技术

传统的开放式运动控制系统大多是基于PC机的，即将运动控制板卡插入PC的PCI槽，由PC机实现上位机功能，用户通过PC机上的运动控制界面将期望的运动参数通过PCI总线发送至运动控制板卡，同时运动控制板卡将轴的实际运动参数信息通过PCI总线反馈给上位机，用户可通过运动控制界面实时监控实际运动参数。上述这种运动控制系统的实现，需要开发相应的驱动程序，才能实现数据的交互、命令的传递，一旦上位机硬件或者操作系统发生改变，驱动程序也要进行修改，并且PC机的总线扩展带宽和PC机本身插槽也有所限制，因此，在多轴的运动控制系统中应用受限，可扩展性差，同时此方法具有布线繁琐、系统升级维护困难，硬件成本昂贵等缺点。

因此，针对运动控制系统中的上述问题，必须从通讯方法和运动控制板卡上采取措施来提高系统的可扩展性，降低系统成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有的运动控制终端数量有限，布线繁琐、系统升级维护困难，硬件成本昂贵等问题，发明一种可扩展性强、成本低的运动控制终端的扩展方法及系统。

本发明的技术方案之一是：

一种运动控制终端的扩展方法，其特征是通过采用带有身份识别的通讯方法和“一主多从”的网络架构实现运动控制系统的多轴扩展，提高系统的扩展性；作为主站使用带通用网卡接口的PC机，各个从站均主要由通用以太网芯片和基于FPGA的网络运动控制芯片构成；主站通过交换机和以太网把命令和数据发往从站，从站由基于FPGA的网络运动控制芯片接收到报文数据，通过报文数据解析，确定从站的ID号，并将运动参数及命令发往各个运动控制模块，实现电机的控制；同时在FPGA内部，通过接口实现对运动过程中的信息采集，最终以规定的数据包格式发回主站，实现整个扩展后的运动控制系统的控制。

（1）作为主机的PC机是带通用以太网网卡接口的计算机。在PC机中通过软件编辑运动控制界面，并且实现运动控制规划和插补运算。PC机使用标准以太网的TCP/IP协议将包含运动参数数据的数据帧打包发送至包含1588时钟同步协议的网络交换机。

（2）作为连接主机和从机的同步交换机，使用TCP/IP的以太网数据帧经过所述包含1588时钟同步协议的网络交换机后，发往各个从站。所述包含1588时钟同步协议的网络交换机不仅可以实现数据包的快速转发还可以同步各从站的标准时钟，以实现同步运动控制。

（3）作为终端的网络从站。网络从站主要采用以FPGA为核心，配上标准以太网网络芯片，完成网络通信及运动控制功能。所述网络从站在FPGA内部包含以下模块：标准以太网网络芯片接口模块、报文数据解析模块、接口模块（精插补、脉宽调制、编码器计数与鉴向、I/O）、时钟管理模块。

所述的基于FPGA的网络运动控制芯片主要由标准以太网网络芯片接口模块2-1、报文数据解析模块2-3、接口模块2-4和时钟管理模块2-2组成，标准以太网网络芯片接口模块2-1包含对以太网网络芯片的芯片初始化模块、数据接收模块和数据发送模块；接口模块2-4接收到报文数据，并将报文数据中的有效数据段送至报文数据解析模块2-3，所述报文数据解析模块2-3分别将解析出的相应参数数据发往相应模块。

所述的身份识别是通过基于FPGA的网络运动控制芯片中的初始化模块实现的；初始化时，基于FPGA的网络运动控制芯片中的标准以太网网络芯片接口模块2-1完成对DM9000A初始化的控制，使DM9000A进入收发数据等待状态，主站以广播形式发送起始报文数据，所有从站都接收起始报文数据，随之，反馈自己的应答报文数据；初始化完成后，进行数据通讯，从站通过数据报文的解析，可以得到相应的参数及命令，然后发给FPGA中相应的功能模块，实现运动控制功能。

所述的主站所发的报文的格式为：报文头、数据发送区和数据返回区，报文头包括C/R位、数值更新Update Number位和从站身份识别ID位，C/R位用来标示此数据包的来源与方向，C/R = 0表示此数据包为主站发出的命令数据command，C/R = 1表示此数据包为从站发送的回应数据response，数值更新Update Number位用来区别相邻接收到的数据包，因此设定每个通讯周期Update Number自动加“1”，从站身份识别ID位标示了该从站在整个运动控制网络中的唯一ID值；数据发送区包括运动参数、机床参数和命令位置数据；数据返回区包括实际位置数据。