[发明专利]基于工业以太网总线的绝对式光栅控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于工业以太网总线的绝对式光栅控制系统，由数控系统通过工业以太网总线与各从站设备环形拓扑连接，其特征在于，从站包括顺序连接的IO单元、数字主轴驱动器、进给轴驱动器和光栅适配器从站PDU，所述光栅适配器从站PDU连接直线光栅和角度光栅。

2.根据权利要求1所述的基于工业以太网总线的绝对式光栅控制系统，其特征在于，所述光栅适配器从站PDU包括FPGA主芯片，串行存储器EPCS和SDRAM存储器，以太网物理芯片与双网络接口、电源转换以及光栅设备串行接口。

3.根据权利要求1所述的基于工业以太网总线的绝对式光栅系统，其特征在于，所述FPGA主芯片采用片上系统SOC技术，可灵活配置软硬件系统框架，硬件框架构造包括软核主CPU、与软核主CPU连接的内部RAM、定时器、工业以太网协议接口及光栅通信协议模块，通过内部Avalon总线互连通信；由软核主CPU控制程序，通过光栅通信协议模块及光栅接口与光栅设备实时通信，并通过工业以太网协议接口与主站CNC系统实时交互通信，将光栅设备数据信息实时反馈给主系统。

4.根据权利要求1所述的基于工业以太网总线的绝对式光栅系统，其特征在于，所述数字主轴驱动器连接主轴电机，所述进给轴驱动器连接进给轴电机，所述IO单元连接输入输出信号，通过工业以太网接口与主系统实时交互数据，有效控制电机的运动和IO信号的正常运行。

5.一种基于工业以太网总线的绝对式光栅控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

S11、基于工业以太网的CNC系统主站和伺服驱动器、数字主轴驱动器、IO单元以及光栅适配器从站的环形拓扑连接；

S12、光栅适配器从站连接绝对光栅设备，光栅适配器从站采用Altera FPGA提供的Quartus-ii及SOPC Builder开发环境，建立系统硬件工程；

S13、光栅适配器从站上电后，软件初始化系统外围设备，读取各光栅设备的ID，光栅类型及光栅精度等信息，通过GSK-Link工业以太网总线，交互各光栅设备的通信和类型参数，并开启光栅周期数据通信中断和工业以太网总线中断，然后系统进入正常周期通信处理流程；

S14、系统周期性的读取各光栅设备的位置数据，并根据步骤S13中已得到的光栅类型和光栅精度信息，折算为实际光栅绝对位置，通过工业以太网总线实时反馈给CNC主系统；

S15、系统周期读取各光栅设备位置数据与速度数据的同时，也实时得到光栅的运行状态，当光栅设备异常报警时，也通过工业以太网总线实时反馈给CNC主系统，以保证系统的安全运行。

6.根据权利要求5所述基于工业以太网总线的绝对式光栅控制方法，其特征在于，步骤S14中，折算光栅实际绝对位置的具体方法如下：

S141、系统指令位置的指令精度单位和反馈位置数据的检测精度单位保持一致，综合实际使用需求，按照0.1um的精度单位进行；

S142、在步骤S13初始化中系统自动得到光栅的类型和光栅精度信息，光栅类型主要包括直线光栅和角度光栅，对于直线光栅，单位为nm，角度光栅为每转脉冲个数，因此直线光栅的计算因子为：光栅精度数据/100（0.1um）,而角度光栅计算因子为：360*10000/光栅精度数据（0.1udeg）；

S143、光栅绝对位置=光栅反馈位置数据*光栅计算因子。