[发明专利]一种基于PC-NC的数控系统及其抗干扰弱实时通讯方法

说明书

本发明公开了提供了一种基于PC‑NC的数控系统及其抗干扰弱实时通讯方法，基于PC‑NC的数控系统克服了传统基于PC的数控系统和嵌入式CNC数控系统的缺点，集中和融合了二种传统数控系统的优势，形成了一种新的数控系统技术方案。其中基于PC‑NC的数控系统中联接PC和CNC通信使用的抗干扰弱实时通讯方法是基于UDP协议，包括以下步骤：发送端和接收端共用同一个UDP端口，发送端向接收端发送数据包，接收端根据接收的数据反馈应答控制包，发送端根据应答控制包调整发送速率。抗干扰弱实时通讯方法在UDP协议的基础上增加拥塞控制和可靠性控制算法，来保证网络数据传输的可靠性和实时性，为基于PC‑NC的数控系统提供了可靠的传输协议。

技术领域

本发明涉及一种基于PC-NC的数控系统及其抗干扰弱实时通讯方法。

背景技术

目前公知有两种技术模式的数控系统，一种是基于工控PC的数控系统，另一种是嵌入式数控系统：

(1)基于工控PC的数控系统采用工控PC主板插接运动控制卡，运动控制卡接伺服驱动器控制电机工作。该工控PC采用带实时内核补丁的WINDOWS操作系统，为数控提供实时的响应环境。该种数控系统的主要优点是基于PC平台的数控相关工艺应用辅助软件很多，数控系统使用方法普及，操作方便易学。但是由于使用的是Winows操作系统打实时补丁，基于工控PC机的数控系统易受病毒侵袭和非强实时的操作系统不确定性延时困扰，稳定可靠性不足。

(2)嵌入式数控系统使用专用的嵌入式数控系统主机硬件和嵌入式实时操作系统，具有系统功能专一，操作控制实时性强，性能稳定可靠。但是操作使用必须用专用的嵌入式硬件，普及性不高，而且需要经过长期专业培训的技术人员才能正常操作使用，系统配套的辅助软件非常少。

现作出的改进方式是将工控PC和嵌入式数控系统主机有机结合在一起，即PC-NC数控系统，同时具备两种优点，消除彼此缺点。传统的工业设备采用以太网通过通讯协议进行连接，工控环境相对干扰较严重，传统的通讯方法并不适用于PC-NC数控系统，实时性和抗干扰能力不足以使系统稳定可靠地工作。

TCP传输控制协议是面向连接的协议，在建立连接和断开连接时，需要进行多次握手，保证数据传输的可靠稳定。但是在网络干扰严重的情况下，TCP会频繁地断开连接和建立连接，造成数据通信阻塞。

UDP用户数据报协议是一个非连接协议，传输数据前的源端和终端不建立连接，不需要维护连接状态。由于UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，但是不能保证数据可靠传输，会出现丢包的现象。

因此，有必要对现有的通讯方法进行改进。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提供了一种基于PC-NC的数控系统及其抗干扰弱实时通讯方法，解决了传统通讯方法的实时性和抗干扰能力不足的问题，为PC-NC的数控系统提供了可靠的连接协议。

本发明的第一发明目的，提供了一种抗干扰弱实时通讯方法，该方法基于UDP协议，包括以下步骤：

发送端和接收端共用同一个UDP端口，发送端向接收端发送数据包，接收端根据接收的数据反馈应答控制包，发送端根据应答控制包调整发送速率：

(1)当发送端接收到接收端应答控制包的正反馈信号时，获取带宽平均速率B和当前带宽速率C，根据x＝x+α(x)更新发送速率x,函数α(x)包括：

带宽平均速率B小于等于当前带宽速率C时，

带宽平均速率B大于当前带宽速率C时，α(x)＝10^{ceil(lg((V-x)×P×8))}×N÷P，

其中，P为最大数据包的字节数，V为网络带宽，N为常数，ceil()函数为返回大于或等于表达式的最小整数；