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          現(xiàn)場總線運動控制模塊的設(shè)計及其在PLC系統(tǒng)中的應(yīng)用

          作者: 時間:2010-02-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          數(shù)控廣泛于現(xiàn)代制造加工業(yè)、機(jī)器人、電子機(jī)械、辦公設(shè)備等,是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的技術(shù)之一。本文使用2個Cortex-M3內(nèi)核單片機(jī)STM32進(jìn)行G代碼解釋和電機(jī),研發(fā)了極低成本的,并通過對多塊進(jìn)行全局管理控制,形成高效可靠的機(jī)床控制網(wǎng)絡(luò)。
          1 運動控制的研制
            本中,運動控制模塊負(fù)責(zé)電機(jī)的驅(qū)動、多軸聯(lián)動、G代碼解釋等工作,是數(shù)控的“大腦”。因此運動控制器的性能直接關(guān)系到整個機(jī)床的性能。
          1.1 總體結(jié)構(gòu)
            為實現(xiàn)高性能數(shù)控計算,采用雙MCU結(jié)構(gòu),主控MCU負(fù)責(zé)G代碼讀寫與解釋、人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)通信等任務(wù);NC運動控制MCU(即運動控制芯片)作為一個專用數(shù)字芯片,負(fù)責(zé)三軸電機(jī)的速度控制、定位、多軸直線和圓弧插補(bǔ)等任務(wù),以保證運動控制模塊在完成復(fù)雜的工作時仍能提供良好的性能。運動控制模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/152081.htm


            模塊采用SD卡作為G代碼文件的存儲器。SD卡具有大容量、小體積、支持熱插拔等特點,尤其是其兼容SPI讀寫,省去了主控制器作為USB盤讀寫的硬件,降低了成本。
            運動控制模塊具有通信功能,支持RS-485和CAN總線2種總線物理層規(guī)范。以可靠性為原則,總線接口與主控制器進(jìn)行了電氣隔離,并加入保護(hù)元件提高其抗瞬態(tài)干擾能力。圖2、圖3分別是模塊RS-485和CAN總線的隔離接口原理圖。其中使用了TI公司的高速數(shù)字隔離器ISO7221進(jìn)行數(shù)字信號的電氣隔離,同時在接口端設(shè)置了瞬態(tài)抑制二極管(TVS管)進(jìn)行保護(hù),確保了硬件在各種環(huán)境下的可靠性。


          1.2 Cortex-M3與STM32簡介
            ARM Cortex-M3是一種基于ARM7架構(gòu)的最新ARM嵌入式內(nèi)核,它采用哈佛結(jié)構(gòu),使用分離的指令和數(shù)據(jù)總線(馮諾伊曼結(jié)構(gòu)下,數(shù)據(jù)和指令共用1條總線),在成本和功耗方面,Cortex-M3具有相當(dāng)好的性能。
            基于Cortex-M3核的STM32F103系列MCU,運行于最高72 MHz的總線頻率,可以獲得1.25 DMIPS/MHz的運算性能、單周期乘法指令、硬件除法器,帶有容量至少為32 KB的Flash及6 KB的SRAM、2個12位A/D、7通道DMA、6路16位定時器及PWM、SPI、I2C、USART、USB、CAN等高性能模塊,并具有最高18 MHz輸出頻率的高速GPIO。在電機(jī)和運動控制的中,可以充分發(fā)揮其先進(jìn)內(nèi)核的性能和豐富的模塊資源特性。
          1.3 工作流程
            運動控制器工作流程總體示意圖如圖4所示。


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