圖3 SERCOS總線報文結(jié)構(gòu)

　　每個報文的通訊格式為

　　MST報文的數(shù)據(jù)域只有1個字節(jié)。MDT報文的數(shù)據(jù)域和AT報文的數(shù)據(jù)域又分為同定部分和可配置部分。兩者的固定部分都包含2字節(jié)的狀態(tài)字和最多8字節(jié)的服務(wù)信息字；可配置部分最多可包含4個字節(jié)。通信周期內(nèi)數(shù)據(jù)傳送量ⅣScYc可表示為式中x、y分別為服務(wù)信息域、可配置域字節(jié)數(shù)。本系統(tǒng)中掛接4個進(jìn)給驅(qū)動器，一個主軸驅(qū)動器。其中驅(qū)動器報文數(shù)據(jù)域共有6個字節(jié)，主控數(shù)據(jù)報文數(shù)據(jù)域有14個字節(jié)。故NscYc=91 x 8=728Bit。將728替換式(4)中的變量m，得f=808 080<2MBaud。

　　同理對Profibus-DP總線進(jìn)行分析。其通訊信息循環(huán)內(nèi)數(shù)據(jù)量為

　　系統(tǒng)中Profibus總線上包含1個主站，2個I／O模塊從站，1個HMI單元，1個監(jiān)控單元從站，共有1個主站，4個從站，根據(jù)每個從站單元輸入、輸出的字節(jié)數(shù)，可計算出信息循環(huán)的總傳輸位數(shù)為1 074 Bit，代入式(4)，可得1 192 140<1.5 MBaud。

　　綜上可得，在控制四軸聯(lián)動且各功能模塊實時性要求較高的情況下SERCOS和Profibus—DP總線能很好地滿足系統(tǒng)要求，并且整個系統(tǒng)的實時性是由總線的寬度決定的，而不是由算法執(zhí)行一次所需要的時間決定的。

　　2.1.2 各模塊基本結(jié)構(gòu)與功能

　　1)控制器

　　控制器是整個總線系統(tǒng)的主設(shè)備，負(fù)責(zé)數(shù)控加工任務(wù)的規(guī)劃，指令與數(shù)據(jù)的生成、計算和輸出，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的初始化，任務(wù)的發(fā)起，狀態(tài)查詢和數(shù)據(jù)下載等工作。本文的控制器基于PC架構(gòu)，透過總線接口卡與總線連接。實際中使用的是Profibus。DP主站接口卡和SERCOS通信板卡。Profibus—DP主站接口卡是一塊智能DP協(xié)議卡，完成Profibus協(xié)議鏈路層和物理層的功能。該接口卡是從站和主站的連接橋梁，通過其內(nèi)部數(shù)字信號處理器(DSP)芯片實現(xiàn)Profibus。DP的協(xié)議，能準(zhǔn)確、及時地實現(xiàn)主從站的數(shù)據(jù)交互。SERCOS通信板卡由ISA接口電路、譯碼電路、SERCOS處理器和光纖編碼接口組成，實現(xiàn)SERCOS主卡和從卡的通信。

　　2)HMI單元

　　該單元可完成數(shù)控加工數(shù)據(jù)的輸入，同時還可處理與用戶操作和監(jiān)控有關(guān)的系統(tǒng)功能，具備顯示、鍵盤處理、用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?P>　　3)I／O智能模塊單元

　　該單元是數(shù)控系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備中各種離散量的接口。該單元具有專門的處理器，具備智能數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通訊能力，可獨立接收、執(zhí)行總線上的命令。

　　4)數(shù)字伺服驅(qū)動器單元這是數(shù)控系統(tǒng)操控電機(jī)運(yùn)動的功率單元，是運(yùn)動控制性能的關(guān)鍵部分。驅(qū)動器是系統(tǒng)的運(yùn)動控制執(zhí)行器，是與電機(jī)等執(zhí)行裝置和機(jī)械設(shè)備的接口，負(fù)責(zé)將控制器的任務(wù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成運(yùn)動控制輸出，實現(xiàn)弱信號對強(qiáng)電流的控制。

　　5)監(jiān)控診斷單元

　　它是數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測、故障處理的獨立模塊。該模塊與傳感裝置直接連接，可實時采集設(shè)備關(guān)鍵部位的工作數(shù)據(jù)，并能進(jìn)行預(yù)處理和應(yīng)急處理，能夠在必要時與控制器建立信息交互。

　　底層設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的模塊設(shè)備通過總線聯(lián)系在了一起，各模塊不論掛接在哪個總線上，都遵循各自的總線通訊協(xié)議，按規(guī)定的格式交換信息，共同協(xié)調(diào)完成控制任務(wù)。這樣的設(shè)計使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不僅在硬件仁得到了統(tǒng)一化，而且在軟件接口上也有了統(tǒng)一的開放形式。

　　2.2 控制器軟件結(jié)構(gòu)

　　控制器足底層網(wǎng)絡(luò)的核心，是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的大腦，本文中重點介紹控制器的軟件設(shè)計。文中控制器的軟件分為基礎(chǔ)軟件平臺、應(yīng)用平臺、應(yīng)用程序3個層次一，如圖4所示。