基于CAN總線的多軸伺服控制系統(tǒng)的研究

李忠華

（哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化股份有限公司 黑龍江 哈爾濱 150078）

1 引言

從現(xiàn)代化工業(yè)的具體發(fā)展來看，要實(shí)現(xiàn)更高的工業(yè)智能化和自動(dòng)化，就必須提高控制系統(tǒng)的時(shí)效性，所以在工業(yè)控制系統(tǒng)中采用總線通訊方式是必然的發(fā)展趨勢(shì)，CAN總線作為一種成熟的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化總線，在許多領(lǐng)域中都有應(yīng)用，選用CAN總線作為多軸伺服控制系統(tǒng)的通訊方式，能夠有效的保證整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)通訊，再搭配具有較高控制精度的多軸伺服控制系統(tǒng)組合應(yīng)用，兩者可有效發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，其組合應(yīng)用能夠滿足工業(yè)設(shè)備中多數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)控制的需求，所以系統(tǒng)性的分析此種控制系統(tǒng)，并對(duì)其應(yīng)用探討，是十分必要的。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

基于CAN總線的多軸伺服控制系統(tǒng)在具體的工業(yè)自動(dòng)化控制當(dāng)中發(fā)揮著重要的作用，了解其具體的構(gòu)成對(duì)于強(qiáng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用來講具有重要的意義。圖1是其具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和分析。

圖1 CAN總線的多軸伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 CAN總線及其通訊適配卡

CAN是Controller Area Network的縮寫，是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。其具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：第一是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)；第二是系統(tǒng)開發(fā)周期短；第三是已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，在各個(gè)領(lǐng)域均有應(yīng)用，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

在多軸控制系統(tǒng)當(dāng)中使用CAN總線通訊，CAN總線通訊適配卡是必要的要素，一般在系統(tǒng)構(gòu)建的時(shí)候就需要對(duì)其做具體的選擇。一般來講，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制性能的優(yōu)化，在CAN總線通訊適配卡選擇時(shí)候需要選用高性能高性價(jià)格比的適配卡，使其能夠更加快速的實(shí)現(xiàn)主機(jī)在CAN總線上的數(shù)據(jù)連接，并減少對(duì)主機(jī)的通訊負(fù)擔(dān)，并能夠處理的用戶復(fù)雜的通訊任務(wù)。除此以外，CAN總線通訊適配卡還需配有光電隔離，對(duì)主機(jī)形成有效的保護(hù)，提高在復(fù)雜環(huán)境中的可靠性。

2.2 伺服控制器

伺服控制器是多軸控制系統(tǒng)當(dāng)中的重要組成成員。伺服系統(tǒng)是具有反饋的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它是由控制器、功率驅(qū)動(dòng)裝置、反饋裝置和電動(dòng)機(jī)組成的。對(duì)伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行位置、速度、轉(zhuǎn)矩的單項(xiàng)控制及組合控制。圖2是伺服控制器的具體結(jié)構(gòu)。

圖2 驅(qū)動(dòng)器控制結(jié)構(gòu)圖

2.3 主控制器

基于CAN總線的多軸伺服控制系統(tǒng)中的主控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，在具體的主控制器選擇的時(shí)候，一方面其要具備對(duì)多個(gè)伺服的運(yùn)動(dòng)控制器的功能，能夠完成對(duì)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)、點(diǎn)位的具體控制，速度控制模式等，另一方面要保證控制器內(nèi)部裝置有可編程的邏輯控制器，利用可編程的邏輯控制器實(shí)現(xiàn)與外部邏輯信號(hào)的控制。簡(jiǎn)言之，主控制器的功能發(fā)揮影響整個(gè)控制系統(tǒng)的效果，因此要實(shí)現(xiàn)主控制器具體功能、作用的分析完善。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)CAN總線多軸伺服控制系統(tǒng)在具體利用中的效果發(fā)揮，做好相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)十分的必要，而以下便是對(duì)具體設(shè)計(jì)的分析和討論。

3.1 CAN總線適配卡參數(shù)接口配置

在進(jìn)行CAN總線通訊前，需要對(duì)CAN總線通訊接口做初始配置工作。控制器一般存在著兩種接口，即信號(hào)接口和參數(shù)接口。先進(jìn)行參數(shù)接口配置，再進(jìn)行信號(hào)接口配置。需要注意的一點(diǎn)是CAN通訊站接口所設(shè)置的波特率參數(shù)必須要和適配卡中設(shè)置的波特率參數(shù)具有一致性。

3.2 CAN總線適配卡和控制器的信號(hào)接口通訊

CAN總線的命令是通過預(yù)設(shè)的索引和子索引來讀寫控制器當(dāng)中的參數(shù)指令完成的。在具體的實(shí)踐中，主控器將需要傳輸?shù)拿钸M(jìn)行下傳，這樣，下傳的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會(huì)被寫入到CAN總線適配卡當(dāng)中，CAN總線適配卡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偩€上，總線利用其包含數(shù)據(jù)信息以及目的地址等信息對(duì)CAN總線適配卡上的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，如果數(shù)據(jù)檢驗(yàn)完整無損壞，則指令開始執(zhí)行。簡(jiǎn)單來講，CAN總線適配卡和控制器作為整個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)中的核心部分，如果信號(hào)接口的通訊無法順利完成，那么系統(tǒng)的整體性工作便無法實(shí)現(xiàn)，這對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)的利用來講影響顯著，所以在具體設(shè)計(jì)的時(shí)候，做好索引和子索引的科學(xué)預(yù)設(shè)，保證其在系統(tǒng)中的適配效果十分的必要。

3.3 任務(wù)分配

系統(tǒng)中的邏輯控制部分由主控器中的具有可編程功能的PLC或等同PLC功能的部件進(jìn)行控制，而系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制部分由主控制器中的具有運(yùn)動(dòng)控制功能的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)控制器或具有運(yùn)動(dòng)控制功能的部件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)與邏輯控制的任務(wù)協(xié)調(diào)分工。具體來講，在基于CAN總線的多軸伺服控制系統(tǒng)當(dāng)中，各個(gè)部件的功能和所承擔(dān)的任務(wù)是完全不同的，所以在軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候需要對(duì)各個(gè)部件的具體任務(wù)做明確的分析，這樣，軟件設(shè)計(jì)可以綜合考慮各部件的功能和任務(wù)從而對(duì)其做協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)軟件的配合工作。

4 結(jié)語

對(duì)CAN總線多軸伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，旨在更加明確的認(rèn)識(shí)CAN總線多軸伺服控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，從而為其推廣應(yīng)用做好提供參考依據(jù)。因此，分析研究CAN總線多軸伺服控制系統(tǒng)的具體構(gòu)成以及其在實(shí)踐利用中的軟件設(shè)計(jì)，這可以為CAN總線多軸伺服控制系統(tǒng)的專業(yè)化構(gòu)建提供實(shí)踐性指導(dǎo)和幫助。