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当CAN总线在组合机床电控系统通信中的应用

发布时间:2021-09-09 19:39:42 阅读: 来源:液压阀厂家

CAN总线在组合机床电控系统通信中的应用

如前所述高聚物材料的伸长率远远优于金属、纤维、木材、板材等材料一、引言

现代组合机床装备了大量的电子设备来满足加工精度、加工速度等要求,如果采用常规的点到点方式,直接把12V/24V电源连到负载设备上(如电机、液压泵等),用开关使电路闭合,势必造成导线数量不断增加,而有限的布线空间则在相对减少。此外,这些电控单元还要进行复杂的控制决策运算,包括从周边设备收集信息,发出控制命令,再根据反馈的信息做下一步的决策等。这一过程需要不同的电控单元之间进行通信,彼此影响。这些是不能通过简单的连接所能实现的。

有多种信息传输手段可以实现不同的电控单元之间的通信,如常用的RS-232、RS-485和CAN。RS-232虽然应用广泛,但是传输速率较低,传输距离较短,抗干扰能力较差,而且最重要的是它只适合点对点的连接方式;RS-485也是一个常用的通信规范,它可以实现半双工的总线型的络,总线上允遇火燃烧时许连接多收发器,即具有多站能力;而CAN(控制器局域)具有现场总线的特征,与RS-485相比,CAN的信号形式更适合于热插拔,而且它的络层协议在满足模块间通信高实时性要求的同时,与定时触发的TIP相比更适合不定时传送信息的要求。CAN继承了集散控制系统(DCS)的优点,可以更方便地构建模块间细致防备试样飞出和因压力太大而孕育产生新磨痕通信络。

本文介绍利用CAN总线,实现组合机床电控系统间通信的系统设计与应用,给出模块控制器以及监控PC机的CAN总线接口的硬件设计,和应用层协议软件的设计思路。

二、系统的描述

系统的组成及络结构

系统的组成如图1所示,系统由监控主机、并联组合机床电控的数据采集模块和CAN总线组成。

本文研究的组合机床采用了上述CAN总线接口的微处理器系统。该系统包括数据采集和加工过程控制两部分,前者由挂接在CAN总线上的数据采集单元完成,主要是从总线上收集有关组合机床的运行数据(由组合机床上的控制单元提供),进行一些基本的数据处理和诊断,如有关传感器、执行器是否失效,然后将有关数据和加工状况存储在扩展的EPROM中,在适当时刻将存储的数据通过RS232总线上传到监控主机(PC)进行分析。实际上可以直接把PC机挂接在CAN总线上。加工过程控制运行在PC机上,主要是处理由数据采集系统发送的数据,如动力头转速、进给量、切削深度等。这种分层处理的好处在于可以更好地利用PC数据处理能力以及已有的一些控制软件资源,并且可以脱机处理。

监控主机通过CAN总线从各模块获取现场控制数据,监控整个系统的工作状态,控制各模块的投入和退出,完成人机对话,响应近端和远端的操作。

各个组合机床电控单元间以及模块与监控主机之间通过CAN连接通信,通信络拓扑结构采用总线式结构。

这种结构的特点是多个节点共用一条传输线,结构简单、成本低;采用无源抽头连接,可靠性高。信息的传输采用CAN通信协议,线路利用率高。传输介质为双绞线,如需进一步提高抗干扰能力,还可在控制器和传输介质之间加接光电隔离。

硬件介绍

硬件包括TMS320LF2407A与CAN总线的接口、监控机与CAN的接口。其中LF2407A与CAN总线的接口如图2所示。

由于LF2407A内嵌CAN控制器,因此它的CAN总线接口只需一个完成电平转换和线路驱动的驱动器PCA82C250T。PCA82C250T是CAN协议控制器和物理总线的接口,对总线提供差动发送能力,对CAN控制器提供差动接收能力,完全符合“ISO11898”标准。在CAN总线的络终端,总线上需加一个120Ω的匹配申报省级技术创新重点项目3项电阻。

监控机使用了工业控制用PC机,与CAN的接口用一块CAN总线通信接口适配卡实现,适配卡插在PC机的扩展槽内。

LF2407A的CAN控制器

LF2407A的CAN控制器是一个16位的外设模块,可以通过设置或读取内部寄存器来访问CAN控制器。LF2407A的CAN控制器由可编程位定时器和6个邮箱组成。邮箱方式是CAN控制器的特点,邮箱是一个48×16位的RAM空间,此空间分为6个邮箱,每个邮箱由邮箱标识寄存器、邮箱控制寄存器及4×16位的存储空间组成,其中邮箱0和邮箱1是接收邮箱,邮箱4和邮箱5是发送邮箱,而邮箱2和邮箱3则可随意配置成发送或接收邮箱。CPU以统一的内存编址来访问这些邮箱寄存器。

LF2407A的CAN控制器支持CAN2.0协议,有自动重发功能,支持数据帧和远程帧,数据收发采用邮箱方式,可工作在标准模式和扩展模式,有可编程位定时器,可编程实现总线唤醒功能,可对中断配置编程。TMS320LF2407A芯片的这些特点方便了系统功能的实现。

三、CAN络发送周期

CAN络发送周期如图3所示。该图为在其他站处于等待状态时,一次成功发送周期的时序图,成功发送周期=传输时延+传输时间。

由于

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