基于SERCOS技术实现高速高精度运动控制
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技术综合
摘要:在介绍SERCOS技术优势的基础上，阐述了利用SoftSERCANS 通信卡开发出数控系统的底层应用软件，实现了实时数据交换，并分析了利用SERCOS技术实现高速、高精度运动控制的硬件和软件结构。
图1 具有SERCOS接口的驱动器所组成的数控系统
1 SERCOS总线
2 用SoftSERCANS 进行数据通信
- 实时交换的数据
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SoftSERCANS交换的数据由两部分组成:一个是周期性数据即实时数据，在每次通信循环中都要进行交换，如位置命令值、速度命令值、驱动器的实际值或I/O站状态：另一个是非周期性数据，用于设置SER-COS参数以实现对伺服驱动器或I/O站的各种控制。
注:MST(Master Synchronization Telegram)主同步协议，到达MST时进行数据传输
AT(Drive Telegram)伺服协议，伺服运动的实际值
MDT(Master Data Telegram)主数据协议，伺服运动的命令值
S-0-0006 AT传输启动时间
Y-0-0008 SoftSERCANS 结束访问AT的时间
Y-0-0006 开始访问NC的时间
Y-0-0013 访问NC的时间
Y-0-0012 SoftSERCANS 开始访问MDT的时间
Y-0-0004 SERCOS的周期循环时间，一般为2ms图2 实时数据交换的时序
- 实时交换数据的同步
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要实现高精度、高速度的运动控制，控制系统与伺服驱动之间数据交换的实时性和同步性至关重要。实时交换数据的同步是指每一次传输循环的同一时刻完成同样的工作。虽然各个驱动器或I/O 站接受和发送数据的时刻不同，但它们的有效时刻是一致的，即在控制系统发出中断、送出MST信号后，MDT中的命令值在所有驱动器中同时生效，AT中的测量数据在同一时刻作为实际值传送到SoftSERCANS中。为了保证数据的同步性，开发者必须根据交换的数据量大小规定图2所示的时序图。
- MDT和AT的配置
- MDT(参数A-0-0002)和AT(A-0-0003)配置表是SoftSERCANS对伺服驱动和I/O站进行控制的关键。用户若实现对伺服驱动和I/O站的控制，必须设置MDT和AT配置表。在MDT中用户需要设置对伺服驱动的控制方式，如位置控制、速度控制、转矩控制等，以及I/O站的访问地址，AT中需设置用户监控伺服驱动和I/O站状态所需的参数。此项功能通过用户软件来实现被控对象的实时数据交换。下面列举了在应用程序中配置一个伺服驱动的MDT和AT的数据结构及与之对应的配置表。在MDT和AT中，可分别列出8个控制和状态监控参数，我们在实际应用中各使用了3个控制和状态监控参数。
- 数据结构:typedef struct
- { USHORT usAccessRing：
- USHORT UsNbr-data-bytes：
- USHORT UsControl：
- USHORT UsData[cyc-BUF-SIZE]：
- }T-CYC-DATA：
-
MDT 配置表:
图3 系统硬件结构
图4 系统软件结构
3 实时性控制
4 系统结构
- 硬件结构
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由于本系统的控制功能均由软件来实现，充分体现了开放性，故其硬件结构简单，如图3所示。
- 软件结构
- 系统控制软件在VenturCom RTX 5.0支持下，采用Microsoft Visual C++ 6.0编写，运行于Microsoft Windows NT 4.0环境。软件结构如图4所示。
5 结语
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