[发明专利]一种运动控制接口及接口控制器

说明书

技术领域

本发明属先进控制领域，具体涉及一种开放式数控系统中运动控制级的联动接口及其接口控制器。

技术背景

数控系统以控制机械系统之间的确定性运动关系以及辅助装置的逻辑控制为目标。前者就是所谓数字控制；后者归于PLC(programmable logic controller)，即可编程序逻辑控制。

在文献中，伺服驱动装置通常称之为运动控制系统，数控系统与伺服驱动装置之间的界面则称为运动控制接口。

在早期，数控系统与伺服驱动装置之间采用数字脉冲方式连接，数控系统向伺服驱动装置发送“脉冲与方向”类型或“正反双脉冲”类型的关于坐标值的脉冲信号。这种连接方式的突出优点是系统调试与运行维护简单、不易产生干扰。然而，这种连接方式只适用于数控系统向伺服驱动装置单向分配发送关于坐标值的步进式数字信息，这是其主要缺点。

上世纪九十年代以来，许多厂商力求在运动控制接口使用现场总线(Field bus)，并将现场总线接口技术视为开放式数控系统的标志之一。

例如，发明专利(CN 100524122C)基于现场总线，提出了总线式数控系统中的一种现场总线控制器。

现场总线的概念产生于1984年。根据国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，IEC)IEC61158的定义，现场总线是“安装在生产过程区域的现场设备、仪表与控制室内的自动控制装置、系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”。或者说，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量设备与控制设备作为网络节点，用串行数字总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络式控制系统。

1984年，美国仪表协会(ISA)下属的标准与实施工作组中的ISA/SP50开始制定现场总线标准；1985年，国际电工委员会决定由Proway Working Group负责现场总线体系结构与标准的研究制定工作；1986年，德国开始制定过程现场总线(Process Fieldbus)标准，简称为PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制定及其产品开发的序幕。

现场总线诞生的初衷是计对过程控制中的PLC控制，将PLC中由大量开关所控制的检测仪表以一种较简洁的方式连接起来是其主要功能。

在化工、轻工、医药等过程工业的生产过程中，通过温度、压力、流量、液位、成分等过程量对锅炉、蒸馏塔、反应炉等现场设备进行控制。所谓过程控制就是以温度、压力、流量、液位、成分等过程量作为被控变量的自动控制。这些过程量的载体就是检测仪表。PLC并非针对机械系统之间的确定性运动关系即运动控制问题，而是针对过程控制中涉及压力、流量、液位、成分等众多过程量的组合逻辑控制问题。

早期的检测仪表都是模拟式的，其功能仅局限于监测。模拟式检测仪表所监测的信息可以自动记录但必须由人工汇总。由此可见，与运动控制中的实时性相比，可以认为，过程控制中的过程量的组合逻辑控制不存在实时性问题。现场总线之英文为Field bus。Bus一词从语意上揭示了现场总线的起源。这就是说，由于检测仪表不存在实时性问题，现场总线是为了解决过程控制中的检测仪表在空间上的分散性而产生的。

70年代以后，微处理器的诞生导致模拟式检测仪表演进为数字化的智能仪表。智能仪表的产生为现场总线的发展奠定了基础。

作为一个嵌入式系统，智能化仪表拥有强大的信息处理能力。检测仪表的智能化使检测仪表不再只是现场设备的检测装置，而是兼有检测装置与控制装置之双重身份，从而对与之耦合紧密的现场设备可以完成某些控制功能。为了实现智能仪表与控制系统之间的信息交换，这就产生了具备通信功能的现场总线。

控制合理分散是现场总线的突出优越性。现场总线实现了智能仪表所监测的现场设备与控制系统之间的数字通信，将集中与分散控制相结合的集散式结构推向了全分散式结构，控制系统能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接依靠智能仪表实现对现场设备的某些基本控制功能，实现了合理的分散控制。

控制功能前移到智能仪表，依靠智能仪表对与之耦合紧密的现场设备实现了某些基本控制功能，避免了现场信息过多地往返传送。控制信息处理现场化成为现场总线的突出优越性。

信息处理现场化需要合理处理分散与集中的关系。重要的是，分散与集中的合理划分取决于被控过程的实际过程特征与控制系统的实际体系结构。