[发明专利]一种基于以太网物理层的运动控制总线通信方法

说明书

技术领域

本发明属于工业自动化领域，具体涉及一种基于以太网物理层的运动控制总线通信方法。

背景技术

随着制造业对加工技术要求的不断提高，数控机床、工业机器人等核心制造工具的运动控制性能不断提高，传统的基于模拟信号和脉冲信号的运动控制器接口已经不能满足新时代的需求。而基于运动控制总线的运动控制系统与基于模拟信号和脉冲信号的运动控制系统相比，具有以下优点：

（1）硬件配置修改方便，当控制轴数和I/O点数变化时，对控制器硬件结构没有影响，便于控制系统的扩充和裁减；

（2）控制功能分散化，实现了分布式的电机控制，提高了系统的性能、开放性和健壮性；

（3）用数字信号取代模拟信号，传输速度和精度大大提高，保证了系统的可靠性和控制精度。

运动控制总线是建立在某一种物理层通信协议基础上的，在众多物理层通信标准中，以太网物理层以其成本低廉、通信速率高而得到了众多运动控制总线标准的青睐。近年来，国际知名大公司和工业组织纷纷推出了各自的基于以太网物理层的运动控制总线标准，这些总线协议都较为复杂、使用不便，并且需要购买专用的芯片来实现。

因此，如果能够基于以太网物理层技术，发明一种新型的运动控制总线，不但可以为高精度、高速度的运动控制系统提供一种控制器和驱动器之间的通信手段，而且与传统技术相比，还会具有传输精度高、速度快、抗干扰性、成本低等优点。

发明内容

本发明的目的是，针对传统运动控制系统中模拟信号和脉冲信号接口在传输精度、传输速度、成本等方面的不足，在以太网物理层基础上，设计了一种基于以太网物理层的运动控制总线通信方法，该通信机制及协议简单高效，实现成本低廉，性能优良，硬件自动化程度高，软件接口友善，扩展能力强。

本发明包括以下步骤：

步骤(1)数据通信过程由主站发起，数据帧从主站发出后，进入第一个从站。

步骤(2)从站接收到数据帧，根据自身的地址从数据帧中提取自己需要接收的数据，同时将自己需要发送的数据替换进数据帧对应的位置，然后发送出去。

步骤(3)如果从站发现接收的数据帧的CRC校验数据出错，或者有总线命令，需要保证后续从站不能收到正确的CRC校验数据，那么破坏发送数据帧的CRC校验数据。

步骤(4)每个从站都依次进行相同的处理；当主站接收到数据帧的时候，需要发给从站的数据都已经被从站接收，而接收到的数据帧是从站需要发送给主站的数据。

步骤(5)重复进行步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)，完成基于以太网物理层的运动控制总线通信，实现多轴运动控制。

本发明与现有同类的基于以太网的运动控制总线相比，特点包括：

(1)实时性好：环状结构，单个从站延迟平均610ns，误差±10ns。

(2)同步性好：最大同步误差±10ns，由从站的中断处理模块负责，减轻处理器负担。

(3)效率高：6个从站时有效数据占84%；16个从站时有效数据占93%。

(4)底层协议简单：主从结构，只规定了总线复位、建立、从站信息、数据通信4种包类型。

(5)扩展行强：协议的帧长度、总线周期数据域预留大量空间，带有帧编号的数据域。

(6)自动重发功能：提高了可靠性，减轻了处理器负担。

附图说明

图1为本发明网络拓扑结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。本发明从硬件上来说，分为主站、从站两种，主站和从站、从站和从站之间使用环状连接方式，主站和从站都具有输入和输出接口。主站的输出连接第一个从站的输入，第一个从站的输出连接第二个从站的输入，直到最后一个从站的输出连接到主站的输入。网络拓扑结构如图1所示。

本发明具体实现方法是：

（1）数据通信过程由主站发起，数据帧从主站发出后，进入第一个从站。

（2）从站接收到数据帧，对数据帧采用直通转发机制，即从站根据自身的地址从数据帧中提取自己需要接收的数据，同时将自己需要发送的数据替换进数据帧对应的位置，然后发送出去。提取和替换是同步进行的，因此，从该从站发送出去的数据帧比接收的数据帧只晚一个物理层芯片的时钟周期。

（3）如果从站发现接收的数据帧的CRC校验数据出错，或者有总线命令，需要保证后续从站不能收到正确的CRC，那么破坏发送数据帧的CRC校验数据。