一種數(shù)控系統(tǒng)中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種數(shù)控系統(tǒng)中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法。一種數(shù)控系統(tǒng)中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法，包括PC模塊、運(yùn)動控制卡、IO板、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于：PC模塊采用數(shù)據(jù)線雙向連接運(yùn)動控制卡，運(yùn)動控制卡通過數(shù)字信號雙向連接IO板，IO板通過模擬量速度信號連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入信號端；所述的數(shù)字信號采用RS485通信線路或者Ethernet通信線路連接。同現(xiàn)有技術(shù)相比，運(yùn)動控制卡與IO板數(shù)字通信在穩(wěn)定性上有了極大提高；大大縮短了模擬信號的傳輸距離，提高了抗干擾能力；大大削弱了溫漂的影響，提高系統(tǒng)的控制精度；簡化控制卡的PCB布線，縮小了控制卡的尺寸，便于安裝和現(xiàn)場布線，節(jié)約生產(chǎn)成本和安裝成本。
【專利說明】
一種數(shù)控系統(tǒng)中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種數(shù)控系統(tǒng)中提高抗干擾能力和抑 制溫漂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)控系統(tǒng)通常由PC應(yīng)用程序、運(yùn)動控制卡、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和10板組成。PC應(yīng)用程序負(fù)責(zé) 人機(jī)界面交互、路徑規(guī)劃、指令的發(fā)送、狀態(tài)的監(jiān)控和顯示等工作;運(yùn)動控制卡通常基于PCI 總線，用以實現(xiàn)多個步進(jìn)/伺服電機(jī)的協(xié)調(diào)控制;執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電機(jī)和機(jī)床等，最終執(zhí)行運(yùn)動 控制卡的一系列指令;10板通常專門用于數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、D/A輸出、PWM輸出等。
[0003] 傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動控制卡和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間以模擬電壓信號來傳輸速度控制 信號。數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，干擾嚴(yán)重。例如伺服本身就是一個強(qiáng)的干擾源，EMI很大，很 容易干擾模擬信號傳輸。數(shù)控機(jī)床通常情況下尺寸較大，控制卡和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的線纜將會 很長，有時會達(dá)到10米，信號容易衰減，EMC很差，線纜的延長進(jìn)一步削弱了信號的抗干擾能 力。同時，傳輸線材傳輸阻抗隨溫度變化，線材越長溫漂效應(yīng)也就越明顯，模擬信號的傳輸 受溫度影響也就越大。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)中，模擬信號的長距離傳輸嚴(yán)重影響到數(shù)控系統(tǒng)的 控制精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種數(shù)控系統(tǒng)中提高抗干擾能力和抑制溫漂 的方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種數(shù)控系統(tǒng)中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法，包括 PC模塊、運(yùn)動控制卡、10板、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于:PC模塊采用數(shù)據(jù)線雙向連接運(yùn)動控制 卡，運(yùn)動控制卡通過數(shù)字信號雙向連接10板，10板通過模擬量速度信號連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸 入信號端;所述的10板采用數(shù)據(jù)線雙向連接執(zhí)行機(jī)構(gòu);所述的數(shù)字信號采用RS485通信線路 或者Ethernet通信線路連接。
[0006] 所述的運(yùn)動控制卡工作流程如下：
[0007] (1)運(yùn)動控制卡初始化；
[0008] (2)運(yùn)動控制卡檢測10板是否存在，是則運(yùn)動控制卡發(fā)送指令，否則繼續(xù)檢測10板 是否存；
[0009] (3)運(yùn)動控制卡發(fā)送指令；
[0010] ⑷運(yùn)動控制卡判斷是否接收到數(shù)據(jù)，是則處理10板返回的回應(yīng)幀，否則判斷接收 數(shù)據(jù)是否超時；
[0011] (5)運(yùn)動控制卡判斷接收數(shù)據(jù)是否超時，是則運(yùn)動控制卡重新初始化，否則判斷10 板是否接收到數(shù)據(jù)；
[0012] (6)運(yùn)動控制卡處理10板返回的回應(yīng)幀；
[0013] (7)運(yùn)動控制卡繼續(xù)發(fā)送指令。
[0014] 所述的10板工作流程如下：
[0015] (1)10板初始化；
[0016] (2)10板判斷是否接收到運(yùn)動控制卡發(fā)送的指令，是則10板將指令轉(zhuǎn)換成模擬信 號輸出，否則判斷接收指令是否超時；
[0017] (3)10板判斷接收指令是否超時，是則10板重新初始化，否則判斷是否接收到運(yùn)動 控制卡發(fā)送的指令；
[0018] (4)10板將指令進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，將接收的數(shù)字量的速度信號轉(zhuǎn)換成模擬量的速度信 號輸出；
[0019] (5)10板采集編碼器信號，采集通用輸入信號等；
[0020] (6) 10板回應(yīng)運(yùn)動控制卡的指令；
[0021] (7) 10板繼續(xù)判斷是否接收到運(yùn)動控制卡發(fā)送的指令。
[0022]本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，運(yùn)動控制卡與10板數(shù)字通信在穩(wěn)定性上有了極大提高； 大大縮短了模擬信號的傳輸距離，提高了抗干擾能力;大大削弱了溫漂的影響，提高系統(tǒng)的 控制精度;簡化控制卡的PCB布線，縮小了控制卡的尺寸，便于安裝和現(xiàn)場布線，節(jié)約生產(chǎn)成 本和安裝成本。
【附圖說明】
[0023]圖1為傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)的示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明運(yùn)動控制卡及10板工作流程圖。
[0026] 圖4為RS485通信接口圖。
[0027] 圖5為Ethernet通信接口圖。
[0028] 圖6為D/A轉(zhuǎn)換電路圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面根據(jù)附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0030] 如圖1所示，運(yùn)動控制卡和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間以模擬電壓信號來傳輸速度控制信號。數(shù) 控系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，干擾嚴(yán)重。例如伺服本身就是一個強(qiáng)的干擾源，EMI很大，很容易干擾 模擬信號傳輸。數(shù)控機(jī)床通常情況下尺寸較大，控制卡和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的線纜將會很長，有時 會達(dá)到10米，信號容易衰減，EMC很差，線纜的延長進(jìn)一步削弱了信號的抗干擾能力。同時， 傳輸線材傳輸阻抗隨溫度變化，線材越長溫漂效應(yīng)也就越明顯，模擬信號的傳輸受溫度影 響也就越大。數(shù)控系統(tǒng)的一般模型中，模擬信號的長距離傳輸嚴(yán)重影響到數(shù)控系統(tǒng)的控制 精度。
[0031] 如圖2所示，PC模塊采用數(shù)據(jù)線雙向連接運(yùn)動控制卡，運(yùn)動控制卡通過數(shù)字信號雙 向連接10板，10板通過模擬量速度信號連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入信號端;所述的10板采用數(shù)據(jù) 線雙向連接執(zhí)行機(jī)構(gòu);所述的數(shù)字信號采用RS485通信線路或者Ethernet通信線路連接。 [0032]改進(jìn)的方法為運(yùn)動控制卡以總線通訊的方式，將數(shù)字量的速度控制信號發(fā)送給10 板，再由10板在本地利用高精度DA轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號，傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該方法中用抗干 擾能力很強(qiáng)的數(shù)字信號傳輸代替了原來的走線距離很長的模擬信號傳輸，模擬信號傳輸?shù)?線纜長度可以縮短到1米甚至更短，大大提高了抗干擾能力和削弱溫漂的影響，在很大程度 上提尚控制精度。
[0033] 如圖3所示，運(yùn)動控制卡工作流程如下：
[0034] (1)運(yùn)動控制卡初始化；
[0035] (2)運(yùn)動控制卡檢測10板是否存在，是則運(yùn)動控制卡發(fā)送指令，否則繼續(xù)檢測10板 是否存；
[0036] (3)運(yùn)動控制卡發(fā)送指令；
[0037] (4)運(yùn)動控制卡判斷是否接收到數(shù)據(jù)，是則處理10板返回的回應(yīng)幀，否則判斷接收 數(shù)據(jù)是否超時；
[0038] (5)運(yùn)動控制卡判斷接收數(shù)據(jù)是否超時，是則運(yùn)動控制卡重新初始化，否則判斷10 板是否接收到數(shù)據(jù)；
[0039] (6)運(yùn)動控制卡處理10板返回的回應(yīng)幀；
[0040] (7)運(yùn)動控制卡繼續(xù)發(fā)送指令。
[0041 ] 10板工作流程如下：
[0042] (1)10板初始化；
[0043] (2)10板判斷是否接收到運(yùn)動控制卡發(fā)送的指令，是則10板將指令轉(zhuǎn)換成模擬信 號輸出，否則判斷接收指令是否超時；
[0044] (3)10板判斷接收指令是否超時，是則10板重新初始化，否則判斷是否接收到運(yùn)動 控制卡發(fā)送的指令；
[0045] (4)10板將指令進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，將接收的數(shù)字量的速度信號轉(zhuǎn)換成模擬量的速度信 號輸出；
[0046] (5) 10板采集編碼器信號，采集通用輸入信號等；
[0047] (6)10板回應(yīng)運(yùn)動控制卡的指令；
[0048] (7) 10板繼續(xù)判斷是否接收到運(yùn)動控制卡發(fā)送的指令。
[0049]檢測10板是否存在即控制卡和10板之間的握手動作，可以通過控制卡向10板發(fā)送 若干次，例如3次，握手指令，如表一所示，若收到回應(yīng)，則握手成功，10存在;否則，10板不存 在。10板回應(yīng)幀的發(fā)送可以將收到的握手幀原封不動的發(fā)給控制卡。
[0050] 控制卡向10板發(fā)送的指令包括數(shù)字量的速度信號、通用輸出信號、PWM信號等。10 板收到數(shù)字量的速度信號后會將其轉(zhuǎn)換為模擬的電壓信號發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時控制卡根 據(jù)需要下發(fā)打開輸出口以及PWM的操作。
[0051] 10板向控制卡發(fā)送的回應(yīng)數(shù)據(jù)幀包括當(dāng)前的編碼器反饋信號、輸入信號，當(dāng)前輸 出口實際狀態(tài)，當(dāng)前PWM實際狀態(tài)等。10板將采集到的編碼器信號上傳給10板，同時當(dāng)前的 輸入輸出口狀態(tài)以及PWM狀態(tài)將會上傳。如表二及表三所示。
[0052]如圖4所示，RS485采用全雙工收發(fā)模式，通信速率滿足數(shù)控系統(tǒng)信號傳輸要求，差 分信號抗干擾能力強(qiáng)。
[0053] 如圖5所示，Ethernet工作在100M全雙工通信模式，通信速度快，傳輸效率高，有自 動協(xié)商功能，傳輸距離遠(yuǎn)。采用16位高精度DA芯片，低溫漂模擬量輸出，高線性度，響應(yīng)速度 快。
[0054]如圖6所示，是D/A轉(zhuǎn)換電路圖；采用16位高精度AD芯片，低噪聲，高速數(shù)據(jù)采樣。
[0055] 表一為握手指令，表二為寫指令，表三為讀指令。
[0056] 表一
[0057]
[0059]表二
【主權(quán)項】
1. 一種數(shù)控系統(tǒng)中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法，包括PC模塊、運(yùn)動控制卡、ΙΟ 板、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于:PC模塊采用數(shù)據(jù)線雙向連接運(yùn)動控制卡，運(yùn)動控制卡通過數(shù)字 信號雙向連接10板，10板通過模擬量速度信號連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入信號端;所述的10板采 用數(shù)據(jù)線雙向連接執(zhí)行機(jī)構(gòu);所述的數(shù)字信號采用RS485通信線路或者Ethernet通信線路 連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控系統(tǒng)中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法，其特征 在于:所述的運(yùn)動控制卡工作流程如下： (1) 運(yùn)動控制卡初始化； (2) 運(yùn)動控制卡檢測10板是否存在，是則運(yùn)動控制卡發(fā)送指令，否則繼續(xù)檢測10板是否 存； (3) 運(yùn)動控制卡發(fā)送指令； (4) 運(yùn)動控制卡判斷是否接收到數(shù)據(jù)，是則處理10板返回的回應(yīng)幀，否則判斷接收數(shù)據(jù) 是否超時； (5) 運(yùn)動控制卡判斷接收數(shù)據(jù)是否超時，是則運(yùn)動控制卡重新初始化，否則判斷10板是 否接收到數(shù)據(jù)； (6) 運(yùn)動控制卡處理10板返回的回應(yīng)幀； (7) 運(yùn)動控制卡繼續(xù)發(fā)送指令。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控系統(tǒng)中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法，其特征 在于:所述的10板工作流程如下： (1) 10板初始化； (2) 10板判斷是否接收到運(yùn)動控制卡發(fā)送的指令，是則10板將指令轉(zhuǎn)換成模擬信號輸 出，否則判斷接收指令是否超時； (3) 10板判斷接收指令是否超時，是則10板重新初始化，否則判斷是否接收到運(yùn)動控制 卡發(fā)送的指令； (4) 10板將指令進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，將接收的數(shù)字量的速度信號轉(zhuǎn)換成模擬量的速度信號輸 出； (5) 10板采集編碼器信號，采集通用輸入信號等； (6 ) 10板回應(yīng)運(yùn)動控制卡的指令； (7)10板繼續(xù)判斷是否接收到運(yùn)動控制卡發(fā)送的指令。
【文檔編號】G05B19/414GK105974889SQ201610226803
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】萬章, 王仕卿, 朱曉峰
【申請人】上海柏楚電子科技有限公司