基于CAN總線的伺服電機(jī)通信控制
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CAN(Controller Area Network)總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信局域網(wǎng)絡(luò)，由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性好及其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，已廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信，在工控領(lǐng)域興起應(yīng)用熱潮。
而伺服電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制容易、運(yùn)行穩(wěn)定、響應(yīng)快等優(yōu)異特性，已越來(lái)越成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)重要執(zhí)行元件。在自動(dòng)化程度高、需精確控制速度、位置、力矩等的場(chǎng)合，如印刷機(jī)械、造紙機(jī)械、紡織機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人、高速電梯、數(shù)控機(jī)床等重要行業(yè)中，得到了普遍的應(yīng)用。
德國(guó)倫茨公司生產(chǎn)的伺服電機(jī)由于提供了CAN總線接口，使其很容易掛接到CAN總線上，通過(guò)CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與控制，拓展了伺服電機(jī)的功能與應(yīng)用范圍,使伺服電機(jī)能更好更靈活地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中。
2 CAN總線的特性
作為專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)，CAN總線具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)使用簡(jiǎn)單方便。許多CAN控制器芯片如SJA1000T、Philips 82C250等實(shí)現(xiàn)了CAN物理層及數(shù)據(jù)鏈路層的大部分，在使用時(shí)用戶需要做的只是兩件事：對(duì)CAN控制器進(jìn)行初始化，對(duì)CAN總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)操作。
(2)高效可靠。CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度最多為8B，所以傳輸?shù)乃俣瓤欤ㄗ畲笸ㄐ潘俾士蛇_(dá)1Mbps），受干擾的概率低。同時(shí)，CAN總線作為多主節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過(guò)總線仲裁獲得總線控制權(quán)，并擁有完善的錯(cuò)誤處理機(jī)制，保證了各種干擾環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽俊?
(3)系統(tǒng)可擴(kuò)充性好。CAN總線是面向消息的編碼，而不是面向設(shè)備的編碼，故增添或刪減CAN上的節(jié)點(diǎn)非常方便和靈活，易于系統(tǒng)的擴(kuò)充。
3 伺服電機(jī)接入CAN網(wǎng)
倫茨伺服電機(jī)的伺服控制器由于提供了專(zhuān)門(mén)的CAN總線接口X4，可以象其他的CAN節(jié)點(diǎn)一樣，用普通雙絞線作為通信介質(zhì)，很方便地連接到基于CAN總線的工業(yè)控制系統(tǒng)上，如圖1所示。
上位主機(jī)通過(guò)接插支持CAN的通訊適配卡獲得對(duì)CAN總線的支持，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視管理。由于CAN總線在工業(yè)控制上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，很多公司都推出了支持CAN總線的接口適配卡，如研華的PCL-841通信卡、北京華控的HK-CAN20通信卡、北京三興達(dá)公司的智能CAN-PC總線適配卡PCCAN等等，用戶可以通過(guò)這些接口適配卡，來(lái)運(yùn)行復(fù)雜的通信任務(wù)，進(jìn)行各CAN節(jié)點(diǎn)與上位主機(jī)之間的數(shù)字通信和協(xié)調(diào)管理。
4伺服控制器的功能模塊與基于CAN總線的數(shù)據(jù)通道
倫茨伺服電機(jī)的伺服控制器，具有豐富的內(nèi)部功能模塊庫(kù)，如常見(jiàn)的邏輯功能模塊、算術(shù)功能模塊、信號(hào)類(lèi)型轉(zhuǎn)換模塊、斜坡函數(shù)發(fā)生模塊、相位積分模塊以及較特殊的數(shù)頻輸入輸出模塊、數(shù)頻處理模塊、伺服控制處理模塊、速度設(shè)定處理模塊等等。用戶利用這些功能塊，可以自由配置控制器的信號(hào)流程，使控制器能很容易地適應(yīng)不同的實(shí)際應(yīng)用。
為了實(shí)現(xiàn)基于CAN總線的應(yīng)用，伺服控制器提供了專(zhuān)門(mén)的CAN總線功能模塊組CAN-IN與CAN-OUT，作為過(guò)程數(shù)據(jù)通道，進(jìn)行過(guò)程數(shù)據(jù)的傳輸。其中，功能塊CAN-IN1與CAN-OUT1只用于伺服控制器與上位主機(jī)之間進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)傳輸。輸入功能塊CAN-IN1用于接收上位主機(jī)的數(shù)據(jù)信息，CAN-IN1有8B的數(shù)據(jù)空間可供用戶使用配置，可以向其他內(nèi)部功能模塊提供二進(jìn)制信號(hào)、16位的模擬信號(hào)、16位的速度信號(hào)以及32位的相位信號(hào)等多種控制信號(hào)。上位主機(jī)通過(guò)向根據(jù)實(shí)際應(yīng)用配置的CAN-IN1模塊發(fā)送命令信息，能實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的速度給定、電機(jī)快停、電機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換、電機(jī)正常模式轉(zhuǎn)速與恒定低速的切換、電機(jī)使能、電機(jī)禁止等各種功能。同樣，CAN-OUT1功能模塊亦有8B的數(shù)據(jù)空間可供用戶使用，可以通過(guò)配置向上位主機(jī)實(shí)時(shí)地提供電機(jī)的各種狀態(tài)信息、電機(jī)的實(shí)際速度、電機(jī)的實(shí)際相位等信息。
功能塊CAN-IN2、CAN-IN3與CAN-OUT2、CAN-OUT3用于伺服控制器之間進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交換。只要配置了某一伺服控制器的CAN-OUT2或CAN-OUT3與另一伺服控制器的CAN-IN2或CAN－IN3的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可建立起伺服控制器間的數(shù)據(jù)傳輸通道，在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中將1臺(tái)伺服控制器的各種數(shù)據(jù)信息傳給另1臺(tái)伺服控制器，常見(jiàn)的如：將1臺(tái)伺服控制器的速度給定經(jīng)一定運(yùn)算處理后作為另1臺(tái)伺服控制器的速度給定信號(hào)，使2臺(tái)伺服電機(jī)速度比例運(yùn)行。該特性對(duì)于多臺(tái)伺服電機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制具有重要意義。上位主機(jī)亦可以監(jiān)測(cè)到在CAN總線上傳輸?shù)脑擃?lèi)數(shù)據(jù)信息。
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