基于CAN總線的多伺服電機同步控制

　　綜合考慮，本文的時鐘同步方案采用的是硬件時鐘同步，各節(jié)點根據(jù)系統(tǒng)中指定的主時鐘來調(diào)整它們的時鐘，具體實現(xiàn)方法是：添加硬件時鐘同步信號線CONCLK用來傳輸時間同步信號，同步控制信號周期為2 ms，以同步信號的上升沿作為同步點。在控制器中設(shè)置同步信號發(fā)生器，并在各個驅(qū)動器內(nèi)部設(shè)置同步接受單元。驅(qū)動器從站的同步接受單元檢測到主戰(zhàn)的CONCLK上升沿后，各從站時鐘同時清零。這樣定期清零不僅保持了各從站時鐘的一致性，同時也避免了同步誤差的累計。為了提高模塊同步信號的抗干擾能力，采用平衡差分驅(qū)動方式傳輸同步信號。使用光耦隔離，可以使主站和從站的信號互不干擾。主、從站同步信號電路如圖3.

　　圖3主站、從站同步信號電路圖

　　5上位機同步運動數(shù)據(jù)的產(chǎn)生

　　同步運動數(shù)據(jù)的產(chǎn)生任務(wù)放在到北京首科凱奇電氣技術(shù)有限公司開發(fā)的軟PLC-ComacPLC系統(tǒng)中。該公司的軟PLC系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)采用的是工業(yè)計算機平臺，操作系統(tǒng)采用的是微軟推出的WinCE嵌入式操作系統(tǒng)。在此軟PLC系統(tǒng)中，建立了快邏輯任務(wù)和慢邏輯任務(wù)，快邏輯用于對時間要求高的場合，如緊急情況處理，高精度采樣等情況，慢邏輯任務(wù)主要用于一般對時間要求不高的場合?？爝壿嬋蝿?wù)是一個需要定時執(zhí)行的任務(wù)(類似于中斷服務(wù)程序)，該任務(wù)必須在一個系統(tǒng)采樣周期內(nèi)執(zhí)行完成，慢邏輯任務(wù)是一個無限循環(huán)，它可以在幾個系統(tǒng)采樣周期內(nèi)完成。快邏輯任務(wù)通過定時控制器8254來完成定時，定時周期為1毫秒。在執(zhí)行過程中每一次采樣周期都執(zhí)行一次快邏輯任務(wù)，產(chǎn)生成同步運動數(shù)據(jù)。為了保持各個從動軸相對于主軸的同步關(guān)系，建立運動參考數(shù)據(jù)源來虛擬主軸運動狀態(tài)。在每個系統(tǒng)采樣周期中，根據(jù)虛擬主軸的運動狀態(tài)，以及各個從動軸的同步運動要求，分別計算各個從動軸的位置信息，產(chǎn)生各個從動軸的同步運動數(shù)據(jù)，放入CAN控制器的發(fā)送隊列等待發(fā)送，如圖4.把運動數(shù)據(jù)產(chǎn)生和運算任務(wù)放在快邏輯任務(wù)中，保證產(chǎn)生運動數(shù)據(jù)的實時性。

　　圖4同步運動數(shù)據(jù)的產(chǎn)生

　　6同步接口技術(shù)協(xié)議

　　本系統(tǒng)總線波特率設(shè)為1 Mbps，位傳輸時間τbit為1×10-6秒。每個數(shù)據(jù)幀由8個字節(jié)組成，發(fā)送報文數(shù)據(jù)幀長度固定為131位(29位標識符)，反饋報文長度為99位。數(shù)據(jù)幀傳送時間Cm=131μs.把同步控制信號線CONCLK，作為同步周期信號線和報文的基準信號線。同步控制信號周期為2 ms，高電平有效，信號電平寬度為10.正常通訊時，一個控制周期內(nèi)CAN網(wǎng)絡(luò)可以傳送16個同步數(shù)據(jù)報文?？刂破髟贑ONCLK上跳沿之后50μs內(nèi)發(fā)出指令報文，驅(qū)動器在接受到指令報文后100微秒內(nèi)發(fā)出反饋報文。指令報文內(nèi)容包括位置指令值、邏輯接口信號輸入，其中位置指令占用4個字節(jié)(32位)，邏輯接口信號輸入占用一個字節(jié)。邏輯接口信號輸入包括驅(qū)動器使能、復(fù)位等指令。在反饋報文中，包括伺服運行狀態(tài)信息和故障信息，通信時序如圖5.

　　圖5通訊時序圖

　　7結(jié)束語

　　本文針對傳統(tǒng)的機械長軸印刷機同步控制系統(tǒng)，提出了以控制器為核心的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，以CAN現(xiàn)場總線實現(xiàn)在控制器和伺服之間的通信。此方案不僅克服了傳統(tǒng)機械長軸控制方案的各種機械元件帶來的缺點，而且還具有同步性能好、各伺服單元不互相干擾、控制精度高、維護方便等優(yōu)點。

　　這種方法實現(xiàn)同步的特點在于利用了CAN總線可靠性高、傳輸時間短、抗干擾能力強，和數(shù)字伺服的位置精度高、全閉環(huán)的優(yōu)點。