基于CAN总线的多轴伺服控制系统的研究

2018-08-13李忠华

信息记录材料 2018年9期

李忠华

（哈尔滨博实自动化股份有限公司黑龙江哈尔滨 150078）

1 引言

从现代化工业的具体发展来看，要实现更高的工业智能化和自动化，就必须提高控制系统的时效性，所以在工业控制系统中采用总线通讯方式是必然的发展趋势，CAN总线作为一种成熟的国际标准化总线，在许多领域中都有应用，选用CAN总线作为多轴伺服控制系统的通讯方式，能够有效的保证整个控制系统实时性的数据通讯，再搭配具有较高控制精度的多轴伺服控制系统组合应用，两者可有效发挥各自的优势，其组合应用能够满足工业设备中多数产品生产控制的需求，所以系统性的分析此种控制系统，并对其应用探讨，是十分必要的。

2 系统硬件构成

基于CAN总线的多轴伺服控制系统在具体的工业自动化控制当中发挥着重要的作用，了解其具体的构成对于强化控制系统的应用来讲具有重要的意义。图1是其具体的系统结构图和分析。

图1 CAN总线的多轴伺服控制系统结构图

2.1 CAN总线及其通讯适配卡

CAN是Controller Area Network的缩写，是ISO国际标准化的串行通信协议。其具有以下几个方面的优势：第一是网络节点之间的数据通信实时性强；第二是系统开发周期短；第三是已形成国际标准的现场总线，在各个领域均有应用，具有较强的市场竞争力。

在多轴控制系统当中使用CAN总线通讯，CAN总线通讯适配卡是必要的要素，一般在系统构建的时候就需要对其做具体的选择。一般来讲，为了实现系统控制性能的优化，在CAN总线通讯适配卡选择时候需要选用高性能高性价格比的适配卡，使其能够更加快速的实现主机在CAN总线上的数据连接，并减少对主机的通讯负担，并能够处理的用户复杂的通讯任务。除此以外，CAN总线通讯适配卡还需配有光电隔离，对主机形成有效的保护，提高在复杂环境中的可靠性。

2.2 伺服控制器

伺服控制器是多轴控制系统当中的重要组成成员。伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它是由控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机组成的。对伺服机构进行位置、速度、转矩的单项控制及组合控制。图2是伺服控制器的具体结构。

图2 驱动器控制结构图

2.3 主控制器

基于CAN总线的多轴伺服控制系统中的主控制器是整个系统的核心部件，在具体的主控制器选择的时候，一方面其要具备对多个伺服的运动控制器的功能，能够完成对运动点、点位的具体控制，速度控制模式等，另一方面要保证控制器内部装置有可编程的逻辑控制器，利用可编程的逻辑控制器实现与外部逻辑信号的控制。简言之，主控制器的功能发挥影响整个控制系统的效果，因此要实现主控制器具体功能、作用的分析完善。

3 系统软件设计

为了实现CAN总线多轴伺服控制系统在具体利用中的效果发挥，做好相应的软件设计十分的必要，而以下便是对具体设计的分析和讨论。

3.1 CAN总线适配卡参数接口配置

在进行CAN总线通讯前，需要对CAN总线通讯接口做初始配置工作。控制器一般存在着两种接口，即信号接口和参数接口。先进行参数接口配置，再进行信号接口配置。需要注意的一点是CAN通讯站接口所设置的波特率参数必须要和适配卡中设置的波特率参数具有一致性。

3.2 CAN总线适配卡和控制器的信号接口通讯

CAN总线的命令是通过预设的索引和子索引来读写控制器当中的参数指令完成的。在具体的实践中，主控器将需要传输的命令进行下传，这样，下传的数据结构会被写入到CAN总线适配卡当中，CAN总线适配卡将数据传输到总线上，总线利用其包含数据信息以及目的地址等信息对CAN总线适配卡上的数据进行检测，如果数据检验完整无损坏，则指令开始执行。简单来讲，CAN总线适配卡和控制器作为整个控制系统当中的核心部分，如果信号接口的通讯无法顺利完成，那么系统的整体性工作便无法实现，这对于整个控制系统的利用来讲影响显著，所以在具体设计的时候，做好索引和子索引的科学预设，保证其在系统中的适配效果十分的必要。

3.3 任务分配

系统中的逻辑控制部分由主控器中的具有可编程功能的PLC或等同PLC功能的部件进行控制，而系统的运动控制部分由主控制器中的具有运动控制功能的独立运动控制器或具有运动控制功能的部件进行控制，实现运动与逻辑控制的任务协调分工。具体来讲，在基于CAN总线的多轴伺服控制系统当中，各个部件的功能和所承担的任务是完全不同的，所以在软件设计的时候需要对各个部件的具体任务做明确的分析，这样，软件设计可以综合考虑各部件的功能和任务从而对其做协调设计，实现软件的配合工作。