電機運動控制網(wǎng)絡(luò)及其發(fā)展研究
閆曉娟，劉景林
(西北工業(yè)大學，陜西西安710072)
摘要：論述了電機網(wǎng)絡(luò)化運動控制技術(shù)的意義和發(fā)展現(xiàn)狀。簡要分析比較了sscNET、sERcOs、cc-Link等6種常見運動控制總線協(xié)議的性能特點及應用特點。指出電機運動控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及目前存在的主要問題，在此基礎(chǔ)上進一步歸納了電機網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)的選擇、通信協(xié)議及運動控制器的設(shè)計。最后指出現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)的集成技術(shù)及無線網(wǎng)絡(luò)的應用，為電機運動控制網(wǎng)絡(luò)提供了新的發(fā)展方向，模糊控制、變結(jié)構(gòu)控制等先進控制策略的進一步應用，為電機運動控制網(wǎng)絡(luò)提供了強大的技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(tǒng)i現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)；通信協(xié)議
0 引 言
隨著控制科學、計算機網(wǎng)絡(luò)、通信及自動化儀表等學科的發(fā)展和交叉滲透，運動控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從直流到交流，從開環(huán)到閉環(huán)，從模擬到數(shù)字，直到基于Pc的伺服控制網(wǎng)絡(luò)和基_]二網(wǎng)絡(luò)的運動控制的發(fā)展過程。在電機運動控制網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)場總線具有明顯的優(yōu)勢并得以廣泛應用，它實現(xiàn)了****層現(xiàn)場控制設(shè)備和現(xiàn)場智能儀表設(shè)備的互聯(lián)。為了使控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)能夠在以太網(wǎng)構(gòu)成的上層信息網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線之間可靠地傳輸，實現(xiàn)從現(xiàn)場控制層到管理層的全面信息集成，現(xiàn)場總線正逐漸轉(zhuǎn)向工業(yè)以太網(wǎng)，整合Ethemet和TcP／IP技術(shù)的現(xiàn)場總線應用已成為網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(tǒng)的研究熱點之一。
1 運動控制網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀
作為電機運動控制網(wǎng)絡(luò)的核心，現(xiàn)場總線具有明顯優(yōu)勢。自20世紀80年代產(chǎn)生至今，經(jīng)歷了市場的競爭、淘汰、合并與重組，目前多種現(xiàn)場總線既相互共存又相互競爭，每一種總線各有其技術(shù)特點和適用范圍。總線協(xié)議是各類總線技術(shù)的核心。常用于運動控制系統(tǒng)的串行通信協(xié)議包括SSCNET、SERCOS、CC-Llnk、DeviceNet、ProFinet、synqNet等。
1．1 DeviceNet
DeviceNet由美國A1len Bredly公司于1994年提出，是基于cAN(contml area network)技術(shù)的現(xiàn)場總線。其通信連接建立在cAN基礎(chǔ)之上，DeviceNeL定義了應用層規(guī)范、物理層的連接單元接口規(guī)范、傳輸介質(zhì)及其連接規(guī)范，而在數(shù)據(jù)鏈路層的媒體訪問控制(MAc)層和物理層的信令服務規(guī)范采用了cAN總線技術(shù)。其通信參考模型如圖1所示。采用點對點，多主或主從通信，可帶電更換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，在線修改網(wǎng)絡(luò)配置；可以使用cAN規(guī)約芯片，支持選通、輪詢、循環(huán)、狀態(tài)變化和應用觸發(fā)的數(shù)據(jù)傳送；其MAc采用無損位仲裁機制實現(xiàn)按優(yōu)先級發(fā)送信息，具有通信錯誤分級檢測機制、通信故障的自動判別和自動恢復功能，屬于低成本、高可靠性的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
1_2 SSCNETf Serlvo System Control NetwoiIk)
SSCNET由三菱公司于20世紀80年代初期開發(fā)，專用于電機控制，為一種高速同步通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸距離遠，接線少且有良好的性價比。傳輸媒介類似RS485技術(shù)，傳輸距離最長可達30 m，傳輸速率為5．625 Mbps，通信周期為O. 8 ms。控制方式為主從式架構(gòu)，一塊主控Ic可控制6個Slave的伺服驅(qū)動器。新版本的SSCNET-Ⅲ傳輸媒介改為光纖，傳輸距離最長可達800 m，傳輸速率為50 Mbps，通信周期為O．8 ms，實現(xiàn)了較高精度的位置控制。與其他控制方式相比，通過SScNET總線獲得大量有關(guān)伺服系統(tǒng)的信息，如命令參數(shù)、反饋參數(shù)、伺服增益參數(shù)、報警及錯誤代碼等，能實現(xiàn)多個運動軸之間的同步。
1．3 CC-Linkf Control Communieafion Link)
cc-Link由三菱電機株式會社開發(fā)，使用專用電纜連接分散的I／o單元和特殊功能單元，通過可編程邏輯控制器(PLc)對這些單元進行控制，能減少配線并高速傳輸數(shù)據(jù)。cc-Link的優(yōu)點如下：(1)應用方便，通信初始化只需在通信主站進行參數(shù)設(shè)置，即可完成主、從站的初始化，允許節(jié)點站號不按順序排列，由主站通信模塊對整個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進行管理和數(shù)據(jù)刷新；(2)低價位與高性能的統(tǒng)一，采用廣播輪詢的通信方式，****數(shù)據(jù)可達918字節(jié)，一幀傳送中數(shù)據(jù)率為98％，具備高效數(shù)據(jù)傳輸特性，可以通過專用指令支持瞬時通信方式以滿足要求時間，響應更高速的場合；(3)具有優(yōu)異的抗噪性和良好的兼容性。其協(xié)議棧及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2、3所示。
1．4 SERCoS (Serial Real-time CommunicationSystem)
sERcOs由德國率先發(fā)起，于1995年正式成為IEc6149l國際標準。主要用于分散式多軸運動 |
