0 导言
高速高精数控加工要求在数控体系中进行很多数据的传输，为了确保数据及时精确地运送，对体系的实时性和牢靠性都提出了很高的要求。一方面，跟着工业现场环境和操控方针自身的日益杂乱，外围设备与数控体系的交互信息越来越多；另一方面，一些现已具有独立性的功用模块作为一种全新的优化办法和拓扑结构融入到数控体系的功用结构中，构成具有网络特征协同处理的数控体系操控网络。因而，选用现场总线构建敞开结构数控体系成为一种必定的技能发展趋势。
现在，不少学者对依据现场总线的数控体系进行了研讨。文献[1,2]构建了依据现场总线的敞开式架构数控体系，完结了体系功用的可重构。文献[3]经过树立同步网络模型，处理依据现场总线的操控体系通讯，但存在推迟问题。文献[5]介绍了一种运用蓝牙技能构建一个无线制作网络的办法，用该办法替代现有数控机床有线通讯办法，以此建造无线制作工业环境，该办法在工业现场的实用性和牢靠性还有待验证。文献[8]树立了现场总线通讯协议的根本模型，为规划新的或一致的协议标准奠定了根底，文献[10-12]介绍了依据CAN总线的通讯机理，可是针对的是中低挡数控体系，无法满意高级数控设备对实时性和牢靠性的要求。
本文提出了一种分布式的六轴数控体系，CNC操控器与内装式PMC、长途操作面板之间数据通讯选用现场总线，这种数控体系结构扩展性好，而且连线便利。论文规划了一种面向数控体系的现场总线协议，完结现场总线接口能满意实时性和牢靠性要求。
1 依据现场总线的数控体系结构
传统数控体系大多是选用专用体系结构，体系功用固定、人机界面不灵敏、软硬件敞开性差，而且采纳集中式操控办法，不利于与其他网络设备进行互连。依据现场总线的敞开式数控体系可以与现场的设备相连构成一个操控体系网络，完结分布式的操控。选用现场总线的数控体系还能依据机床厂家和最终用户的需求，对其软硬件功用进行取舍和从头结构，因而它可以满意高级数控体系的需求。
本文规划的加工中心用六轴数控体系，由CNC操控器、显现与数据操作终端、内装式PMC、长途操作面板等几部分组成，整体结构如图1所示。CNC操控器包含嵌入式工控主板和运动操控模板，嵌入式工控主板担任数控体系的人机界面、数据文件办理和加工代码预处理等功用。运动操控模板选用DSP+FPGA的硬件结构，担任数控体系的大多数实时操控使命，包含代码译码、多轴插补运算、速度操控、方法办理等；一起，CNC操控器作为数控体系的主节点担任操控体系网络初始化、和谐操控节点数据交换以及操控指令发送等功用。数控体系的其他分布式操控节点还包含内装式PMC、长途操作面板等，内装式PMC担任输入输出信号的逻辑操控，完结I/O数据扫描、PMC逻辑运算功用，长途操作面板运用数字接口，把机床操作面板的主操控信号送给CNC操控器。这种结构结合了嵌入式工控主板的敞开性和DSP的高速处理才能，具有开发性高、运算速度块、牢靠性高级特色。
图1 依据现场总线的六轴数控体系整体结构
CAN协议是树立在国际标准安排敞开体系互连模型之上，其协议简略，最高通讯速率可达1Mbit/s，直接传输间隔高达10km，采纳多主工作办法，高抗电磁搅扰性、纠错才能强；一起，CAN接口装置便利，成本低。因而，本论文选用CAN总线作为PMC与CNC操控器之间的数据通讯办法。图2为内装式PMC板的原理结构图，它的根本I/O点数是64/64点，可扩展到128/128点。PMC板运用了TI公司的TMS320F2812数字处理器，该DSP内集成了CAN操控器。
图2 内装式PMC板原理结构图
长途操作面板也是经过CAN总线与CNC操控器进行通讯，首要传送来自操作面板的开关信号，一起接纳来的呼应信号。长途操作面板选用AT89S52单片机，运用独立CAN操控器SJA1000T。
2 面向数控体系的现场总线通讯协议
高级数控体系要完结高速高精操控，这既要在内部完结很多的数据传输，一起还要确保通讯的实时性和牢靠性。本文界说了一种面向数控体系的高速现场总线通讯协议，这种协议能确保数控体系中各节点之间的循环通讯周期抵达16ms。协议选用带29位报文标识符的扩展帧，其通讯报文方法如表1所示。CAN报文由扩展的29位标识符、1位数据类型、1位长途发送恳求、4位该帧内数据段数据长度、0~8字节数据段、16位循环冗余码CRC、2位应对位和1位帧完毕组成。
CAN标识符的分配在规划通讯体系应用层协议时十分重要，它决议了信息和相关的优先权及信息的等待时间，一起也影响了信息滤波适用性、合理的通讯结构适用性和标识符运用的功率。报文标识符中包含有优先符号、方针地址、源地址、帧类型、帧号、保存位、完毕符号，其格局如表2所示。
其间，优先符号(1位)是用来符号当时帧的优先等级。关于正常信息，该方位为1，关于紧迫信息(如报警信息、紧迫断电等)，将该符号置0。该符号先于其他帧占用总线，在最短的时间内抵达意图地址；
方针地址(7位)：指定该帧数据或信息所要抵达的意图地；
源地址(7位)：指定该帧数据或信息的来历地址；在数控体系中，对每个CAN模板都设定一个地址号，用来区别不同的设备。CAN总线上的节点个数首要取决于总线驱动电路，现在最多可达110个。本文选用了长度为7位的方针地址和源地址，可以有128个编码地址，彻底满意体系需求。
帧类型(1位)：用来符号该帧数据场中的内容是要传输的数据内容仍是通讯协议的操控信息；
帧号(8位)：是用来符号数据拆分后的帧块序号；因为每个邮箱最多可寄存8字节即64位的数据，而音讯的巨细不定，CNC运动操控器侧输入信号有32位，可以直接传输给，刀库表信息和梯形图程序段却远远超越64位，需求分段传输。在传输超越8字节长度的数据时，依照每块8字节对数据进行拆分，依据数据的先后顺序，指定相应的帧号，从0递加。帧号选用8位表明，取值规模为0～255，用这种办法彻底满意本操控体系的通讯需求。
保存(4位)：用作扩展，可以依据功用扩展的需求添加其他功用；
完毕符号(1位)：是用来符号该数据包传输进程的完毕。
CAN通讯报文数据段要传送的数据包含MST代码、I/O信息、当时刀盘方位信息、梯形图程序、刀库表信息以及长途操作面板信号。
3 数控体系CAN安全通讯软件规划
TMS320F2812数字处理器上集成了增强型CAN（eCAN）总线通讯接口，彻底支撑CAN2.0B总线标准。一起，带有32个彻底可装备的接纳/发送邮箱，支撑音讯的守时邮寄功用，最高通讯速率可以抵达1Mbps。别的，eCAN模块可以完结灵敏安稳的通讯，且运用起来十分便利，只需对位时序装备寄存器、屏蔽寄存器、邮箱装备寄存器等相关寄存器进行装备就可以运用。为了增强CAN总线节点的抗搅扰才能，DSP的CAN接口发送和接纳线路并不是直接与PCA82C250的TXD和RXD相连，而是在中心加入了一级高速光耦6N137，UC101、UC103为光耦6N137，这样就很好地完结了总线上各CAN节点间的电气阻隔。别的，CAN接口电路选用的双线差分驱动，极大地按捺了工业现场搅扰信号的影响，确保了数控体系通讯的牢靠性。详细电路如图3所示。
