Transcript 伺服系统中基于FPGA的光纤通讯

伺服系统中基于FPGA的光纤通讯
刘永平
控制理论与控制工程
一、目的和意义
• 随着数字伺服装置的发展，如何实现控制单元
与数字伺服装置之间的数据通讯成为一个关键
的问题，所以必须为控制单元和数字伺服装置
配置合适的的数字接口，实现串行实时数据通
讯。
• 目前在光纤通讯中应用最广泛的是SERCOS
（Serial Real-time Communication
Specification）,串行实时通讯协议，它是一种
专门用在工业机械电气设备的控制单元与数字
伺服装置及可编程控制器之间实现串行实时数
据通讯的协议标准。虽然SERCOS相关的国际
和国家标准的颁布都已有一段时间,但我国对
SERCOS应用技术的研究尚处于起步阶段,相
关介绍和技术资料比较少。而国外的SERCOS
软硬件产品技术附加值高,价格昂贵,不利于在
国内工业自动化领域中推广使用。
• 但工厂的加工及生产自动化是关系国民经
济命脉的技术领域, C N C技术正是实现工
厂自动化的核心所在,目前国内在大规模
CNC系统数据传输控制方面并没有一套完
善的标准和技术协议,S E R C O S技术的应
用还很不成熟,并且很大程度上受限于国外
的S E R C O S产品供应商。因此,为打破国
外先进技术的垄断,进行具有自主知识产权
的串行实时通讯协议的研究,有着非常广阔
的应用前景和深远的战略意义。
二、开发内容
• 信号传输介质用光纤取代运动控制卡与伺
服驱动器之间的模拟信号传输线，用FPGA
开发出适用于上位机CNC与各伺服驱动器
间的环路控制的通讯协议--HSSB。
• HSSB （High Speed Serial Bus）是基于
FPGA的光纤通讯协议，它是要实现上位机
CNC与伺服驱动器之间信号传输的高实时
性，高精确性，高稳定性。
网络拓扑结构
三、开发方案
1.搭建硬件平台
• 2.通讯协议的开发
（1）HSSB串行通信协议的结构
主机
从机
应用层
应用层
传输层
传输层
数据链路层
数据链路层
物理层
物理层
表示逻辑通道
表示物理通道
• 物理层的具体任务包括：与数据链路层接口、数
据的编解码、数据的并串转换、数据过采样或数
据时钟恢复、数据字对齐等功能。
• 数据链路层将完成节点地址解析、数据帧成帧和
解帧、CRC校验等任务
• 传输层包含对网络的访问控制的完整的控制状态
机，包括对网络的某个站点的访问控制以及对通
信出错的处理机制。
• 应用层整个通信过程的发起源和接收目的地，应
用层和实际的应用程序相关，因此应用层不用硬
件实现。只要应用层与底层具有数据接口进行数
据交换，实时的数据通信由传输层来控制完成，
应用层只需定时的刷新传输层的数据区和读取传
输层的数据区。
• （2）报文格式
主站的数据帧（MDT） 格式
从站的数据帧（AT）格式
• （3）通讯周期
• 主站向所有驱动器广播一个同步信号时开
始一个通信周期，所有驱动器同时接受这
个同步信号，根据这个信号，各个驱动器
从站把自己的时钟跟主站进行对时，保证
它们的内部处理，特别是控制环实现严格
同步。
• 主站跟从站之间的数据交换可以根据上层
系统的命令进入周期性的数据传输和非周
期性的数据传输。
• （4）在点对点的基础上实现环路的控制
四、预期成果与开发目标
• 实现光纤通讯的环路控制。
• 开发出能应用于实验室研发的伺服驱动器
与CNC间光纤通讯的通讯协议。
五、进度计划
• 1.前期调研学习，学习通讯相关知识，学习
SERCOS通讯协议，同时搭建好研究平台即4块
通讯板
• 2.弄懂师兄所做HSSB通讯协议（点对点），查看
光纤通讯方面的论文。
• 3.在HSSB通讯协议的基础上实现4块通讯板间的
环路通讯。
• 4 .进一步开发通讯协议，使协议满足实验室开发
的伺服驱动器与上位机之间通讯的需要。
Thank You！