现场总线运动控制模块的设计及其在PLC系统中的应用
2023-10-13
本文摘要：数控系统普遍应用于现代生产加工业、机器人、电子机械、办公设备等，是21世纪最有发展前景的技术之一。本文用于2个Cortex-M3内核单片机STM32展开G代码说明和电机运动控制，研发了极低成本的运动控制模块,并通过PLC现场总线对多块运动控制模块展开全局管理控制，构成高效可信的机床掌控网络。1运动控制模块的研制 本设计中,运动控制模块负责管理电机的驱动、多轴同步、G代码说明等工作，是数控系统的大脑。因此运动控制器的性能必要关系到整个机床的性能。
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数控系统普遍应用于现代生产加工业、机器人、电子机械、办公设备等，是21世纪最有发展前景的技术之一。本文用于2个Cortex-M3内核单片机STM32展开G代码说明和电机运动控制，研发了极低成本的运动控制模块,并通过PLC现场总线对多块运动控制模块展开全局管理控制，构成高效可信的机床掌控网络。1运动控制模块的研制 本设计中,运动控制模块负责管理电机的驱动、多轴同步、G代码说明等工作，是数控系统的大脑。因此运动控制器的性能必要关系到整个机床的性能。
1.1总体结构 为构建高性能数控计算出来，系统使用双MCU结构，主控MCU负责管理G代码读取与说明、人机界面、网络通信等任务；NC运动控制MCU（即运动控制芯片）作为一个专用数字芯片，负责管理三轴电机的速度掌控、定位、多轴直线和圆弧插补等任务，以确保运动控制模块在已完成简单的工作时仍能获取较好的性能。运动控制模块结构如图1右图。 模块使用SD卡作为G代码文件的存储器。
SD卡具备大容量、小体积、反对热插拔等特点，特别是在是其相容SPI总线读取，省却了主控制器作为USB盘读取的硬件，减少了成本。 运动控制模块具备现场总线通信功能，反对RS-485和CAN总线2种现场总线物理层规范。
以可靠性为设计原则，总线模块与主控制器展开了电气隔绝，并重新加入维护元件提升其外用瞬态干扰能力。图2、图3分别是模块RS-485和CAN总线的隔绝模块原理图。
其中用于了TI公司的高速数字隔离器ISO7221展开数字信号的电气隔绝，同时在模块末端设置了瞬态诱导二极管（TVS管）展开维护，保证了硬件在各种环境下的可靠性。 1.2Cortex-M3与STM32概述 ARMCortex-M3是一种基于ARM7架构的近期ARM嵌入式内核，它使用哈佛结构，用于分离出来的指令和数据总线(冯诺伊曼结构下,数据和指令共用1条总线）,在成本和功耗方面，Cortex-M3具备非常好的性能。
基于Cortex-M3核的STM32F103系列MCU,运营于最低72MHz的总线频率,可以取得1.。
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