GSK Link总线式数控系统设计

0 引言

　　随着工业的高速发展，数控系统在使用过程中表现出数据传输低、抗干扰能力差，可扩展性差等不足，为此对数控系统提出更高的要求。总线式数字数控系统具有可靠的高速通信和数据同步功能，可提高系统的响速度．促进先进功能的开发与实现是近期内数控系统发展的一个方向。GSK Link是一种工业现场网络总线，可以实现一台控制器同时与多种从属设备进行数据交互。具有总线基本特点，它采用超5类双绞线连接主站设备与从站设备，能够简化系统及便于系统扩展。

1 GSK Link工作原理

　　GSK Link现场总线是一种数字化．串行网络的数据总线，用于机床数控系统各组成部分互连通信。GSKLink协议规范参照ISO／OSI基本参考模型有三层：物理层、数据链路层、层应用(见图1)。物理层是采用通用以太网的物理层芯片PHY(LAN8700i)．MAC采用FPGA实现，传输媒介采用超5类双绞线，周期数据只能在主站和从站之间传输，非周期数据可以在任意站点之间传输；数据链路层位于物理层与应用层中间，物理层提供的可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的数据链路，并对应用层的原始数据进行数据封装：应用层是物理层和数据链路层之上，用户任务之传输介质下的所有任务。是通数据链路层和其他相邻的更低层提供的服务来提供应用服务。由以上三层构成了GSK Link总线。总线网络中由主站和从站构成，它们之间的通信是通过电报来完成，以下介绍电报类型及总线的初始化。

图1 GSK Link分层结构

　　1.1 电报类型

　　(1)主站同步电报(Master Sync Telegram，简称MST)：初始化阶段．每个通讯阶段的开始，主站以广播形式发送MST电报，用于通知各个从站进入新的通讯阶段：正常工作阶段，每个周期的开始，主站以广播形式发送MST电报，主要用于同步主站和各个从站，同步各从站要考虑环路的传输延时。MST的报文结构源地址为O．目的地址为255；控制字的内容：D12-1)0均为0。D15一D13按表1设置有效。

　　(2)令牌电报(Master Command Telegram，简称MCT)：正常工作阶段，GDT的传输受令牌电报的控制，MsT、MDT、AT的传输由主站控制进行周期传输。不受令牌电报的控制。

　　MCT的报文结构中源地址为0．目的地址为255；控制字的内容：D8-D0均为0，D15-D9按表1设置有效；MsT电报与MCT的电报主要区别在于控制字的内容。

　　(3)主站数据电报(Master Data Telegram，简称MDT)：每个通讯周期中，主站以广播形式发送一次这种电报。MDT的报文结构中(如图2所示)源地址为0，目的地址为255；控制字的内容：D7-DO均为0，D15-D8按表1设置有效。主站数据电报MDT用于正常运行时(CP6阶段)从控制单元向从站装置发送指令数据。在每个周期中，主站发送一次MDT，从站装置从MDT提取属于自己的数据，并填充自己的AT指令数据。若接收到的MDT有错。后面添加错误的CRC，否则添加正确的CRC转发到下一从站。主站收到MDT电报后。检验CRC是否正确，接收AT数据。如果不正确，则重发MDT电报，露发次数由通讯参数确定。一个MDT的报文结构如图2所示。从站装置的可配置周期数据(指令数据段)，具有可变的长度。

图2 MDT／AT的报文结构

　　(4)伺服电报(Drive Telegram，简称AT)：每个通讯周期中，主站以广播形式发送一次这种电报，各伺服装置将要反馈给主站的数据添加到伺服电报中如际位置值、实际速度值等。

　　从站电报AT用于正常运行时(CP6阶段)，从站装置向控制单元反馈tl已的运行状态。在每个周期中，主站发送一次MDT数据帧日寸填充每个从站装置AT指令数据。伺服装置将自己的运行状态添加到报文的数据域发给控制单元。从站电报AT的报文结构，从站记录里的状态字由伺服和控制系统共同决定。

　　(5)普通数据电报(General Data Telegram，简称GDT)：用于在主站与从站．从站与从站之间传送非周期数据。GDT报文结构中控制字的内容：D5-D0均为0，D15—D6按表1设置有效。用于在主站与从站，从站与从站之间传送非周期数据。

　　1.2 GSK Link总线初始化

　　GSK“nk的主站和从站通过以上五种电报形式进行数据传输，GSK Link总线初始化完要经过六个阶段(CPO--CP5)。通讯阶段6(CP6)是正常工作阶段。主站在进人每个通讯阶段前，先发一个MST电报通知各个从站，下面将要进入的通讯阶段，从站把通讯阶段用寄存器保存，直到新的通讯阶段更新，因篇幅所限对CP1-CP7的介绍(略)。

　　初始化全过程是开机等待网络连接正常进入CPo阶段，在CPO阶段接收到CPO阶段的MST数次，说明连接正常。可进入CPI阶段，在CPI阶段CPU接收到最大伺服从站地址参数和最大普通从站地址参数后，依次发送GDT到各个从站，从站反馈数据包含该站的类型．主站接收并保存所有从站的类型参数，完成后进人CP2阶段。在CP2接收到MST后，发送GDT分别与各个从站握手，完成后进入CP3。在CP3阶段，测量并接收各个伺服从站的延迟补偿。完成进入CP4，在CP4阶段接收到M汀后，发送GDT与各个从站通信，传输参数(控制字为8800H)。完成后进人CP5，在CP5阶段接收到MST后，发送GDT与各个从站通信，传输伺服参数完成并确认通信参数后此时初始化完成，进入CP6阶段。在CP6阶段表示已进入正常工作阶段，按时序严格诊断网络状态。MDT数据收发、GDT数据收发。