基于CANopen协议的数字伺服电钒在效控系统中的应用研究

1 研究背景

　　多轴、高速、高精度加工控制策略是当今世界数控技术研究的热点也是难点，其核心问题是数控系统上位控制器与多路伺服驱动之间的高速通信问题，这里的通信包括控制信号的传递、状态信号的反馈等。但是随着数控系统的发展，新型数控系统所要求的数控系统与伺服驱动之间的通信速度大大提高。传统的模拟位控制方式很难满足这种要求。鉴于此，本文提出了一种基于CANopen协议的数字伺服驱动方案。

2 设计方案概述

　　本系统架构如图1所示，以工控机和hCI-GAN卡为主站。并以IDM64U-8EIA型数宇智能伺服为从站组建GANapen网络。CANopen主站负责整个网络的运行和管理。监视数字伺服骊动上的状态信息，并将数控系统捅补器中得出的数据信息传给数字伺服驱动。

　　IDM640 -8EIA型数字智能伺服是一款基于最新DSP技术的全数字智能伺服驱动器，内置CANopen通信对象字典，使用时需对对象字典中的参数进行配皿设定。数字智能驱动器对来自主站的数据进行计算。求出电机运动的位移、速度、加速度等运动参数。1995年颁布的基于CAN协议的高层通信协议，它包括OSI七层标准协议中的应用层、数据链路层和物理层。它为一种开源协议，具有较高的配置灵活性和数据传输能力，较低的实现复杂度，支持各种CAN厂商设备的互用与互换.模型如图2所示。

　　笔者在研究中，将CANopen协议的物理层和数据链路层都集成在PCI-CAN接口卡中，在CANopen的应用层，设备间通过相互交换通信对象进行通信，这些通信对象分别为过程数据对象(PDO)、服务数据对象(SD0)、管理对象((NMT)和特殊功能对象，其中PDO对象主要用于传输实时数据，SDO对象用于传送配置信息，NMT对象用于实现对CANopen网络的管理，而特殊功能对象则提供一些特殊服务，对这些通信对象的访问都是通过对象字典来实现。

　　如何在主站(工控机)中建立一个有效的任务调度机制是主站设计的难点，这个调度机制需要实时合理地对各种通信对象加以处理，产生相应的响应，并将响应数据和需要传输的控制数据进行报文封装，然后发送出去。如图3所示，主站任务状态机包含12‘个任务状态，其中主站应用层接口、CAN报文接收、报文解析分发、PDO处理、SDO处理、新报文数据生成、报文识别封装和CAN报文发送为8个常置任务，SPI接口初始化、NMT处理、同步报文生成和错误处理只有在网络初始化、网络同步过程中以及网络产生错误时才启动，属于非常置任务。CANopen应用层接口是CANopen主站连接CAN控制器的接口任务，负责报文的收发。经过报文接受任务的操作，接受到的报文被存储在接受报文缓冲区中，然后根据COB-ID进行区分报文类型，此操作需要参照对象字典。区分过的报文被分别送往各自的报文处理模块进行处理，并产生响应数据，而后按照报文格式进行封装，并送人发送报文缓冲区，最后通过CAN报文发送模块进行发送。此外，作为CANopen主站还担任着网络初始化与网络参数配置的任务，因而主站中还有一个模块用于产生相应的报文数据，对网络进行操作，如SYNC报文。在本文的应用中，从站伺服运动控制所需的参数也是由此模块进行创建并加载到PDO中的。