数控系统现场总线可靠通信机制的研究（下）

4仿真和电磁干扰试验

    对于本文设计的现场总线可靠通信机制，进行仿真和电磁干扰试验，以试验结果验证上面的理论分析结论的有效性。

    4．1仿真试验

    以软件模拟本文设计的通信和重发过程，对通信从站数刀=1，2，...，10重发次数m=O，1，2情况下的出错概率进行统计。考虑到计算机模拟运行时间的限制，仿真试验中将每次通信出错的概率p=0．001(千分之一)，这样可以模拟通信1O亿次然后统计出错概率，仿真程序运行时间大约为几小时。

    (1)仿真算法。仿真算法采用伪代码描述，其中符号含义为：Max_M：最大重发次数：Max_N：从站个数；Max_Com：最大通信次数；P_1：一次通信出错概率；p[m][n]：在有一个从站的通信中，带有最大m次重发的通信出错概率。

    (2)试验结果及分析。运行以上仿真程序，可以获得不同从站数和不同最重发次数时的故障通信概率如图8所示，图8中横轴代表不同的从站数，三条曲线分别为不带重发(m=0)、带一次(m=1)和二次重发（m=2）时的故障通信概率。由图8中数据可以看出，随着从站数的增加，故障通信概率增大，但增长幅度缓慢：而随着重发次数的增加，故障通信概率减小，而且是成指数量级减小。仿真试验结果与上面的理论分析结果一致。

    图8 不同从站数和最大重发次数的故障通信概率

    4．2 电磁干扰试验

    将本文设计的可靠现场总线应用于数控系统中，利用电磁兼容试验设备施加电磁干扰，进行工业工作环境模拟测试。

    (1)试验环境。试验环境搭建如图9所示，一个主站CNC连接两个从站伺服驱动器。现场总线的主站端板卡插入计算机的PCI插槽中，从站端直接在伺服驱动器中实现。站间采用屏蔽双绞线连接，主站与第一个从站间距为100 m，从站间距为1 m。各设备的具体参数为：

    ①CNC-Intel Pentium 4CPU 3．00 GHz 1．00 GB RAM；ubuntun一8 04：emc2—2．3．2；插补周期1 ms；

    ②伺服驱动器：GJS015ADASERVO；TMS320LF2407A DSP 16位；40 MHz；

    ③现场总线：通信数据帧长度80字节；物理层为标准百兆以太网；主设备板PCI接口，频率33 MHz，数据宽度32位；从设备与DSP接口，频率40 MHz，数据宽度为16位；采用两种电磁干扰方式进行试验，第一种对伺服驱动器供电电源施加电子脉冲群干扰，通过电源耦合干扰现场总线的物理层通信芯片；第二种对通信线进行干扰，将以太网线穿过耦合夹，耦合夹能在与受试设备各端口的端子、电缆屏蔽层或受试设备的任何其他部分无任何电连接的情况下把快速瞬变脉冲群耦合到受试线路上。试验等级采用4级(严酷的工业环境)，电快速瞬变测试仪参数设置如下：电压峰值：+2．00 kV；脉冲重复频率：5／100 kHz；相位：异步；脉冲群周期：300ms；尖峰数：75。

    (2)试验结果及分析。在无重发(m=0)和最大重发两次(m=2)两种情况下，测得运行时间60 s情况下的故障通信次数如表2、3所示。

图9 现场总线电磁十扰试验