基于现场总线的开放式网络化数控系统的设计

　　2.1.1 系统采用的总线的特点及功能分析

　　现场设备层负责具体的生产及其任务协调，数据响应时间量级为毫秒级，故系统对连接分布式部件的现场总线有特殊的要求。下面分析SERCOS总线和Profibus-DP总线的各项指标是否符合数控系统的要求。

　　假设伺服控制算法、插补算法和自适应前馈补偿算法执行周期分别为T1、T2和T3，且3种算法执行的频率分别为f1、f2和f3，在此，f1<f2<f3若系统采用一个处理器来完成上述3种算法，则需满足条件

　　式中m为总线上一次传输的总比特数。如果根据实际要求计算出来的f小于现场总线的传输速率，则表示总线能满足实际需求。下面分析SERCOS总线的特性。图3为SERCOS总线的报文结构。

图3 SERCOS总线报文结构 

　　每个报文的通讯格式为

　　MST报文的数据域只有1个字节。MDT报文的数据域和AT报文的数据域又分为同定部分和可配置部分。两者的固定部分都包含2字节的状态字和最多8字节的服务信息字；可配置部分最多可包含4个字节。通信周期内数据传送量ⅣScYc可表示为式中x、y分别为服务信息域、可配置域字节数。本系统中挂接4个进给驱动器，一个主轴驱动器。其中驱动器报文数据域共有6个字节，主控数据报文数据域有14个字节。故NscYc=91 x 8=728Bit。将728替换式(4)中的变量m，得f=808 080<2MBaud。

　　同理对Profibus-DP总线进行分析。其通讯信息循环内数据量为

　　系统中Profibus总线上包含1个主站，2个I／O模块从站，1个HMI单元，1个监控单元从站，共有1个主站，4个从站，根据每个从站单元输入、输出的字节数，可计算出信息循环的总传输位数为1 074 Bit，代入式(4)，可得1 192 140<1.5 MBaud。

　　综上可得，在控制四轴联动且各功能模块实时性要求较高的情况下SERCOS和Profibus—DP总线能很好地满足系统要求，并且整个系统的实时性是由总线的宽度决定的，而不是由算法执行一次所需要的时间决定的。