本文摘要：摘要：結(jié)合數(shù)控機(jī)床行業(yè)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨�，較全面地介紹一種基于以太網(wǎng)的高速現(xiàn)場總線通訊協(xié)議GSK-Link。GSK-Link總線物理層采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)(IEC802.3)的物理層，通信速率100Mbits/s，時鐘同步性小于100ns，支持環(huán)形和線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有免數(shù)據(jù)沖突檢測和全雙
摘要：結(jié)合數(shù)控機(jī)床行業(yè)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨�，較全面地介紹一種基于以太網(wǎng)的高速現(xiàn)場總線通訊協(xié)議GSK-Link。GSK-Link總線物理層采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)(IEC802.3)的物理層，通信速率100Mbits/s，時鐘同步性小于100ns，支持環(huán)形和線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有免數(shù)據(jù)沖突檢測和全雙工通信數(shù)據(jù)鏈路層;支持主站在線待機(jī)冗余功能。是具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線,工業(yè)以太網(wǎng),伺服驅(qū)動
0引言
在基于以太網(wǎng)的高速現(xiàn)場總線的數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中，高速現(xiàn)場總線成為控制單元和伺服系統(tǒng)之間的通訊接口，能夠?qū)崿F(xiàn)控制單元和數(shù)字伺服驅(qū)動器及相關(guān)設(shè)備之間的實時數(shù)據(jù)通訊，能夠滿足高檔數(shù)控系統(tǒng)多通道、多軸聯(lián)動、高速納米級插補(bǔ)的需要[1-2]。但是，現(xiàn)有的多種通訊標(biāo)準(zhǔn)都過于復(fù)雜，開發(fā)難度大，授權(quán)費(fèi)用高、核心技術(shù)均被一些國外廠商所控制，無法對總線協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)和二次開發(fā)。為了適應(yīng)我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)廠家開發(fā)各自的總線接口技術(shù)，滿足開放式數(shù)控系統(tǒng)的需求。
本文針對以太網(wǎng)應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字接口技術(shù)進(jìn)行了深入研究，制定了基于以太網(wǎng)的高速現(xiàn)場總線通訊協(xié)議GSK-Link。GSK-Link總線協(xié)議作為一種應(yīng)用于高速高精運(yùn)動控制的總線協(xié)議，除了需要滿足普通網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議所要求的技術(shù)特性外，還具有工業(yè)以太網(wǎng)的特殊性能要求：實時性、可靠性和時鐘同步性。
1GSK-Link協(xié)議介紹
設(shè)計了用于數(shù)控行業(yè)的GSK-Link高速現(xiàn)場總線協(xié)議規(guī)范。GSK-Link協(xié)議采用“三層”現(xiàn)場總線參考模型：物理層、鏈路層、應(yīng)用層。采用主從式的雙通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持環(huán)形和線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。應(yīng)用層協(xié)議主要借鑒了SERCOS-IEC61491[3]通訊協(xié)議，最終形成現(xiàn)有的GSK-Link的總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。
GSK-Link共定義了5種電報類型：主站同步電報MST、主站數(shù)據(jù)電報MDT、伺服電報AT、以及非周期數(shù)據(jù)電報GDT1和GDT2。主站通過數(shù)據(jù)通道向從站發(fā)送MST和MDT，從站在收到MDT后通過狀態(tài)通道向主站反饋AT，實現(xiàn)了帶有廣播同步電報的周期性通訊[4]。另外，根據(jù)實際需要在主站的控制下，完成主站到從站、從站到從站的非周期數(shù)據(jù)的交互。GSK-Link定義了完善的錯誤檢測、多次重發(fā)機(jī)制、總線診斷和安全報警機(jī)制。
結(jié)合CNC與伺服單元、I/O單元等通訊的具體需求，實施可行性高、風(fēng)險低、節(jié)省CPU、RAM等硬件資源的目的，與國內(nèi)外先進(jìn)以太網(wǎng)總線技術(shù)相比，其硬件成本低廉，擁有自主產(chǎn)權(quán)，且非常適合數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)。
GSK-Link的主要技術(shù)指標(biāo)如下：(1)傳輸介質(zhì)：超五類雙絞線，通信速率：100Mb/s;(2)最大從站數(shù)量：253個，節(jié)點(diǎn)間距：100m;(3)總線周期：100μs/64個伺服從站、8IN+8OUT，同步時間：100ns。
2GSK-Link硬件設(shè)計
GSK-Link現(xiàn)場總線協(xié)議規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)定義了“三層”現(xiàn)場總線參考模型：物理層、鏈路層、應(yīng)用層[5~6]。物理層采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口芯片(KS8721BL)，鏈路層協(xié)議采用FPGA實現(xiàn)(LatticeXP2-8E)，應(yīng)用層協(xié)議在OMPL138/DSP28377S上實現(xiàn)。電路設(shè)計方案中采用了兩個相同的接口(SCR6)，以方便以太網(wǎng)總線級連，通訊接口使用脈沖變壓器(HX1188)，以提高以太網(wǎng)信號抗干擾能力。GSK-Link通過該硬件接口實現(xiàn)主從站數(shù)據(jù)交互，完成對伺服從站的參數(shù)上傳下載、實時位置、速度、轉(zhuǎn)矩控制等。
3GSK-Link軟件設(shè)計
GSK-Link總線物理層采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口芯片，鏈路層協(xié)議在FPGA上實現(xiàn)，應(yīng)用層協(xié)議在OMPL138/DSP28377S上實現(xiàn)。GSK-Link總線協(xié)議的應(yīng)用層充分的參考和吸收了國內(nèi)外多種現(xiàn)場總線協(xié)議的技術(shù)優(yōu)勢、結(jié)合控制單元、伺服單元與I/O單元等通訊的具體需求，把通訊階段劃分為兩部分：非周期通訊階段和周期通訊階段。非周期通訊階段是指主站和環(huán)路上所有從站在接通電源后，數(shù)據(jù)鏈路的建立過程。
主站通過GSK-Link總線掌控整個環(huán)路，這通信階段任務(wù)是：完成環(huán)路硬件檢測和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)判定、建立地址映射、測量環(huán)路延時、配置周期通信階段的通信參數(shù)、預(yù)設(shè)從站關(guān)鍵控制時間點(diǎn)、配置從站重要控制參數(shù)等。以流程圖的方式介紹了通訊建立的過程。周期通訊階段是指當(dāng)環(huán)路中各個通訊站點(diǎn)完成CP5階段處理后，主站會發(fā)出一個含階段切換信息的MST時鐘同步報文，實現(xiàn)GSK-Link總線由非周期通訊階段向周期通訊階段的過渡。
進(jìn)入周期通訊階段后，主站通過GSK-Link總線周期性的向從站發(fā)送相關(guān)控制信息，而從站也通過GSK-Link總線向主站反饋從站實時運(yùn)行情況和狀態(tài)信息。來實現(xiàn)主站對從站的實時精確控制。如圖4所示為主/從站數(shù)據(jù)交換處理流程。
4GSK-Link站點(diǎn)同步性驗證
在通訊建立階段，GSK-Link總線自動完成總線的傳輸延時和時鐘初始偏移量的補(bǔ)償。在進(jìn)入周期性通訊階段后，采用動態(tài)時鐘漂移實時補(bǔ)償機(jī)制，主站時鐘可以簡單、精確地確定各個從站時鐘的延遲偏移，保證網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)使用非常精確的、確定性的同步誤差時間基。是用示波器測量兩個從站的指令有效時刻中斷信號腳的同步誤差不超過100ns。
5GSK-Link數(shù)據(jù)報文可靠性
具有GSK-Link總線接口的控制單元、伺服驅(qū)動裝置和IO單元，在廣州數(shù)控實驗室進(jìn)行機(jī)床連續(xù)加工運(yùn)行超過5000h無通信出錯。下面列出了研發(fā)階段完成的對數(shù)據(jù)報文的實時性和可靠性的測試數(shù)據(jù)。使用儀器為德國倍福的ET2000以太網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控工具[7]。為主站處理周期/非周期數(shù)據(jù)時，主站在不同通訊周期下記錄的周期數(shù)據(jù)報文出錯數(shù)據(jù)(節(jié)點(diǎn)總數(shù)為5，從站周期數(shù)據(jù)域為8Byte)。
6GSK-Link應(yīng)用
用于數(shù)控機(jī)床控制時，控制單元通常為一個專用數(shù)控系統(tǒng)，通訊主站集成在控制單元中，通訊從站既可以是伺服裝置，也可以是IO從站等具有GSK-Link接口的其他設(shè)備。
7結(jié)束語
本文基于以太網(wǎng)總線技術(shù)設(shè)計具有自主知識產(chǎn)權(quán)現(xiàn)場總線協(xié)議規(guī)范GSK-Link總線協(xié)議，滿足高檔數(shù)控系統(tǒng)多通道、多軸聯(lián)動、高速納米級插補(bǔ)的需要。并在廣州數(shù)控產(chǎn)品上進(jìn)行了應(yīng)用和可靠性驗證，通過了電磁兼容性驗證，符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4。整個測試過程由廣州數(shù)控下屬專業(yè)測試實驗室完成。由測試結(jié)果證明，GSK-Link協(xié)議性能優(yōu)異，能夠適滿足自動化行業(yè)和金屬加工行業(yè)的高速現(xiàn)場總線需求和可靠性需求。
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這篇施工管理論文投稿發(fā)表了高速公路施工管理的問題和模式，如何才能提高高速公路的項目管理方法，改善施工方案的不合理，解決在施工成本管理中的問題呢?論文對成本管理意識和施工方案進(jìn)行了探討，分析了成本管理中的模式，提高施工材料的利用率。
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