文档介绍：基于CAN总线的伺服电机通信控制
作者:浙江大学张新华李伟,刘强
摘要:介绍了CAN总线与伺服电机的特点,并讨论了伺服电机基于CAN总线的通信控制特性。
关键词:伺服电机;伺服控制器;CAN总线
1 引言
CAN(Controller work)总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信局域网络,由于其高性能、高可靠性、实时性好以及独特的设计,已广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信,在工控领域兴起应用热潮。
而伺服电机具有结构紧凑、控制容易、运行稳定、响应速度快等优异特性,已越来越成为现代工业自动化系统中的一个重要执行元件。在自动化程度高、需精确控制速度、位置、力矩等的场合,如印刷机械、造纸机械、纺织机械、工业机器人、高速电梯、数控机床等重要行业中,得到了普遍的应用。
德国伦茨公司生产的伺服电机由于提供了CAN总线接口,使其很容易挂接到CAN总线上,通过CAN总线进行数据传输与控制,拓展了伺服电机的功能与应用范围,使伺服电机能更好更灵活地应用于现代工业控制系统中。
2 CAN总线的特性
作为专门应用于工业自动化领域的网络,CAN总线具有以下优点:
(1)使用简单方便。许多CAN控制器芯片如SJA1000T、Philips 82C250等实现了CAN物理层及数据链路层的大部分,在使用时用户需要做的只是两件事:对CAN控制器进行初始化,对CAN总线上的数据进行收发操作。
(2)高效可靠。CAN采用短帧结构,数据帧中的数据字段长度最多为8B,所以传输的速度快(最大通信速率可达1Mbps),受干扰的概率低。同时,CAN总线作为多主节点,各节点通过总线仲裁获得总线控制权,并拥有完善的错误处理机制,保证了各种干扰环境下数据传输的安全可靠。
(3)系统可扩充性好。CAN总线是面向消息的编码,而不是面向设备的编码,故增添或删减CAN上的节点非常方便和灵活,易于系统的扩充。
3 伺服电机接入CAN网
伦茨伺服电机的伺服控制器由于提供了专门的CAN总线接口X4,可以像其他的CAN节点一样,用普通双绞线作为通信介质,很方便地连接到基于CAN总线的工业控制系统上,如图1所示。
伦茨的伺服控制器与伺服电机之间采用旋转变压器或光电编码器建立反馈,形成高精度的伺服控制系统,伺服电机实时地将其运行状态与运行信息上传给伺服控制器。作为CAN总线上的节点,伺服控制器不仅可以与上位主机进行通信,通过CAN总线接收上位机的各种操作、控制和参数设定命令;同时伺服控制器之间亦可以进行快速的数据交换,相互间建立一定的协调或控制关系。
上位主机通过接插支持CAN的通讯适配卡获得对CAN总线的支持,负责对整个系统的运行和工作状态进行监视管理。由于CAN总线在工业控制上的应用越来越广泛,很多公司都推出了支持CAN总线的接口适配卡,如研华的PCL-841通信卡、北京华控的HK-CAN20通信卡、北京三兴达公司的智能CAN-AN等等,用户可以通过这些接口适配卡,来运行复杂的通信任务,进行各CAN节点与上位主机之间的数字通信和协调管理。
4伺服控制器的功能模块与基于CAN总线的数据通道
伦茨伺服电机的伺服控制器,具有丰富的内部功能模块库,如常见的逻辑功能模块、算术功能模块、信号类型转换模块、斜坡函数发生模块、相位积分模块以及较特殊的数频输入输出模