Ssb-iii总线伺服模拟器及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种SSB-III总线伺服模拟器及其控制方法，包括通信接口卡，工业CPU板卡和显示屏，通信接口卡接收数控系统发出的命令帧，把接收到的命令帧位流数据按照通信帧协议打成数据包，将要发送的响应帧发送给数控系统，并通过PCI总线底板发送到工业CPU板卡，将工业CPU板卡读取的通信接口卡中的命令帧数据包，按照数据包中的命令模拟伺服运动状态生成响应帧并将其传送给通信接口卡，并将伺服模拟器的运行状态、伺服模拟器的运行参数通过显示屏显示。本发明能够方便的检查出通信过程中数据帧的丢失情况，并能够对通信可靠性提供量化测试，适合大规模的测试和应用并在大规模的测试过程中能够保证测试人员的人身安全。
【专利说明】SSB-1 I I总线伺服模拟器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数控机床领域的一种可以模拟伺服设备运行状态的装置和方法，具体地说是一种SSB-1II总线伺服模拟器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着工业现场环境和对象本身日益庞杂，数控系统已从简单的运动轨迹控制器转变成贯穿数字化制造全过程的系统级平台。为了满足工业领域的现实需要，以基于以太网的为代表的现场总线技术已经进入了成熟阶段。
[0003]总线传输的是高速数字量信号，传统测试方法是通过连接伺服电机进行测试，在大规模成批测试的情况下，由于成本的因素，只能提供有限数量的测试伺服和电机，所以往往造成测试不充分或者测试时间变长。由于采用伺服和电机进行测试供电系统采用380伏高压供电，对于测试而言布线比较困难，而且高压电对测试人员的安全也造成威胁。
【发明内容】
[0004]针对现有校验和优化方法的不足之处，本发明要提供一种为解决数控装置大规模测试提供可靠测试手段的测试设备和方法。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种SSB-1II总线伺服模拟器，包括
[0006]通信接口卡，通过SSB-1II总线连接数控系统，接收数控系统发出的命令帧，对接收到的命令帧位流数据按照通信帧协议打成数据包，将要发送的响应帧发送给数控系统；通过PCI总线底板与工业CPU板卡进行数据交互；
[0007]工业CPU板卡，读取通信接口卡中的命令帧数据包，按照数据包中的命令模拟伺服运动状态，生成响应帧并将其传送给通信接口卡；
[0008]显示屏，与工业CPU板卡连接，用于显示伺服模拟器的运行状态，组态伺服模拟器运行时的参数。
[0009]所述通信接口卡包括以太网接口电路、FPGA电路、PCI接口电路，其中以太网接口电路在通信接口卡外部与数控系统连接，在通信接口卡内部与FPGA电路连接，FPGA电路又与PCI接口电路连接。
[0010]所述FPGA电路内部设有SOPC平台，所述SOPC平台包括主机接口模块，NIOS处理器模块，总线协议处理模块，看门狗模块，调试监控模块，AVALON总线控制器模块和时钟管理单元，其中主机接口模块、看门狗模块、调试监控模块、总线协议处理模块通过共同连接AVALON总线控制器模块，与NIOS处理器模块的AVALON总线接口连接；
[0011]所述主机接口模块提供了工业CPU板卡同NIOS处理器进行数据交互的数据缓冲区，使CPU板卡和NIOS处理器进行稳定的数据交互；
[0012]所述NIOS处理器通过响应总线协议处理模块的中断，实时处理总线协议处理模块中的通信数据，同主机接口模块交互数据；[0013]所述总线协议处理模块用于通信帧的中继转发，时间同步，错误校验，通信帧收发数据。
[0014]通信接口卡接收数控系统发出的命令帧，把接收到的命令帧位流数据按照通信帧协议打成数据包，将要发送的响应帧发送给数控系统，并通过PCI总线底板发送到工业CPU板卡，将工业CPU板卡读取的通信接口卡中的命令帧数据包，按照数据包中的命令模拟伺服运动状态生成响应帧并将其传送给通信接口卡，并将伺服模拟器的运行状态、伺服模拟器的运行参数通过显示屏显示。
[0015]所述模拟伺服运动状态通过调用界面参数传递函数，插补指令位置数据反馈函数，伺服使能命令反馈函数，同步命令反馈函数，传感器命令反馈函数完成；
[0016]所述界面参数传递函数用于传递插补周期时间，加减速时间参数；
[0017]所述插补指令位置数据反馈函数用于根据界面的配置参数计算当前周期的实时速度值和位置值，并用于插补命令的数据反馈和显示界面的实时显示；
[0018]所述伺服命令使能反馈函数用于响应数控装置的伺服使能命令；
[0019]所述传感器命令反馈函数用于反馈传感器状态信息；
[0020]所述同步命令反馈函数用于同步反馈当前的伺服状态和报警信息。
[0021]本发明具有以下有益效果及优点:
[0022]1.本发明的成本比较低，适合大规模的测试和应用；
[0023]2.本发明采用总线伺服模拟器，能够方便的检查出通信过程中数据帧的丢失情况，并能够对通信可靠性提供量化测试；
[0024]3.本发明的供电电源为低压设备，在大规模的测试过程中能够保证测试人员的人身安全；
[0025]4.本发明可以作为系统开发过程中的调试手段和调试设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明的总体结构图；
[0027]图2为本发明的通信接口卡内部连接图；
[0028]图3为本发明的FPGA内部SOPC结构框图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0030]如图1所示为本发明的总体结构图，本发明装置应用于数控系统中的测试，可以仿真伺服电机的运动状态，同时反馈仿真电机的运行数据，本发明装置包括:伺服模拟器包括一个显示界面，显示伺服模拟器的运行状态，组态伺服模拟器运行时的参数。一个CPU板卡用于运行界面程序和总线伺服模拟器的协议驱动程序。一块总线伺服模拟器通信接口卡，用于收发SSB-1II总线通信数据。一块总线底板用于连接CPU板卡和通信接口卡。
[0031]如图2所示为本发明的通信接口卡内部连接图，以太网接口电路外部与数控系统连接，接收来自数控系统的伺服指令，经过信号和位流转换，将指令数据传送给FPGA电路。FPGA电路完成对指令数据进行转发，数据打包等工作，将打包好的数据送到PCI接口电路，并从CPI接口电路接收来自CPU端的响应数据包。响应数据包经过以太网接口电路的转换工作，传送到数控系统端。PCI接口电路用来桥接工业CPU板卡和FPGA电路，起到数据传输和中断管理的作用。
[0032]如图3所示为本发明的FPGA内部SOPC结构框图，所述的SOPC平台包括主机接口模块，NIOS处理器模块，通信处理程序，总线协议处理模块，看门狗模块，调试监控模块。
[0033]主机接口模块能够符合9052的Local Bus的控制信号接口时序要求，使CPU板卡能够稳定的读写双口 RAM中的数据；
[0034]NIOS处理器能够同双口 RAM进行数据交互，同时通过相应总线协议处理模块的中断，实时的同总线协议处理模块交互数据；
[0035]在NIOS处理器上运行通信处理程序，通信处理程序的作用是读取双口 RAM中的配置数据，并将配置数据写入到总线协议处理模块的相关寄存器中。通信处理程序对总线协议处理模块的实时响应是通过调用中断服务函数实现的，通过判断状态寄存器的响应状态位区别该中断是命令中断还是消息中断，并调用相应的处理函数。消息中断处理函数用于处理数控装置发送的消息帧，并将消息帧中的配置数据写入到相应的控制寄存器中。命令中断处理函数用于处理数控装置发送的命令帧，将命令帧数据写入到主机接口模块的双口RAM中，同时读出双口 RAM中的响应帧数据写入到总线协议处理模块中。
[0036]总线协议处理模块的作用是接收并相应数控装置端的通信帧，同时把这个通信帧转发给下一个从站。如果通信帧的站地址与本站地址相同，则保存这个通信帧的数据，并发出响应帧。总线协议处理模块具有同步时钟模块可以保证各从站执行的同步性。协议处理模块具有硬件CRC校验模块，保证数据的可靠性。
[0037]—种支持SSB-1II总线功能的伺服模拟设备，能够响应来自数控装置的伺服动作命令，并将伺服的动作命令的执行反馈值通过SSB-1II总线反馈给数控装置。
[0038]伺服模拟器包括一个显示界面，显示伺服模拟器的运行状态，组态伺服模拟器运行时的参数。总线伺服模拟器的协议驱动程序，用于驱动9052PCI设备，响应总线协议数据，模拟伺服运动。总线伺服模拟器通信接口卡，包含以太网接口电路，集成SOPC平台的FPGA模块，PCI总线接口 9052电路等相关电路模块。
[0039]SSB-1II伺服模拟器显示界面主要采用了基于Linux Redhat7.2为平台开发环境，选择Trolltech公司的Qt⑶I类库作为API应用程序接口，与底层通信主要应用Rtlinux里的共享内存进行通信。
[0040]其中主要包括两个功能模块，主界面可以分为两组可以支持最多同时显示16个伺服模拟器的基本状态参数，包括状态参数，实际反馈值以及速度值。按键触发事件主要采用Qt里的Signal和Slot通信机制,界面与底层的驱动数据交换主要用Mbuff_alloc开辟共享内存的方式。
[0041]图形绘制界面主要在指定周期范围内采集特殊点并且通过界面显示的状态参数绘制图形，主要应用了 Qt里的定时器QTimer来定时刷新点的坐标，该定时器主要依赖系统底层的精确度。图形渲染处理主要应用QOpengl⑶I开发包，内置了丰富的图形渲染API接口。
[0042]协议驱动程序包括PCI9052驱动文件、SSB-1II协议处理文件以及伺服模拟器仿
真文件。
[0043]其中PCI9052驱动文件用于在Linux系统下，初始化或者注销9052PCI设备。初始化设备需要在内核中注册这个PCI设备驱动。PCI驱动初始化需要注册设备ID，映射probe函数，映射remove函数等工作。
[0044]协议处理文件包括MAC层初始化函数，总线参数配置函数，协议帧收发函数，其中MAC层初始化函数用于配置协议栈的工作方式，总线参数配置函数用于配置总线通信参数。协议帧收发函数用于同底层交互协议帧数据，并通过共享内存数据接口同界面程序。
[0045]伺服模拟器仿真文件包括界面参数传递函数，插补指令位置型数据反馈函数，伺服使能命令反馈函数，同步命令反馈函数，传感器命令反馈函数，其中界面参数传递函数用于传递插补周期时间，加减速时间等参数；插补指令位置数据反馈函数用于根据界面的配置参数计算当前周期的实时速度值，计算得到的实时速度值和位置值用于插补命令的数据反馈和显示界面的实时显示；伺服命令使能反馈函数用于响应数控装置的伺服使能命令，同时反馈当前的伺服状态和报警信息；传感器使能反馈函数用于反馈传感器状态信息，同时反馈当前的伺服状态和报警信息。
[0046]协议处理文件包括MAC层初始化函数，总线参数配置函数，协议帧收发函数，其中MAC层初始化函数用于配置协议栈的工作方式，总线参数配置函数用于配置总线通信参数。协议帧收发函数用于同底层交互协议帧数据，并通过共享内存数据接口同界面程序。
【权利要求】
1.一种SSB-1II总线伺服模拟器，其特征在于:包括 通信接口卡，通过SSB-1II总线连接数控系统，接收数控系统发出的命令帧，对接收到的命令帧位流数据按照通信帧协议打成数据包，将要发送的响应帧发送给数控系统；通过PCI总线底板与工业CPU板卡进行数据交互； 工业CPU板卡，读取通信接口卡中的命令帧数据包，按照数据包中的命令模拟伺服运动状态，生成响应帧并将其传送给通信接口卡； 显示屏，与工业CPU板卡连接，用于显示伺服模拟器的运行状态，组态伺服模拟器运行时的参数。
2.根据权利要求1所述的SSB-1II总线伺服模拟器，其特征在于:所述通信接口卡包括以太网接口电路、FPGA电路、PCI接口电路，其中以太网接口电路在通信接口卡外部与数控系统连接，在通信接口卡内部与FPGA电路连接，FPGA电路又与PCI接口电路连接。
3.根据权利要求2所述的SSB-1II总线伺服模拟器，其特征在于:所述FPGA电路内部设有SOPC平台，所述SOPC平台包括主机接口模块，NIOS处理器模块，总线协议处理模块，看门狗模块，调试监控模块，AVALON总线控制器模块和时钟管理单元，其中主机接口模块、看门狗模块、调试监控模块、总线协议处理模块通过共同连接AVALON总线控制器模块，与NIOS处理器模块的AVALON总线接口连接； 所述主机接口模块提供了工业CPU板卡同NIOS处理器进行数据交互的数据缓冲区，使CPU板卡和NIOS处理器进行稳定的数据交互； 所述NIOS处理器通过响应总线协议处理模块的中断，实时处理总线协议处理模块中的通信数据，同主机接口模块交互数据； 所述总线协议处理模块用于通信帧的中继转发，时间同步，错误校验，通信帧收发数据。
4.根据权利要求2所述的SSB-1II总线伺服模拟器，其特征在于:所述PCI接口电路用来桥接工业CPU板卡和FPGA电路，用于数据传输和中断管理。
5.一种SSB-1II总线伺服模拟器控制方法，其特征在于:通信接口卡接收数控系统发出的命令帧，把接收到的命令帧位流数据按照通信帧协议打成数据包，将要发送的响应帧发送给数控系统，并通过PCI总线底板发送到工业CPU板卡，将工业CPU板卡读取的通信接口卡中的命令帧数据包，按照数据包中的命令模拟伺服运动状态生成响应帧并将其传送给通信接口卡，并将伺服模拟器的运行状态、伺服模拟器的运行参数通过显示屏显示。
6.根据权利要求5所述的SSB-1II总线伺服模拟器控制方法，其特征在于:所述模拟伺服运动状态通过调用界面参数传递函数，插补指令位置数据反馈函数，伺服使能命令反馈函数，同步命令反馈函数，传感器命令反馈函数完成； 所述界面参数传递函数用于传递插补周期时间，加减速时间参数； 所述插补指令位置数据反馈函数用于根据界面的配置参数计算当前周期的实时速度值和位置值，并用于插补命令的数据反馈和显示界面的实时显示； 所述伺服命令使能反馈函数用于响应数控装置的伺服使能命令； 所述传感器命令反馈函数用于反馈传感器状态信息； 所述同步命令反馈函数用于同步反馈当前的伺服状态和报警信息。
【文档编号】G05B23/02GK103809581SQ201210453527
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月13日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】王喆, 李博, 王超, 何方, 李锁, 陶耀东 申请人:沈阳高精数控技术有限公司