一种数控系统中提高抗干扰能力和抑制温漂的方法
【专利摘要】本发明涉及数控系统技术领域，具体地说是一种数控系统中提高抗干扰能力和抑制温漂的方法。一种数控系统中提高抗干扰能力和抑制温漂的方法，包括PC模块、运动控制卡、IO板、执行机构，其特征在于：PC模块采用数据线双向连接运动控制卡，运动控制卡通过数字信号双向连接IO板，IO板通过模拟量速度信号连接执行机构的输入信号端；所述的数字信号采用RS485通信线路或者Ethernet通信线路连接。同现有技术相比，运动控制卡与IO板数字通信在稳定性上有了极大提高；大大缩短了模拟信号的传输距离，提高了抗干扰能力；大大削弱了温漂的影响，提高系统的控制精度；简化控制卡的PCB布线，缩小了控制卡的尺寸，便于安装和现场布线，节约生产成本和安装成本。
【专利说明】
一种数控系统中提高抗干扰能力和抑制温漂的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及数控系统技术领域，具体地说是一种数控系统中提高抗干扰能力和抑 制温漂的方法。
【背景技术】
[0002] 数控系统通常由PC应用程序、运动控制卡、执行机构和10板组成。PC应用程序负责 人机界面交互、路径规划、指令的发送、状态的监控和显示等工作;运动控制卡通常基于PCI 总线，用以实现多个步进/伺服电机的协调控制;执行机构为电机和机床等，最终执行运动 控制卡的一系列指令;10板通常专门用于数字输入、数字输出、D/A输出、PWM输出等。
[0003] 传统的数控系统的运动控制卡和执行机构之间以模拟电压信号来传输速度控制 信号。数控系统现场环境复杂，干扰严重。例如伺服本身就是一个强的干扰源，EMI很大，很 容易干扰模拟信号传输。数控机床通常情况下尺寸较大，控制卡和执行机构间的线缆将会 很长，有时会达到10米，信号容易衰减，EMC很差，线缆的延长进一步削弱了信号的抗干扰能 力。同时，传输线材传输阻抗随温度变化，线材越长温漂效应也就越明显，模拟信号的传输 受温度影响也就越大。传统的数控系统中，模拟信号的长距离传输严重影响到数控系统的 控制精度。
【发明内容】
[0004] 本发明为克服现有技术的不足，提供一种数控系统中提高抗干扰能力和抑制温漂 的方法。
[0005] 为实现上述目的，设计一种数控系统中提高抗干扰能力和抑制温漂的方法，包括 PC模块、运动控制卡、10板、执行机构，其特征在于:PC模块采用数据线双向连接运动控制 卡，运动控制卡通过数字信号双向连接10板，10板通过模拟量速度信号连接执行机构的输 入信号端;所述的10板采用数据线双向连接执行机构;所述的数字信号采用RS485通信线路 或者Ethernet通信线路连接。
[0006] 所述的运动控制卡工作流程如下：
[0007] (1)运动控制卡初始化；
[0008] (2)运动控制卡检测10板是否存在，是则运动控制卡发送指令，否则继续检测10板 是否存；
[0009] (3)运动控制卡发送指令；
[0010] ⑷运动控制卡判断是否接收到数据，是则处理10板返回的回应帧，否则判断接收 数据是否超时；
[0011] (5)运动控制卡判断接收数据是否超时，是则运动控制卡重新初始化，否则判断10 板是否接收到数据；
[0012] (6)运动控制卡处理10板返回的回应帧；
[0013] (7)运动控制卡继续发送指令。
[0014] 所述的10板工作流程如下：
[0015] (1)10板初始化；
[0016] (2)10板判断是否接收到运动控制卡发送的指令，是则10板将指令转换成模拟信 号输出，否则判断接收指令是否超时；
[0017] (3)10板判断接收指令是否超时，是则10板重新初始化，否则判断是否接收到运动 控制卡发送的指令；
[0018] (4)10板将指令进行DA转换，将接收的数字量的速度信号转换成模拟量的速度信 号输出；
[0019] (5)10板采集编码器信号，采集通用输入信号等；
[0020] (6) 10板回应运动控制卡的指令；
[0021] (7) 10板继续判断是否接收到运动控制卡发送的指令。
[0022]本发明同现有技术相比，运动控制卡与10板数字通信在稳定性上有了极大提高； 大大缩短了模拟信号的传输距离，提高了抗干扰能力;大大削弱了温漂的影响，提高系统的 控制精度;简化控制卡的PCB布线，缩小了控制卡的尺寸，便于安装和现场布线，节约生产成 本和安装成本。
【附图说明】
[0023]图1为传统的数控系统的示意图。
[0024]图2为本发明结构示意图。
[0025]图3为本发明运动控制卡及10板工作流程图。
[0026] 图4为RS485通信接口图。
[0027] 图5为Ethernet通信接口图。
[0028] 图6为D/A转换电路图。
【具体实施方式】
[0029] 下面根据附图对本发明做进一步的说明。
[0030] 如图1所示，运动控制卡和执行机构之间以模拟电压信号来传输速度控制信号。数 控系统现场环境复杂，干扰严重。例如伺服本身就是一个强的干扰源，EMI很大，很容易干扰 模拟信号传输。数控机床通常情况下尺寸较大，控制卡和执行机构间的线缆将会很长，有时 会达到10米，信号容易衰减，EMC很差，线缆的延长进一步削弱了信号的抗干扰能力。同时， 传输线材传输阻抗随温度变化，线材越长温漂效应也就越明显，模拟信号的传输受温度影 响也就越大。数控系统的一般模型中，模拟信号的长距离传输严重影响到数控系统的控制 精度。
[0031] 如图2所示，PC模块采用数据线双向连接运动控制卡，运动控制卡通过数字信号双 向连接10板，10板通过模拟量速度信号连接执行机构的输入信号端;所述的10板采用数据 线双向连接执行机构;所述的数字信号采用RS485通信线路或者Ethernet通信线路连接。 [0032]改进的方法为运动控制卡以总线通讯的方式，将数字量的速度控制信号发送给10 板，再由10板在本地利用高精度DA转化成模拟电压信号，传输给执行机构。该方法中用抗干 扰能力很强的数字信号传输代替了原来的走线距离很长的模拟信号传输，模拟信号传输的 线缆长度可以缩短到1米甚至更短，大大提高了抗干扰能力和削弱温漂的影响，在很大程度 上提尚控制精度。
[0033] 如图3所示，运动控制卡工作流程如下：
[0034] (1)运动控制卡初始化；
[0035] (2)运动控制卡检测10板是否存在，是则运动控制卡发送指令，否则继续检测10板 是否存；
[0036] (3)运动控制卡发送指令；
[0037] (4)运动控制卡判断是否接收到数据，是则处理10板返回的回应帧，否则判断接收 数据是否超时；
[0038] (5)运动控制卡判断接收数据是否超时，是则运动控制卡重新初始化，否则判断10 板是否接收到数据；
[0039] (6)运动控制卡处理10板返回的回应帧；
[0040] (7)运动控制卡继续发送指令。
[0041 ] 10板工作流程如下：
[0042] (1)10板初始化；
[0043] (2)10板判断是否接收到运动控制卡发送的指令，是则10板将指令转换成模拟信 号输出，否则判断接收指令是否超时；
[0044] (3)10板判断接收指令是否超时，是则10板重新初始化，否则判断是否接收到运动 控制卡发送的指令；
[0045] (4)10板将指令进行DA转换，将接收的数字量的速度信号转换成模拟量的速度信 号输出；
[0046] (5) 10板采集编码器信号，采集通用输入信号等；
[0047] (6)10板回应运动控制卡的指令；
[0048] (7) 10板继续判断是否接收到运动控制卡发送的指令。
[0049]检测10板是否存在即控制卡和10板之间的握手动作，可以通过控制卡向10板发送 若干次，例如3次，握手指令，如表一所示，若收到回应，则握手成功，10存在;否则，10板不存 在。10板回应帧的发送可以将收到的握手帧原封不动的发给控制卡。
[0050] 控制卡向10板发送的指令包括数字量的速度信号、通用输出信号、PWM信号等。10 板收到数字量的速度信号后会将其转换为模拟的电压信号发送给执行机构，同时控制卡根 据需要下发打开输出口以及PWM的操作。
[0051] 10板向控制卡发送的回应数据帧包括当前的编码器反馈信号、输入信号，当前输 出口实际状态，当前PWM实际状态等。10板将采集到的编码器信号上传给10板，同时当前的 输入输出口状态以及PWM状态将会上传。如表二及表三所示。
[0052]如图4所示，RS485采用全双工收发模式，通信速率满足数控系统信号传输要求，差 分信号抗干扰能力强。
[0053] 如图5所示，Ethernet工作在100M全双工通信模式，通信速度快，传输效率高，有自 动协商功能，传输距离远。采用16位高精度DA芯片，低温漂模拟量输出，高线性度，响应速度 快。
[0054]如图6所示，是D/A转换电路图；采用16位高精度AD芯片，低噪声，高速数据采样。
[0055] 表一为握手指令，表二为写指令，表三为读指令。
[0056] 表一
[0057]
[0059]表二
【主权项】
1. 一种数控系统中提高抗干扰能力和抑制温漂的方法，包括PC模块、运动控制卡、ΙΟ 板、执行机构，其特征在于:PC模块采用数据线双向连接运动控制卡，运动控制卡通过数字 信号双向连接10板，10板通过模拟量速度信号连接执行机构的输入信号端;所述的10板采 用数据线双向连接执行机构;所述的数字信号采用RS485通信线路或者Ethernet通信线路 连接。2. 根据权利要求1所述的一种数控系统中提高抗干扰能力和抑制温漂的方法，其特征 在于:所述的运动控制卡工作流程如下： (1) 运动控制卡初始化； (2) 运动控制卡检测10板是否存在，是则运动控制卡发送指令，否则继续检测10板是否 存； (3) 运动控制卡发送指令； (4) 运动控制卡判断是否接收到数据，是则处理10板返回的回应帧，否则判断接收数据 是否超时； (5) 运动控制卡判断接收数据是否超时，是则运动控制卡重新初始化，否则判断10板是 否接收到数据； (6) 运动控制卡处理10板返回的回应帧； (7) 运动控制卡继续发送指令。3. 根据权利要求1所述的一种数控系统中提高抗干扰能力和抑制温漂的方法，其特征 在于:所述的10板工作流程如下： (1) 10板初始化； (2) 10板判断是否接收到运动控制卡发送的指令，是则10板将指令转换成模拟信号输 出，否则判断接收指令是否超时； (3) 10板判断接收指令是否超时，是则10板重新初始化，否则判断是否接收到运动控制 卡发送的指令； (4) 10板将指令进行DA转换，将接收的数字量的速度信号转换成模拟量的速度信号输 出； (5) 10板采集编码器信号，采集通用输入信号等； (6 ) 10板回应运动控制卡的指令； (7)10板继续判断是否接收到运动控制卡发送的指令。
【文档编号】G05B19/414GK105974889SQ201610226803
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】万章, 王仕卿, 朱晓峰
【申请人】上海柏楚电子科技有限公司