专利名称：基于以太网的液压机运动控制器以及控制系统和控制方法
技术领域：
本发明涉及一种液压机运动控制装置。特别是涉及一种基于以太网的液压机运动控制器以及控制系统和控制方法。
背景技术：
目前我国的工业生产已经进入一个快速发展的阶段，同时，在生产自动化程度越来越高的今天，对各类控制器的需求大大增加。在航空航天、大型装备制造、电子信息等高新领域中，对控制器的稳定性、抗干扰性、精度、速度等指标提出了更高的要求。但现如今国内运动控制器市场仍是国外产品占据大部分份额，而高水平的控制器市场几乎被几家国外公司垄断，也就是说我国现在缺乏一种自主知识产权的低成本高可靠性运动控制器。
在大型液压机生产行业，一方面受制于国外生产的运动控制器的技术垄断，我国国产液压机一直无法具备完整的自主知识产权，另一方面，大型液压机作为控制对象，其信号类型、规格要求都有其独特之处，而实际应用中多采用通用的运动控制器，这样由于信号特点、规格要求的不匹配，给生产者带来很多不便，同时也会造成不必要的资源浪费。
所以说，开发一款具备自主知识产权，能够较大限度匹配液压机控制系统的运动控制器是有意义的。
多缸液压机主要包括上位机、液压缸组、滑块、机架、油泵组、油箱、检测装置和控制系统。当液压机工作时，油泵将高压液压油从油箱抽取进油路；液压油经过比例伺服阀进入液压缸组，驱动滑块运行。滑块的速度和调平控制是通过不断的调节油路中比例伺服阀的开度，从而改变液压缸的液压油的流量来实现的。
以80MN多缸锻造液压机为例如
图1所示，各组成部分如下表:
权利要求
1.一种基于以太网的液压机运动控制器，其特征在于，包括逻辑电路转换单元(1)，连接在逻辑电路转换单元(I)的模拟量信号输入端的模拟量输入电路单元(6)，连接在逻辑电路转换单元(I)的数字量信号输入端的SSI总线数字信号输入单元(5)，连接在逻辑电路转换单元(I)的模拟量信号输出端的模拟量输出电路(7)，所述的逻辑电路转换单元(I)的数字量信号输入输出端通过16位并行总线连接数字信号处理器(2)，所述的DSP数字信号处理器(2)依次通过数字量信号调理电路(8)及数字量输入输出模块(9)连接液压机的伺服阀，所述的逻辑电路转换单元(I)的数字信号输入输出端还依次通过16位并行总线和以太网通信单元(3)连接工业以太网(4)，所述的逻辑电路转换单元(I)和DSP数字信号处理器(2 )还分别各连接一个JTAG调试接口电路(10、11)。
2.根据权利要求1所述的基于以太网的液压机运动控制器，其特征在于，所述的模拟量输入电路单元(6 )包括有依次连接的采集液压机电压信号的电压传感器(61)、模拟量输入电压变换电路(62)、A/D转换电路(63)和数字隔离电路(64)，其中，所述的数字隔离电路(64)的输出通过SPI总线连接逻辑电路转换单元(I)的模拟量信号输入端，所述的模拟量输入电路单元(6)由独立电源供电路模块(12)供电。
3.根据权利要求1所述的基于以太网的液压机运动控制器，其特征在于，所述的数字信号输入单元(5)包括有依次连接的采集液压机运动信号的光栅尺(51)和数字信号电平转换模块(52)，所述的数字信号电平转换模块(52)的输出端通过8路SSI总线连接逻辑电路转换单元(I)的数字量信号输入端。
4.根据权利要求1所述的基于以太网的液压机运动控制器，其特征在于，所述的模拟量输出电路(7)包括有依次连接的数字隔离电路(71 )、D/A转换电路(72)及模拟量输出电压放大电路(73)，其中，所述的数字隔离电路(71)的输入端通过SPI总线连接逻辑电路转换单元(I)的模拟量信号输出端，所述的模拟量输出电压放大电路(73)的输出端连接液压机的伺服阀，所述的模拟量输出电路(7)由独立电源供电路模块(12)供电。
5.一种用于权利要求1 所述的基于以太网的液压机运动控制器的控制系统，其特征在于，包括有接收外部数字信号电平转换模块(52)输出信号的8路SSI采集模块(101)和连接外部DSP数字信号处理器(2)的DSP接口与数据存储模块(104)，所述的DSP接口与数据存储模块(104)具有快速共享区(1041)、数据读写区(1042)、位置与速度数据区(1043)和SPI数据区(1044)，所述的8路SSI采集模块(101)的速度量输出分别通过M法(102)和T法(103)连接DSP接口与数据存储模块(104)，所述的8路SSI采集模块(101)还直接连接DSP接口与数据存储模块(104)，所述的DSP接口与数据存储模块(104)还通过数据总线连接外部的以太网通信单元(3)，以及通过两路SPI串行总线分别连接外部的模拟量输入电路单兀(6)和模拟量输出电路(7)。
6.权利要求5所述的用于基于以太网的液压机运动控制器的控制系统，其特征在于，所述的8路SSI采集模块(101)包括有外部晶振(16 )接入的时钟产生模块(1011)、接收数字信号电平转换模块(52)的输出信号的数据接收模块(1012)和数据转换模块(1013)，所述的时钟产生模块(1011)的输出分别连接数据接收模块(1012)，所述的数据接收模块(1012)的输出连接数据转换模块(1013)，所述的数据转换模块(1013)的输出构成8路SSI采集模块(101)的输出。
7.—种权利要求1所述的基于以太网的液压机运动控制器的控制方法，其特征在于，包括依次进行:DSP时钟初始化、计时器初始化、模拟量输入输出初始化、数字量输入输出初始化、以太网和SPI串口通信初始化和中断向量初始化，然后对各模块的功能进行巡检后，进入主循环，所述的主循环包括进行A/D数据采集及格式转换、PID控制算法的运行、D/A数据格式转换及输出、DSP与FPGA的中断数据通讯以及以太网通讯处理。
8.根据权利要求7所述的基于以太网的液压机运动控制器的控制方法，其特征在于，所述的DSP与FPGA的中断数据通讯包括如下步骤: O中断开始，依次进行取读/写偏移地址、取读/写控制标志和取读/写个数； 2)判断中断标志是否为FF，是进入步骤3)，否则进入步骤4)； 3)数据从DSP的XINTEZONEO转移到XINTE Z0NE2后进入步骤6)； 4)判断中标志是否为00，是进入步骤5)，否则进入步骤6)； 5)数据从DSP的XINTEZ0NE2转移到XINTE ZONEO后进入步骤6)； 6)清中断标志位，中断程序结束。
9.根据权利要求7所述的基于以太网的液压机运动控制器的控制方法，其特征在于，所述的以太网通讯处理，包括如下步骤: 1)底层以太网通讯模块接收数据； 2)判断是否接收到数据帧，是进入步骤3)，否则返回主循环； 3)判断上层报文的协议类型，当类型是ARP报文时，进入步骤4)，当类型是ICMP报文时，进入步骤5)，当类型是UDP报文时，进入步骤6)； 4)进行ARP报文处理及回送后返回主循环； 5)进行ICMP报文处理及回送后返回主循环； 6)进行UDP报文处理及回送后返回主循环。
10.根据权利要求9所述的基于以太网的液压机运动控制器的控制方法，其特征在于，步骤2)中所述的接收到数据帧包括如下步骤:1)判断⑶RR是否等于BNRY+ I，不是则进入下一步骤，是则为无正确数据包接收返回O ；2)将RSARl = BNRY + 1、RSARO = O、RBCRl = O, RBCR0=4 3)DMA读数据包前为4Byre ;暂存本数据包的长度和下一个包的起始页地址；4)判断数据包是否被正确接收，是则进入下一步骤，否则为无正确数据包接收返回O; 5)将RevLength=本数据包长度一4 ；RSAR1=BNRY+1 ； RSARO = 4 ；RBCRl/0 =RevLength ； 6)DMA读整个有效数据包；将RevLength个字节存入DSP的接收数据缓冲区RevBuffer [500]； 7)BNRY指向下一个包的起始页地址一 I ; 8)判断以太网帧所携带的上层数据类型； 9)ARP报文返回I ;IP数据包返回2 ； 步骤2)中所述的报文回送包括如下步骤: 1)判断TXP是否等于0，是进入下一步骤，否则继续判断；2)判断发送包长度Count是否小于60，是则将Count= 60后进入下一步骤，否则进入下一步骤；3)设置RSARl和RSARO为发送缓冲区地址，RBCRl和RBCRO为本地DMA传送数据长度Count ； 4)远程DMA 写网卡 RAM ;CR = 0X12 ； 5)设置TPAR为发送缓冲区起始页地址，TBCRl和TBCRO为本地DMA传送数据长度Count ； 6)CR = OX3E，将TXP位置高，以启动数据包发送，并返回主循环； 步骤2)中所述的ARP报文处理包括如下步骤: 1)判断ARP报文中目标IP是否为本地IP，是进入下一步骤，否则返回主循环； 2)判断ARP报文类型，当报文是应答报文时，将应答报文中的源MAC地址存入计算机的ARP表项后返回主循环，当报文是请求报文时，进入下一步骤； 3)刷新远程计 算机的ARP表项； 4)将ARP请求帧改为ARP应答帧后返回主循环； 步骤2)中所述的ICMP和UDP报文处理包括如下步骤: 1)保存IP数据包的总长度和IP首部长度； 2)保存数据包的源IP和MAC地址作为回送地址； 3)判断IP首部的协议字段的长度，当长度为17时进入步骤5)，当长度为I时进入步骤4); 4)判断ICMP报文中的类型字段是否为8，是则发送类型字段=O的Ping回送报文后返回主循环；否则直接返回主循环； 5)对UDP包的数据部分进行用户自定义查询，或修改指令解析； 6)本地回送一个包含状态信息的UDP包给远程计算机后返回主循环。
全文摘要
一种基于以太网的液压机运动控制器以及控制系统和控制方法，逻辑电路转换单元与数字信号处理器相连接，通过中断控制实现两者之间的数据交换，并且将DSP内置的以太网控制总线、数据总线和地址总线接入FPGA中；逻辑电路转换单元与以太网数据通讯模块，实现以太网数据通讯模块与逻辑电路转换单元之间的并行数据交换。逻辑电路转换单元通过SPI总线将控制字写入A/D，期间通过数字量隔离电路进行电气隔离；外接电压信号经A/D转换为12位高精度数字信号，然后通过数字量隔离后的串行数字信号通过SPI总线传输至逻辑电路转换单元。数字信号由逻辑电路转换单元通过SPI总线传输至数字量隔离，串行数字信号通过D/A转为模拟量信号，经放大后输出。
文档编号B30B15/26GK103192545SQ20131010796
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者吴爱国, 吴国强, 张凯, 崔巍, 杜春燕, 李长滨 申请人:天津大学