一种驱动器实时同步通信装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工业控制技术，特别涉及一种驱动器实时同步通信装置。
【背景技术】
[0002]控制领域中有众多的数据处理需要进行同步，例如，机械臂机器人的多轴同步等。此时，实时性便是控制系统的重要指标。然而，在现有技术中，应用较多的现场通信总线CAN、ISA等总线，速率低、延时大，难以实现大量数据的实时传输。而且，基于以太网的很多协议，例如，Modbus/TCP、Etherne t/IP、Power I ink、EPA、PR0FINET RT 等，协议桟都是通过软件实现，一般都无法达到小于Ims的实时同步要求。
【实用新型内容】
[0003]有鉴于此，本实用新型提供一种驱动器实时同步通信装置，从而可以硬件的方式实现了以太网协议报文的通信，满足实时性同步要求。
[0004]本实用新型的技术方案具体是这样实现的:
[0005]—种驱动器实时同步通信装置，该装置包括:主控制板、EtherCAT通信模块、功率驱动板和存储器；
[0006]所述主控制板与所述EtherCAT通信模块使用并行总线或串行外设接口连接；
[0007]所述EtherCAT通信模块，用于基于EtherCAT协议进行数据的接收和发送，将所接收的数据和/或提取得到的EtherCAT数据发送给所述主控制板和存储器，以完成数据通信功能；
[0008]所述主控制板中设置有数字信号处理器和状态机，所述数字信号处理器用于根据接收到的数据，按照预设的电机驱动策略，通过功率驱动板对外接电机进行驱动，并对预设在所述主控制板中的状态机按照“初始化-预运行-安全运行-运行”的顺序逐级进行切换操作，完成主站在所述EtherCAT通信模块中的应用层状态控制寄存器中所指定的状态跳转；
[0009]所述存储器，用于存储所接收到的数据，根据读取指令将相应的数据发送给EtherCAT通信模块，并通过所述EtherCAT通信模块完成与主站之间的数据交换。
[0010]较佳的，所述EtherCAT通信模块包括=EtherCAT通信控制器和两个物理层芯片；
[0011]所述EtherCAT通信控制器，使用EtherCAT协议进行数据的接收和发送，从所接收到的EtherCAT帧中提取EtherCAT数据，并将所提取的EtherCAT数据发送给所述主控制板和存储器，或者将要发送的数据插入EtherCAT帧中，并完成EtherCAT帧的发送；
[0012]所述物理层芯片与所述EtherCAT通信控制器之间采用媒体独立接口MII进行连接，所述物理层芯片用于数据编码和电平转换。
[0013]较佳的，EtherCAT通信控制器中设置有EtherCAT数据链路层、物理层协议和应用层状态控制寄存器。
[0014]较佳的，所述主控制板中的状态机有五种状态:
[0015]初始化状态、预运行状态、安全运行状态、运行状态和引导状态。
[0016]较佳的，所述主控制板，还用于初始化数字信号处理器与EtherCAT通信控制器，选择过程数据接口类型，使能EtherCAT通信控制器的中断服务，初始化CoE对象字典，设置邮箱与过程数据的缓存通道初始参数，设置EtherCAT协议相关变量；
[0017]较佳的，所述主控制板完成主站在所述EtherCAT通信模块中的应用层状态控制寄存器中所指定的状态跳转包括:
[0018]主站通过发送网络报文，改变所述EtherCAT通信模块中的应用层状态控制寄存器中第一指定区域的值；
[0019]所述主控制板，还用于读取所述应用层状态控制寄存器中第一指定区域的值，并将主控制板中的状态机切换到与所读取的值相对应的状态;如果切换成功，则将结果写入所述应用层状态控制寄存器中第二指定区域;根据当前状态设置同步存储或现场总线存储管理单元通道参数，启动或停止所处理的数据服务类型；如果切换失败，则维持原状态不变，并给出错误标志指示，将错误码写入到所述应用层状态控制寄存器的第三指定区域。
[0020]较佳的，所述第一指定区域为应用层状态控制寄存器中的(0x120?0x121);
[0021]所述第二指定区域为所述应用层状态控制寄存器中的(0x130?0x131);
[0022]所述第三指定区域为所述应用层状态控制寄存器中的(0x134?0x135)。
[0023]较佳的，所述主控制板，还用于完成非周期性数据与过程数据通信的通道参数设置以及通信数据的处理，实现邮箱数据与实时过程数据的通信服务；当启动过程数据通信服务后，以查询或中断模式处理周期性过程数据。
[0024]较佳的，所述EtherCAT通信控制器对外的与所述数字信号处理器之间的接口为串行外设接口或者微控制器接口。
[0025]较佳的，所述EtherCAT通信控制器与所述物理层芯片之间的接口为EBUS接口或者媒体独立接口接口 ；
[0026]所述EtherCAT通信控制器与所述存储器之间的接口为IIC接口。
[0027]较佳的，所述功率驱动板为绝缘栅双极型晶体管功率驱动板。
[0028]较佳的，所述外接电机为永磁同步电机。
[0029]较佳的，所述EtherCAT通信控制器中采用IEEE1588分布时钟。
[0030]如上可见，在本实用新型所提供的驱动器实时同步通信装置中，由于使用了主控制板和基于EtherCAT协议的EtherCAT通信模块，因此通过硬件的方式实现了以太网协议报文的通信，所有设备串行连接，构成环路后原路返回，充分利用了以太网的全双工特性，可满足实时性同步要求。另外，在本实用新型的技术方案中，主控制板中采用DSP方式实现驱动器，可满足大数据量处理的要求。
【附图说明】
[0031]图1为本实用新型实施例中的驱动器实时同步通信装置的结构示意图。
[0032]图2为本实用新型实施例中的EtherCAT通信协议的报文结构图。
[0033]图3为本实用新型实施例中的主从站通信示意图。
[0034]图4是本实用新型的一个具体实施例中的驱动器实时同步通信装置的原理框图。【具体实施方式】
[0035]为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
[0036]目前，以太网技术发展迅猛，应用十分广泛，而且具有高可靠性、低成本、高带宽等特点，因此，工控领域也开始利用以太网来传输数据。其中，EtherCAT(Ethernet ControlAutomat1n Technology)就是一种利用以太网报文进行工业控制数据传输的一种通信协议。
[0037]在常见的以太网中，网络中的所有连接点都可能收发数据包，报文的顺序和解包延时不稳定，且重复性的收包、解包过程浪费大量的时间，是影响网络实时性的根本原因。
[0038]EtherCAT通信协议基于以太网帧，规范了报文的发送次序，采用主从通信。一个主站连接多个从站设备，所有从站设备信息整合在一个以太网数据包中，当主站发起的报文经过每个从站设备时，每个从站控制芯片会检查是否有自已的过程数据，如果有自已的过程数据，则将自已的过程数据读取到本地内存，或将数据插入到报文相应的数据区中，完成过程数据的交换，该过程只有几纳秒的时间延迟。不仅降低了数据包传送的时延，且延时可控，充分利用了以太网的全双工特性。
[0039]在上述通信过程中，报文经过最后一个从站处理后，再依次返回到第一个从站，最终由第一个从站将响应报文直接发给主站。因此，在本实用新型的技术方案中，为了加快协议解析报文的速度，EtherCAT协议可以采用硬件完成网络协议栈的解析，从而不仅可以大大减少网络报文的处理延时，而且具有近百兆带宽。
[0040]因此，本实用新型的技术方案中提供了一种驱动器实时同步通信装置。
[0041]图1为本实用新型实施例中的驱动器实时同步通信装置的结构示意图。图3为本实用新型实施例中的主从站通信示意图。如图1和图3所示，本实用新型实施例中的驱动器实时同步通信装置主要包括:主控制板11、EtherCAT通信模块12、功率驱动板13和存储器14;
[0042]所述主控制板11与所述EtherCAT通信模块12使用并行总线或串行外设接口(SPI，Serial Peripheral Interface)连接；
[0043]所述EtherCAT通信模块12，用于基于EtherCAT协议进行数据的接收和发送，将所接收的数据和/或提取得到的EtherCAT数据发送给所述主控制板11和存储器14，以完成数据通信功能；
[0044]所述主控制板11中设置有数字信号处理器和状态机，所述数字信号处理器用于根据接收到的数据，按照预设的电机驱动策略，通过功率驱动板13对外接电机进行驱动，并对预设在所述主控制板11中的状态机按照“初始化-预运行-安全运行-运行”的顺序逐级进行切换操作，完成主站在所述EtherCAT通信模块12中的应用层(AL)状态控制寄存器中所指定的状态跳转；
[0045]所述存储器14，用于存储所接收到的数据，根据读取指令将相应的数据发送给EtherCAT通信模块12，并通过所述EtherCAT通信模块12完成与主站之间的数据交换。
[0046]在本实用新型的技术方案中，可以将上述所提供的驱动器实时同步通信装置作为一个EtherCAT从站，并通过图3所示的通信方式与主站进行通信。
[0047]较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述功率驱动板可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)功率驱动板。
[0048]较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述主控制板中设置有数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processer)，简称DSP处理器。所述DSP处理器中具有哈佛结构，数据总线和地址总线分开，因此处理数据的速度快。
[0049]较佳的，在本实用新型的具体实施例中，可以在DSP处理器中预设相应的驱动器变换算法，从而可以方便地按照预设的电机驱动策略对电机进行驱动。
[0050]较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述外接电机可以是永磁同步电机。
[0051 ]较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述EtherCAT通信模块包括= EtherCAT通信控制器(ESC)和两个物理层芯片；
[0052]所述EtherCAT通信控制器(ESC)，使用EtherCAT协议进行数据的接收和发送，从所接收到的EtherCAT帧中提取EtherCAT数据，并将所提取的EtherCAT数据发送给所述主控制板和存储器，或者将要发送的数据插入EtherCAT帧中