一种数控系统的总线从站控制器的制作方法

本实用新型涉及数控技术领域，尤其涉及一种数控系统的总线从站控制器。

背景技术：

数控机床属于核心基础装备制造业，号称“工业母机”，广泛应用于汽车、航空航天、军事工业以及3C制造等领域。它反映出一个国家制造业的发达程度，是决定一个国家在精密制造成就的高精尖技术。数控系统是数控机床的“大脑”，决定着数控机床的性能、功能、可靠性等关键因素。

在数控系统中，总线处于设备的底层，有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点，不仅能使系统与外部装置之间高速传输大量的数据，从而满足高精高速的加工需求，而且能简化系统便于扩展。但长期以来，现场总线互不兼容，各家争论不休，互通与互操作问题很难解决，且存在一些设计缺陷。基于上述问题，目前现场总线技术开始转向工业实时以太网。实时以太网总线技术具有如下优点：(1)传输速度快，数据包容量大，传输距离长；(2)使用通用以太网元器件，性价比高；(3)可以接入标准以太网，利于实现“E网到底”的管控一体化目标。但是目前数控系统中的实时以太网总线技术大多是直接通过通信模块进行主站与从站之间的通信，这种通信结构兼容性差、抗干扰能力差，并且不便于功能扩展，基于该问题，亟需相关技术人员提出有效的解决方案。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种数控系统的总线从站控制器，能够提高数控系统中实时以太网总线的兼容性和抗干扰能力，并且便于功能扩展。

为了达到上述目的，本实用新型提出了一种数控系统的总线从站控制器，每个总线从站控制器作为一个从站，并且一个或多个从站串联连接后与主站连接；每个总线从站控制器包括：相互连接的主控芯片和从站通信芯片。

主控芯片，用于控制从站通信芯片通过实时以太网总线与主站和/或其它从站相连。

从站通信芯片，用于与主站和/或其它从站之间进行数据交互。

其中，主控芯片与从站通信芯片为两个独立的单元。

可选地，主控芯片包括一个或多个扩展接口。

可选地，扩展接口包括手轮接口。

手轮接口用于与外部手轮设备相连。

可选地，手轮接口包括：五个轴控制口、三个倍率控制口和两个正交编码器接线口。

可选地，扩展接口包括串行接口，用于与串口转通用串行总线USB接口芯片相连。

可选地，扩展接口包括信号采集接口。

信号采集接口通过第一光耦电路与外部设备的输出端口相连，用于采集外部设备的实时数据。

可选地，扩展接口包括信号输出接口。

信号输出接口通过隔离保护芯片和第二光耦电路与外部设备的继电器相连，用于向继电器输出控制信号，通过继电器控制外部设备。

可选地，从站通信芯片采用并行连接HBI模式与主控芯片进行数据传递。

可选地，从站通信芯片依次通过第一物理层PHY芯片和第一网络变压器与第一以太网接口相连；并且依次通过第二物理层PHY芯片和第二网络变压器与第二以太网接口相连。

其中，第一以太网接口和第二以太网接口中一个作为输入接口，一个作为输出接口。

可选地，当总线从站控制器位于主站和另一个从站之间时，输入接口与主站相连；输出接口与另一个从站相连。

当总线从站控制器位于两个从站之间时，输入接口与相邻的一个从站相连；输出接口与相邻的另一个从站相连。

可选地，从站通信芯片与带电可擦可编程只读存储器EEPROM芯片相连，用于存储可扩展标记语言XML文件；XML文件为从站通信芯片的描述性文件。

可选地，从站通信芯片的地址线分别配置为从站内存的地址。

从站通信芯片的数据线分别配置为与相邻的主站和/或从站之间进行数据传输。

从站通信芯片的中断单元用于当主站要求与从站进行数据交互时，触发中断信号，通知主控芯片进行数据的交互。

与现有技术相比，本实用新型包括：一种数控系统的总线从站控制器，该总线从站控制器包括：相互连接的主控芯片和从站通信芯片。主控芯片，用于控制从站通信芯片通过实时以太网总线与主站和/或其它从站相连。从站通信芯片，用于与主站和/或其它从站之间进行数据交互。其中，主控芯片与从站通信芯片为两个独立的单元。通过本实用新型的方案，增加了主控芯片，减少了从站通信芯片的工作量，并且将主控芯片与从站通信芯片分别设置在两个不同的电路板上，使得主控芯片和从站通信芯片分为两个独立的单元，提高了整个总线从站控制器的抗干扰能力；并且两者之间仅通过HBI连接，提高了数据传输效率；另外，主控芯片包括多个输入输出IO接口，便于整个控制器的功能扩展，增强了系统的兼容性。

附图说明

下面对本实用新型实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本实用新型的进一步理解，与说明书一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限制。

图1为本实用新型实施例的数控系统的总线从站控制器整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的从站通信芯片与主控芯片连接示意图；

图3为本实用新型实施例的主控芯片的扩展接口示意图；

图4为本实用新型实施例的光耦电路连接示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述，并不能用来限制本实用新型的保护范围。

为了达到上述目的，本实用新型提出了一种数控系统的总线从站控制器，每个总线从站控制器作为一个从站，并且一个或多个从站串联连接后与主站连接；每个总线从站控制器包括：主控芯片11和从站通信芯片12，如图1所示。

主控芯片11，用于控制从站通信芯片12通过实时以太网总线与主站10和/或其它从站20相连。从站通信芯片12，用于与主站10和/或其它从站20之间进行数据交互。

其中，主控芯片11与从站通信芯片12为两个独立的单元。

在本实用新型实施例中，为了提高数控系统数据传输过程的抗干扰能力，并增强系统的兼容性，在原有的总线从站控制器的基础上增加了主控芯片11，该主控芯片11与从站通信芯片12共同组成了一种新型的总线从站控制器，接收主站发送的控制命令，并将所述控制命令通过HBI模式进行并行数据通信传输给从站通信芯片12，其中，从站通信芯片12与主站10和另外一个相邻的从站20相连，或者与相邻的另外两个从站相连。从站通信芯片12接收控制信号，并根据该控制信号与主站和/或从站进行数据交互，从而实现数控机床高速高精平滑的运动控制，并且具有三轴、四轴联动、五轴控制功能，可实现自动换刀、自动对刀等机床控制功能。

在本实用新型实施例中，主控芯片11通过并行总线与从站通信芯片12相连，共同组成一个总线从站控制器，作为总线上的一个从站节点，控芯片11与从站通信芯片12通过HBI模式进行并行数据通信，可以控制从站通信芯片12实现主站节点与从站节点、从站节点与从站节点之间的数据交互。实时以太网总线技术在数控系统中的应用有效地提高了数据的传输速度和稳定性。

在本实用新型实施例中，主控芯片11与从站通信芯片12为两个独立的单元，在总线从站控制器中分双层结构，主控芯片与从站通信芯片各处一层，相互独立，减少了彼此之间的信号干扰，提高了控制数据的准确性和稳定性。

在本实用新型实施例中，主控芯片11与从站通信芯片12可以根据不同的应用场景选择任何可以实施的芯片，在此对于上述两个芯片的具体型号、类型和性能均不做限制。可选地，主控芯片11可以为STM32F407ZGT6；从站通信芯片12可以为ET1100。

可选地，从站通信芯片12采用并行连接HBI模式与主控芯片进行数据传递。

在本实用新型实施例中，现有的从站通信芯片12中通常可以提供两种与主控芯片11进行连接的方式，分别是并行接口连接(HBI)和串行接口连接(SPI)，这两种连接方式中以HBI并行连接的传输量及传输速率最大，所以采用HBI并行的方式与主控芯片11(如STM32F407ZGT6)进行连接。具体地，主控芯片STM32F407ZGT6使用FSMC接口驱动HBI总线，与从站通信芯片ET1100相连，进行数据的传递，HBI总线为并行数据传输，提升了数据的交互速度，通信更便捷。

可选地，从站通信芯片12的地址线分别配置为从站内存的地址；从站通信芯片12的数据线分别配置为与从站内存之间进行数据传输；从站通信芯片12的中断单元用于当主站要求与从站进行数据交互时，触发中断信号，通知主控芯片11进行数据的交互。

在本实用新型实施例中，下面以主控芯片为STM32F407ZGT6，从站通信芯片12为ET1100时为例进行说明。HBI总线分为地址端口121、数据端口122、片选端口123、读/写使能端口124、中断端口125、及同步模式中断端口126，如图2所示。从站通信芯片ET1100的地址端口从A0至A14共15根地址线，其内容为需要配置的从站内存的地址；数据端口从D0至D15共16根数据线，用于配置从站内存地址的数据，进行数据的并行传递；从站通信芯片ET1100的片选端口/NE1用于选择是否采用此从站芯片为通信芯片；从站通信芯片ET1100的写使能端口/NWE与主控芯片STM32F407ZGT6的/NWE端口连接，当需要对从站通信芯片ET1100进行写命令时，使能此端口；从站通信芯片ET1100的读使能端口/NOE与主控芯片STM32F407ZGT6的/NOE端口连接，当需要对从站通信芯片ET1100进行读命令时，使能此端口；从站通信芯片ET1100具有中断端口/IRQ，通信周期内，当主站要求与从站进行数据交互时，从站通信芯片ET1100触发中断信号，通知主控芯片STM32F407ZGT6进行数据的交互；从站通信芯片ET1100具有同步信号/LATCH0_1、/LATCH1_1端口，在同步周期模式时，各从站需同步进行命令的执行，此信号由主站控制。

当主站输出事件发生时，产生中断请求IRQ中断信号，在SM模式下：主控芯片STM32F407ZGT6进入中断处理函数，触发读使能信号，从从站通信芯片ET1100内存通过HBI读取数据，在应用程序中对数据进行处理，并且采集数据，然后主控芯片触发写使能信号，将数据放入发送缓冲区供主站读取。在DC模式下，进入中断处理函数并等待Sync0信号，主控芯片STM32F407ZGT6触发读取信号，读取数据进行处理，并扫描外部信号，等待Sync1信号，触发写使能，将数据放入发送缓冲区，等待主站读取数据。本实用新型实施例的总线从站控制器可以在SM模式下运行。

可选地，从站通信芯片12依次通过第一物理层PHY芯片127和第一网络变压器128与第一以太网接口21相连；并且依次通过第二物理层PHY芯片和第二网络变压器与第二以太网接口22相连，如图2所示。

在本实用新型实施例中，PHY芯片127、网络变压器128以及从站输入输出接口均可以根据不同的应用场景选择任何可以实施的芯片，在此对于上述芯片的具体型号、类型和性能均不做限制。在本实用新型实施例中，第一物理层PHY芯片与第二物理层PHY芯片可以选择完全相同的芯片，第一网络变压器和第二网络变压器可以选择完全相同的变压器，第一以太网接口和第二以太网接口可以选择完全相同的接口。可选地，该PHY芯片127可以是KS87216L芯片，网络变压器128可以是H1102，从站输入接口21和从站输出接口22均可以是网口RJ45。可选地，ET1100通过PHY芯片KS8721BL、网络变压器H1102与网口RJ45相连，PHY芯片实现数据编码、译码和收发，通过标准的以太网物理层接口，即网口RJ45进行数据的交互。

在本实用新型实施例中，主控芯片11与外部输入输出设备之间的输入单元和输出单元相互分离，避免了输入信号和输出信号的相互干扰，并且主控芯片11上可以连接多组输入单元和输出单元，用于与不同的输入输出设备进行数据的输入与输出交互。

可选地，从站通信芯片12与带电可擦可编程只读存储器EEPROM芯片相连，用于存储可扩展标记语言XML文件；XML文件为从站通信芯片的描述性文件。

在本实用新型实施例中，从站通信芯片ET1100可以使用其引脚G11和F11作为EEPROM通信，与EEPROM芯片相连，用于存储XML文件，其通信协议可以为I2C。

可选地，主控芯片11包括一个或多个扩展接口。

在本实用新型实施例中，为了增加主控芯片11的可扩展功能，在主控芯片11上可以预留有一个或多个扩展接口，可选地，该扩展接口可以包括：手轮接口111、串行接口112、信号采集接口113以及信号输出接口114，如图3所示。下面分别对每个扩展接口进行介绍。

可选地，扩展接口包括手轮接口111。手轮接口111用于与外部手轮设备40相连。

在本实用新型实施例中，为了实现功能扩展，在主控芯片11上可以预留手轮接口111，该手轮接口111用于与外部手轮设备40相连。以STM32F407ZGT6芯片为例，STM32F407ZGT6的定时器具有编码器模式，通过配置相关寄存器，可以实现对外部连接的外部手轮设备40进行手轮计数。

可选地，手轮接口包括：五个轴控制口、三个倍率控制口和两个正交编码器接线口。

在本实用新型实施例中，手轮接口可以包括五轴：X、Y、Z、A、B；三个倍率：X1、X10、X00；正交编码器线端：PULES-GEN-A、PULES-GEN-B；开关：PAUSE/SL。每个接线端通过光耦隔离，使得外部设备无法影响到主控芯片11的稳定工作，可选地，该光耦隔离可以采用EL357N芯片实现，其具体接线图如图4所示，手轮接口中每个接口的连接方式可以通过该实施例电路进行连接。手轮为5V供电，连接端子可以为DB头25针连接器。

可选地，扩展接口包括串行接口112，用于与串口转通用串行总线USB接口芯片相连。

在本实用新型实施例中，主控芯片11还可以包括串行接口112，用于与串口转通用串行总线USB接口芯片相连，该USB接口芯片与USB接口50相连。

在本实用新型实施例中，主控芯片11仍以STM32F407ZGT6为例进行说明，STM32F407ZGT6的串口1引脚可以作为串行接口112，通过USB接口芯片与USB接口50相连，此USB接口50方便了板卡的调试，主控芯片11可以通过USB来烧写程序，使得文件的烧写更简单易用。可选地，USB接口芯片可以为CH340G芯片，此芯片为串口转USB芯片。

可选地，扩展接口包括信号采集接口113。

信号采集接口113通过第一光耦电路与外部设备60的输出端口相连，用于采集外部设备60的实时数据。

在本实用新型实施例中，为了及时获取外部设备60，如数控机床等的相关信息，如状态信息、环境信息等，主控芯片11还会设置信号采集接口113，用于对外部设备60进行数据采集。为了避免外部设备60对主控芯片11的干扰，在信号采集接口113与外部设备之间连接有第一光耦电路。可选地，该第一光耦电路可以采用EL357N芯片。EL357N芯片的前端可以接有三个电阻，当电压小于18v时，光耦不工作，当电压范围在>18v时，才可采集到输入信号，并通过二极管保护EL357N芯片。

可选地，扩展接口包括信号输出接口114。

信号输出接口通过隔离保护芯片和第二光耦电路与外部设备60的继电器相连，用于向继电器输出控制信号，通过继电器控制外部设备60。

在本实用新型实施例中，由于主控芯片11还可以向外部设备60发送控制信息，因此，主控芯片11还可以包括信号输出接口114。为了避免外部设备60对主控芯片11的干扰，在信号输出接口114与外部设备60之间可以依次连接两组隔离保护芯片和一组光耦电路，即上述的第二光耦电路。可选地，该隔离保护芯片可以采用MC1413芯片，第二光耦电路也可以采用EL357N芯片。EL357N芯片的输出端为+24v，驱动继电器输出。

可选地，主控芯片11还包括电源接口115。

在本实用新型实施例中，电源接口115与主控芯片11的供电电源相连，电源接口115可以为插拔端子接口，并且可以设置电源指示灯，电源指示灯在电源接入后维持常亮状态以指示电源接通。

与现有技术相比，本实用新型包括：一种数控系统的总线从站控制器，该总线从站控制器包括：相互连接的主控芯片和从站通信芯片。主控芯片，用于控制从站通信芯片通过实时以太网总线与主站和/或其它从站相连。从站通信芯片，用于与主站和/或其它从站之间进行数据交互。其中，主控芯片与从站通信芯片为两个独立的单元。通过本实用新型的方案，增加了主控芯片，减少了从站通信芯片的工作量，并且将主控芯片与从站通信芯片分别设置在两个不同的电路板上，使得主控芯片和从站通信芯片分为两个独立的单元，提高了整个总线从站控制器的抗干扰能力；并且两者之间仅通过HBI连接，提高了数据传输效率；另外，主控芯片包括多个输入输出IO接口，便于整个控制器的功能扩展，增强了系统的兼容性。

需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本实用新型的保护范围，在不脱离本实用新型的实用新型构思的前提下，本领域技术人员对本实用新型所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本实用新型的保护范围之内。