一種數控系統中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法
【專利摘要】本發明涉及數控系統技術領域，具體地說是一種數控系統中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法。一種數控系統中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法，包括PC模塊、運動控制卡、IO板、執行機構，其特征在于：PC模塊采用數據線雙向連接運動控制卡，運動控制卡通過數字信號雙向連接IO板，IO板通過模擬量速度信號連接執行機構的輸入信號端；所述的數字信號采用RS485通信線路或者Ethernet通信線路連接。同現有技術相比，運動控制卡與IO板數字通信在穩定性上有了極大提高；大大縮短了模擬信號的傳輸距離，提高了抗干擾能力；大大削弱了溫漂的影響，提高系統的控制精度；簡化控制卡的PCB布線，縮小了控制卡的尺寸，便于安裝和現場布線，節約生產成本和安裝成本。
【專利說明】
一種數控系統中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及數控系統技術領域，具體地說是一種數控系統中提高抗干擾能力和抑 制溫漂的方法。
【背景技術】
[0002] 數控系統通常由PC應用程序、運動控制卡、執行機構和10板組成。PC應用程序負責 人機界面交互、路徑規劃、指令的發送、狀態的監控和顯示等工作;運動控制卡通常基于PCI 總線，用以實現多個步進/伺服電機的協調控制;執行機構為電機和機床等，最終執行運動 控制卡的一系列指令;10板通常專門用于數字輸入、數字輸出、D/A輸出、PWM輸出等。
[0003] 傳統的數控系統的運動控制卡和執行機構之間以模擬電壓信號來傳輸速度控制 信號。數控系統現場環境復雜，干擾嚴重。例如伺服本身就是一個強的干擾源，EMI很大，很 容易干擾模擬信號傳輸。數控機床通常情況下尺寸較大，控制卡和執行機構間的線纜將會 很長，有時會達到10米，信號容易衰減，EMC很差，線纜的延長進一步削弱了信號的抗干擾能 力。同時，傳輸線材傳輸阻抗隨溫度變化，線材越長溫漂效應也就越明顯，模擬信號的傳輸 受溫度影響也就越大。傳統的數控系統中，模擬信號的長距離傳輸嚴重影響到數控系統的 控制精度。

【發明內容】

[0004] 本發明為克服現有技術的不足，提供一種數控系統中提高抗干擾能力和抑制溫漂 的方法。
[0005] 為實現上述目的，設計一種數控系統中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法，包括 PC模塊、運動控制卡、10板、執行機構，其特征在于:PC模塊采用數據線雙向連接運動控制 卡，運動控制卡通過數字信號雙向連接10板，10板通過模擬量速度信號連接執行機構的輸 入信號端;所述的10板采用數據線雙向連接執行機構;所述的數字信號采用RS485通信線路 或者Ethernet通信線路連接。
[0006] 所述的運動控制卡工作流程如下：
[0007] (1)運動控制卡初始化；
[0008] (2)運動控制卡檢測10板是否存在，是則運動控制卡發送指令，否則繼續檢測10板 是否存；
[0009] (3)運動控制卡發送指令；
[0010] ⑷運動控制卡判斷是否接收到數據，是則處理10板返回的回應幀，否則判斷接收 數據是否超時；
[0011] (5)運動控制卡判斷接收數據是否超時，是則運動控制卡重新初始化，否則判斷10 板是否接收到數據；
[0012] (6)運動控制卡處理10板返回的回應幀；
[0013] (7)運動控制卡繼續發送指令。
[0014] 所述的10板工作流程如下：
[0015] (1)10板初始化；
[0016] (2)10板判斷是否接收到運動控制卡發送的指令，是則10板將指令轉換成模擬信 號輸出，否則判斷接收指令是否超時；
[0017] (3)10板判斷接收指令是否超時，是則10板重新初始化，否則判斷是否接收到運動 控制卡發送的指令；
[0018] (4)10板將指令進行DA轉換，將接收的數字量的速度信號轉換成模擬量的速度信 號輸出；
[0019] (5)10板采集編碼器信號，采集通用輸入信號等；
[0020] (6) 10板回應運動控制卡的指令；
[0021] (7) 10板繼續判斷是否接收到運動控制卡發送的指令。
[0022]本發明同現有技術相比，運動控制卡與10板數字通信在穩定性上有了極大提高； 大大縮短了模擬信號的傳輸距離，提高了抗干擾能力;大大削弱了溫漂的影響，提高系統的 控制精度;簡化控制卡的PCB布線，縮小了控制卡的尺寸，便于安裝和現場布線，節約生產成 本和安裝成本。
【附圖說明】
[0023]圖1為傳統的數控系統的示意圖。
[0024]圖2為本發明結構示意圖。
[0025]圖3為本發明運動控制卡及10板工作流程圖。
[0026] 圖4為RS485通信接口圖。
[0027] 圖5為Ethernet通信接口圖。
[0028] 圖6為D/A轉換電路圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面根據附圖對本發明做進一步的說明。
[0030] 如圖1所示，運動控制卡和執行機構之間以模擬電壓信號來傳輸速度控制信號。數 控系統現場環境復雜，干擾嚴重。例如伺服本身就是一個強的干擾源，EMI很大，很容易干擾 模擬信號傳輸。數控機床通常情況下尺寸較大，控制卡和執行機構間的線纜將會很長，有時 會達到10米，信號容易衰減，EMC很差，線纜的延長進一步削弱了信號的抗干擾能力。同時， 傳輸線材傳輸阻抗隨溫度變化，線材越長溫漂效應也就越明顯，模擬信號的傳輸受溫度影 響也就越大。數控系統的一般模型中，模擬信號的長距離傳輸嚴重影響到數控系統的控制 精度。
[0031] 如圖2所示，PC模塊采用數據線雙向連接運動控制卡，運動控制卡通過數字信號雙 向連接10板，10板通過模擬量速度信號連接執行機構的輸入信號端;所述的10板采用數據 線雙向連接執行機構;所述的數字信號采用RS485通信線路或者Ethernet通信線路連接。 [0032]改進的方法為運動控制卡以總線通訊的方式，將數字量的速度控制信號發送給10 板，再由10板在本地利用高精度DA轉化成模擬電壓信號，傳輸給執行機構。該方法中用抗干 擾能力很強的數字信號傳輸代替了原來的走線距離很長的模擬信號傳輸，模擬信號傳輸的 線纜長度可以縮短到1米甚至更短，大大提高了抗干擾能力和削弱溫漂的影響，在很大程度 上提尚控制精度。
[0033] 如圖3所示，運動控制卡工作流程如下：
[0034] (1)運動控制卡初始化；
[0035] (2)運動控制卡檢測10板是否存在，是則運動控制卡發送指令，否則繼續檢測10板 是否存；
[0036] (3)運動控制卡發送指令；
[0037] (4)運動控制卡判斷是否接收到數據，是則處理10板返回的回應幀，否則判斷接收 數據是否超時；
[0038] (5)運動控制卡判斷接收數據是否超時，是則運動控制卡重新初始化，否則判斷10 板是否接收到數據；
[0039] (6)運動控制卡處理10板返回的回應幀；
[0040] (7)運動控制卡繼續發送指令。
[0041 ] 10板工作流程如下：
[0042] (1)10板初始化；
[0043] (2)10板判斷是否接收到運動控制卡發送的指令，是則10板將指令轉換成模擬信 號輸出，否則判斷接收指令是否超時；
[0044] (3)10板判斷接收指令是否超時，是則10板重新初始化，否則判斷是否接收到運動 控制卡發送的指令；
[0045] (4)10板將指令進行DA轉換，將接收的數字量的速度信號轉換成模擬量的速度信 號輸出；
[0046] (5) 10板采集編碼器信號，采集通用輸入信號等；
[0047] (6)10板回應運動控制卡的指令；
[0048] (7) 10板繼續判斷是否接收到運動控制卡發送的指令。
[0049]檢測10板是否存在即控制卡和10板之間的握手動作，可以通過控制卡向10板發送 若干次，例如3次，握手指令，如表一所示，若收到回應，則握手成功，10存在;否則，10板不存 在。10板回應幀的發送可以將收到的握手幀原封不動的發給控制卡。
[0050] 控制卡向10板發送的指令包括數字量的速度信號、通用輸出信號、PWM信號等。10 板收到數字量的速度信號后會將其轉換為模擬的電壓信號發送給執行機構，同時控制卡根 據需要下發打開輸出口以及PWM的操作。
[0051] 10板向控制卡發送的回應數據幀包括當前的編碼器反饋信號、輸入信號，當前輸 出口實際狀態，當前PWM實際狀態等。10板將采集到的編碼器信號上傳給10板，同時當前的 輸入輸出口狀態以及PWM狀態將會上傳。如表二及表三所示。
[0052]如圖4所示，RS485采用全雙工收發模式，通信速率滿足數控系統信號傳輸要求，差 分信號抗干擾能力強。
[0053] 如圖5所示，Ethernet工作在100M全雙工通信模式，通信速度快，傳輸效率高，有自 動協商功能，傳輸距離遠。采用16位高精度DA芯片，低溫漂模擬量輸出，高線性度，響應速度 快。
[0054]如圖6所示，是D/A轉換電路圖；采用16位高精度AD芯片，低噪聲，高速數據采樣。
[0055] 表一為握手指令，表二為寫指令，表三為讀指令。
[0056] 表一
[0057]
[0059]表二
【主權項】
1. 一種數控系統中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法，包括PC模塊、運動控制卡、ΙΟ 板、執行機構，其特征在于:PC模塊采用數據線雙向連接運動控制卡，運動控制卡通過數字 信號雙向連接10板，10板通過模擬量速度信號連接執行機構的輸入信號端;所述的10板采 用數據線雙向連接執行機構;所述的數字信號采用RS485通信線路或者Ethernet通信線路 連接。2. 根據權利要求1所述的一種數控系統中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法，其特征 在于:所述的運動控制卡工作流程如下： (1) 運動控制卡初始化； (2) 運動控制卡檢測10板是否存在，是則運動控制卡發送指令，否則繼續檢測10板是否 存； (3) 運動控制卡發送指令； (4) 運動控制卡判斷是否接收到數據，是則處理10板返回的回應幀，否則判斷接收數據 是否超時； (5) 運動控制卡判斷接收數據是否超時，是則運動控制卡重新初始化，否則判斷10板是 否接收到數據； (6) 運動控制卡處理10板返回的回應幀； (7) 運動控制卡繼續發送指令。3. 根據權利要求1所述的一種數控系統中提高抗干擾能力和抑制溫漂的方法，其特征 在于:所述的10板工作流程如下： (1) 10板初始化； (2) 10板判斷是否接收到運動控制卡發送的指令，是則10板將指令轉換成模擬信號輸 出，否則判斷接收指令是否超時； (3) 10板判斷接收指令是否超時，是則10板重新初始化，否則判斷是否接收到運動控制 卡發送的指令； (4) 10板將指令進行DA轉換，將接收的數字量的速度信號轉換成模擬量的速度信號輸 出； (5) 10板采集編碼器信號，采集通用輸入信號等； (6 ) 10板回應運動控制卡的指令； (7)10板繼續判斷是否接收到運動控制卡發送的指令。
【文檔編號】G05B19/414GK105974889SQ201610226803
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】萬章, 王仕卿, 朱曉峰
【申請人】上海柏楚電子科技有限公司