CAN总线在组合机床电控系统通信中的应用

一、引言

现代组合机床装备了大量的电子设备来满足加工精度、加工速度等要求,如果采用常规的点到点方式,直接把12V/24V电源连到负载设备上(如电机、液压泵等),用开关使电路闭合,势必造成导线数量不断增加,而有限的布线空间则在相对减少。此外,这些电控单元还要进行复杂的控制决策运算,包括从周边设备收集信息,发出控制命令,再根据反馈的信息做下一步的决策等。这一过程需要不同的电控单元之间进行通信,彼此影响。这些是不能通过简单的连接所能实现的。

有多种信息传输手段可以实现不同的电控单元之间的通信,如常用的RS-232、RS-485和CAN。RS-232虽然应用广泛,但是传输速率较低,传输距离较短,抗干扰能力较差,而且最重要的是它只适合点对点的连接方式；RS-485也是一个常用的通信规范,它可以实现半双工的总线型的网络,总线上允许连接多收发器,即具有多站能力；而CAN(控制器局域网)具有现场总线的特征,与RS-485相比,CAN的信号形式更适合于热插拔,而且它的网络层协议在满足模块间通信高实时性要求的同时,与定时触发的TIP相比更适合不定时传送信息的要求。CAN继承了集散控制系统(DCS)的优点,可以更方便地构建模块间通信网络。

本文介绍利用CAN总线,实现组合机床电控系统间通信的系统设计与应用,给出模块控制器以及监控PC机的CAN总线接口的硬件设计,和应用层协议软件的设计思路。

二、系统的描述

●系统的组成及网络结构

系统的组成如图1所示,系统由监控主机、并联组合机床电控的数据采集模块和CAN总线组成。

本文研究的组合机床采用了上述CAN总线接口的微处理器系统。该系统包括数据采集和加工过程控制两部分,前者由挂接在CAN总线上的数据采集单元完成,主要是从总线上收集有关组合机床的运行数据(由组合机床上的控制单元提供),进行一些基本的数据处理和诊断,如有关传感器、执行器是否失效,然后将有关数据和加工状况存储在扩展的EPROM中,在适当时刻将存储的数据通过RS232总线上传到监控主机(PC)进行分析。实际上可以直接把PC机挂接在CAN总线上。加工过程控制运行在PC机上,主要是处理由数据采集系统发送的数据,如动力头转速、进给量、切削深度等。这种分层处理的好处在于可以更好地利用PC数据处理能力以及已有的一些控制软件资源,并且可以脱机处理。