POWERLINK总线与NCUC-Bus互联技术研究

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现场总线技术是高档数控系统的关键技术,但不同总线之间由于协议和架构不同无法直接互联通信。对于集成了多种总线设备的数控系统来说,需要设计总线间数据转换的装置以实现对不同总线协议数控设备的控制。本文主要针对集成了POWERLINK与NCUC-Bus两种总线的数控系统中对数据转换的需求,开发了一种支持NCUC主站与POWERLINK从站双向通信的互联装置,实现两种总线之间互联。  POWERLINK总线与NCUC-Bus互联实现的前提是POWERLINK总线自身协议的完整实现,本文在分析POWERLINK总线原理的基础上,对比不同的POWERLINK实现方案,根据工业控制领域对通信性能的要求,选择采用硬件描述语言实现链路层功能,基于微处理器的实现应用层的POWERLINK实现方案,在此基础上,从软件层面对互联装置的总体架构进行分析,并设计了互联装置的硬件平台。  POWERLINK协议包括物理层、链路层和应用层,本文首先对POWERLINK硬件协议栈进行集成,并设计底层接口用于匹配链路层与应用层数据交互过程中数据量传输和时序的差异。为了与现有软PLC开发平台进行集成以达到应用层兼容的目的,本文不采用B&R提供的openPOWERLINK协议栈中自带的CANopen应用层,而是从过程数据通信、非过程数据通信和对象字典构建三个方面开发了基于CANfestival协议栈的应用层,并设计了帧解析程序对POWERLINK数据帧进行解析。  在以上研究的基础上,本文分析了 NCUC-Bus与 POWERLINK互联方案。从NCUC从站通信模块、底层接口模块和POWERLINK主站通信模块三个关键部分对互联装置进行设计,实现了NCUC主站与POWERLINK从站的双向通信。  针对上述研究内容,本文设计实验对POWERLINK通信功能、同步性和实时性以及POWERLINK与NCUC-Bus的互联通信功能进行验证,实验结果表明本文设计的POWERLINK实现方案具有正常通信功能,实时性较基于微处理器的软件方案和基于FPGA构建软核的实现方案有所提高,NCUC主站与POWERLINK从站具备双向通信能力,证明了本方法的有效性。
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