【摘 要】
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PROFINET是由西门子公司和PROFIBUS国际组织推出的新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准,适用于多种工业控制领域,在我国有广大的应用市场。但由于当前国产基于PROFINET的伺服产品较少且实时性能较差,不利于国产伺服品牌竞争力的提升。针对以上问题,本文提出了一种基于ERTEC200P的PROFINET伺服从站接口实现方案。在分析PROFINET通信系统从站结构基础上,根据伺服从站的功
【基金项目】
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国家重大研发计划“网络协同制造和智能工厂”项目:高效精密数控机床产业集聚区域的网络协同制造基础技术研究与应用示范,项目编号:SQ2019YFB1707300; 广东省“智能机器人和装备制造”重大科技专项:智能型五轴精密小龙门数控加工中心研发及产业化,项目编号:2020B090927001; 东莞市创新团队项目:智能机器人总线式控制及伺服驱动系统成套产品开发及产业化,项目编号:20153600210
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PROFINET是由西门子公司和PROFIBUS国际组织推出的新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准,适用于多种工业控制领域,在我国有广大的应用市场。但由于当前国产基于PROFINET的伺服产品较少且实时性能较差,不利于国产伺服品牌竞争力的提升。针对以上问题,本文提出了一种基于ERTEC200P的PROFINET伺服从站接口实现方案。在分析PROFINET通信系统从站结构基础上,根据伺服从站的功能需求,利用ERTEC200P的通信专用资源,基于课题组成熟的伺服控制算法,结合STM32F407主控芯片,设计了PROFINET伺服从站接口总体硬件结构和软件架构。基于PROFINET从站链路层通过槽与子槽进行数据传输的特性,采用e COS实时操作系统,引入优先级抢占调度算法,结合ERTEC200P的底层函数接口,设计了链路层三种通信任务的线程切换和处理流程,并采用在线仿真的方式进行模块验证。通过研究PROFIdrive通用轴对象的组成结构,采用共享内存作为传输媒介,结合轮询握手和中断时序设计的方式,设计了应用层的链路数据传输API,实现了高互换性的PROFINET从站应用层;在此基础上,研发了符合PROFIdrive规范的通用速度状态机、位置传感器状态机和故障缓冲器,通过Bit Map映射算法提高故障信息上传的稳定性,实现了实时的电机功率状态切换控制、定位控制和故障响应。针对PROFINET速度模式下控制指令更新周期长的问题,在AC4应用类基础上,引入动态伺服控制功能,结合通信主站的中心插补算法,以伺服控制周期进行位置环插补计算,实现伺服的闭环位置控制模式,提升了总线系统的控制刚度。搭建了系统测试平台,进行了周期通信、非周期参数读写、故障诊断以及运动控制等功能测试。在此基础上,完成了接口兼容性、稳定性和同步性测试。实验结果表明,本文设计接口完整实现了伺服驱动器所需的通信功能和运动控制功能,且兼容常见PROFINET主从设备,同步抖动仅为±13ns,运行稳定,验证了本文方案的可行性和优良性能。
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