SoftSERCANS技术及其在数控系统中的应用.pdf

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SoftSERCANS技术及其在数控系统中的应用梁宏斌，王永章引言间的信息交换能力直接影响数控系统的性能。从20世纪70年代起，控制器已由硬件电路控制提升CNC)。而近些年来，数字式伺服系统由于具有高的数字通信协议，但采用这些协议进行通信的系统SERCOS的演化及SoftSERCANS的特点1995年，SERCOS接口协议被确定为国际标准，它文章编号：1006—5911(2004)11—1433一04数控系统包括控制器和伺服传动系统，它们之为计算机数字控制(Computer速、高精度和无漂移等特点，发展非常迅速，已经在数控系统中得到广泛应用。目前，数字式控制器和数字式伺服系统之间传统的+／一10V模拟接口已经成为制约数控系统发展的瓶颈[1]。为了解决这个问题，很多伺服系统和CNC制造商都制定了自己是典型的封闭式系统，各厂家的产品不具备互换性，限制了它们更广泛的应用。直到出现SERCOS接口，这个瓶颈才真正地被打碎[z’3]。SERCoS的发展历史及其接口特点SERCOS是一种用于CNC和数字伺服传动系统之间通信的数字接口和数据交换协议，能够实现工业控制计算机与数字伺服系统、传感器和可编程控制器I／O口之间的实时数据通信。1990年，德国一些著名CNC和伺服系统制造商与斯图加特大学等共同制定了SERCOS协议，该协议规定了CNC和伺服系统间接口的传输介质、拓扑结构、报文格式、数据内容及数据交换协议等。也是目前用于数字伺服和传动数据通讯的唯一国际标准。SERCOS接口具有以下应用特点[4~7]：(1)环形拓扑结构使配线减少到最少，使用光缆使系统避免了电磁干扰并保证了同步高速数据交换率。(2)在标准化的运行环境下交换所有的数据、参数和指令。(3)使众多诊断数据的导入和伺服系统参数设定成为可能。(4)来自不同制造商的CNC和伺服系统能结第10卷第11期4年11月计算机集成制造系统(哈尔滨工业大学机械制造及自动化系，黑龙江哈尔滨150001)摘要：SERCOS接口是用于数控系统和数字式伺服驱动器之问通信的唯一国际标准，目前已经在世界范围内得到广泛应用；而softsERCANs是SERCOS接口的软件进化。概述了SERCOS接口的产生背景、发展过程及应用特点；分析了softSERCANS的通讯机理和工作过程；阐明了SoftSERCANS的实时性，并结合自行开发的开放式全数字三轴数控铣床介绍了softSERcANS在数控领域的具体应用；最后，指出了softSERCANs技术的应用前景及对数控市场的重大影响。SoftsERCANS技术的应用，不仅提升数控技术，还有可能改变数控系统的生产方式，进而改变数控系统的市场现状。关键词：数控；接口；实时性中图分类号：TP273+．5文献标识码：A0Numeric1ComputerManufacturingControl，1．1收稿日期：2003—10—30；修订日期：2004一03一03。作者简介：梁宏斌(1967一)，男，辽宁鞍山人，哈尔滨工业大学机械制造及自动化系博士研究生，主要从事开放式数控系统、可重构制造系统和CIMS等研究。E—mail：[e-mail]。2IntegratedSystemsV01．10No．11NOV．2004
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羹誓坠；兰驷：．惑琶冀婴回垂!躯亚l；：㈣5譬。斋黧导翕笔骗1’。S腻ERC∞AN藏。藿砸茴十—_-舸：．嬲搿能I围I内燃区㈣％‘嚣舢[二叵]i[巫口回鸯．}==主童翌竖尘塑瞥厂!生-]1．专用cNc完成[堕巫垄型n磊五翮1COS接口的难度，1995年，Rexroth如同一个“黑箱”。图1为SERCANS和CNC之间!。l实时操作系统l§Q￡±§堡匹△Ⅸ§雨矿蕊丽菘丌面习SoftSERCANS工作原理动系统之间传递信息，所有信息都必须以报文的形(1)主站同步报文(Master(3)伺服传动报文(Drive从图3可以看到，CNC只对共享内存区进行操合使用。SERCOS接口已成为数控系统的发展方向，这一趋势在工厂自动化领域越来越明显。但使用SERCOS接口需要一个非常复杂的初始化过程，妨碍了SERCOS接口的应用。为了降低应用SER—Indramat公司开发了一种主动式的SERCOS主站卡，叫做SER—CANS，它自动地初始化并管理SERCOS环，使SERCOS内部机制对于CNC系统开发人员而言，的通信接口。它是一个双口RAM(DPR)，可以用函数来指定双口RAM地址，CNC可以依靠周期性的中断对双口RAM进行读写操作。因为SER—CANS消除了初始化和管理控制环所需要的软件开发工作量，显著地降低了SERCOS应用的门槛。迄今为止，世界上已有70多个数控系统生产商使用SERCANS，通过这些年的广泛应用，SERCANS技术已经