專利名稱：基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器以及控制系統(tǒng)和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制裝置。特別是涉及一種基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器以及控制系統(tǒng)和控制方法。
背景技術(shù)：
目前我國的工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的階段，同時(shí)，在生產(chǎn)自動(dòng)化程度越來越高的今天，對(duì)各類控制器的需求大大增加。在航空航天、大型裝備制造、電子信息等高新領(lǐng)域中，對(duì)控制器的穩(wěn)定性、抗干擾性、精度、速度等指標(biāo)提出了更高的要求。但現(xiàn)如今國內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制器市場仍是國外產(chǎn)品占據(jù)大部分份額，而高水平的控制器市場幾乎被幾家國外公司壟斷，也就是說我國現(xiàn)在缺乏一種自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本高可靠性運(yùn)動(dòng)控制器。
在大型液壓機(jī)生產(chǎn)行業(yè)，一方面受制于國外生產(chǎn)的運(yùn)動(dòng)控制器的技術(shù)壟斷，我國國產(chǎn)液壓機(jī)一直無法具備完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，另一方面，大型液壓機(jī)作為控制對(duì)象，其信號(hào)類型、規(guī)格要求都有其獨(dú)特之處，而實(shí)際應(yīng)用中多采用通用的運(yùn)動(dòng)控制器，這樣由于信號(hào)特點(diǎn)、規(guī)格要求的不匹配，給生產(chǎn)者帶來很多不便，同時(shí)也會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)。
所以說，開發(fā)一款具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，能夠較大限度匹配液壓機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制器是有意義的。
多缸液壓機(jī)主要包括上位機(jī)、液壓缸組、滑塊、機(jī)架、油泵組、油箱、檢測裝置和控制系統(tǒng)。當(dāng)液壓機(jī)工作時(shí)，油泵將高壓液壓油從油箱抽取進(jìn)油路；液壓油經(jīng)過比例伺服閥進(jìn)入液壓缸組，驅(qū)動(dòng)滑塊運(yùn)行?；瑝K的速度和調(diào)平控制是通過不斷的調(diào)節(jié)油路中比例伺服閥的開度，從而改變液壓缸的液壓油的流量來實(shí)現(xiàn)的。
以80MN多缸鍛造液壓機(jī)為例如

圖1所示，各組成部分如下表:
權(quán)利要求
1.一種基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于，包括邏輯電路轉(zhuǎn)換單元(1)，連接在邏輯電路轉(zhuǎn)換單元(I)的模擬量信號(hào)輸入端的模擬量輸入電路單元(6)，連接在邏輯電路轉(zhuǎn)換單元(I)的數(shù)字量信號(hào)輸入端的SSI總線數(shù)字信號(hào)輸入單元(5)，連接在邏輯電路轉(zhuǎn)換單元(I)的模擬量信號(hào)輸出端的模擬量輸出電路(7)，所述的邏輯電路轉(zhuǎn)換單元(I)的數(shù)字量信號(hào)輸入輸出端通過16位并行總線連接數(shù)字信號(hào)處理器(2)，所述的DSP數(shù)字信號(hào)處理器(2)依次通過數(shù)字量信號(hào)調(diào)理電路(8)及數(shù)字量輸入輸出模塊(9)連接液壓機(jī)的伺服閥，所述的邏輯電路轉(zhuǎn)換單元(I)的數(shù)字信號(hào)輸入輸出端還依次通過16位并行總線和以太網(wǎng)通信單元(3)連接工業(yè)以太網(wǎng)(4)，所述的邏輯電路轉(zhuǎn)換單元(I)和DSP數(shù)字信號(hào)處理器(2 )還分別各連接一個(gè)JTAG調(diào)試接口電路(10、11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于，所述的模擬量輸入電路單元(6 )包括有依次連接的采集液壓機(jī)電壓信號(hào)的電壓傳感器(61)、模擬量輸入電壓變換電路(62)、A/D轉(zhuǎn)換電路(63)和數(shù)字隔離電路(64)，其中，所述的數(shù)字隔離電路(64)的輸出通過SPI總線連接邏輯電路轉(zhuǎn)換單元(I)的模擬量信號(hào)輸入端，所述的模擬量輸入電路單元(6)由獨(dú)立電源供電路模塊(12)供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于，所述的數(shù)字信號(hào)輸入單元(5)包括有依次連接的采集液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)信號(hào)的光柵尺(51)和數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換模塊(52)，所述的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換模塊(52)的輸出端通過8路SSI總線連接邏輯電路轉(zhuǎn)換單元(I)的數(shù)字量信號(hào)輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于，所述的模擬量輸出電路(7)包括有依次連接的數(shù)字隔離電路(71 )、D/A轉(zhuǎn)換電路(72)及模擬量輸出電壓放大電路(73)，其中，所述的數(shù)字隔離電路(71)的輸入端通過SPI總線連接邏輯電路轉(zhuǎn)換單元(I)的模擬量信號(hào)輸出端，所述的模擬量輸出電壓放大電路(73)的輸出端連接液壓機(jī)的伺服閥，所述的模擬量輸出電路(7)由獨(dú)立電源供電路模塊(12)供電。
5.一種用于權(quán)利要求1 所述的基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括有接收外部數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換模塊(52)輸出信號(hào)的8路SSI采集模塊(101)和連接外部DSP數(shù)字信號(hào)處理器(2)的DSP接口與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(104)，所述的DSP接口與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(104)具有快速共享區(qū)(1041)、數(shù)據(jù)讀寫區(qū)(1042)、位置與速度數(shù)據(jù)區(qū)(1043)和SPI數(shù)據(jù)區(qū)(1044)，所述的8路SSI采集模塊(101)的速度量輸出分別通過M法(102)和T法(103)連接DSP接口與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(104)，所述的8路SSI采集模塊(101)還直接連接DSP接口與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(104)，所述的DSP接口與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(104)還通過數(shù)據(jù)總線連接外部的以太網(wǎng)通信單元(3)，以及通過兩路SPI串行總線分別連接外部的模擬量輸入電路單兀(6)和模擬量輸出電路(7)。
6.權(quán)利要求5所述的用于基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的8路SSI采集模塊(101)包括有外部晶振(16 )接入的時(shí)鐘產(chǎn)生模塊(1011)、接收數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換模塊(52)的輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)接收模塊(1012)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊(1013)，所述的時(shí)鐘產(chǎn)生模塊(1011)的輸出分別連接數(shù)據(jù)接收模塊(1012)，所述的數(shù)據(jù)接收模塊(1012)的輸出連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊(1013)，所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊(1013)的輸出構(gòu)成8路SSI采集模塊(101)的輸出。
7.—種權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器的控制方法，其特征在于，包括依次進(jìn)行:DSP時(shí)鐘初始化、計(jì)時(shí)器初始化、模擬量輸入輸出初始化、數(shù)字量輸入輸出初始化、以太網(wǎng)和SPI串口通信初始化和中斷向量初始化，然后對(duì)各模塊的功能進(jìn)行巡檢后，進(jìn)入主循環(huán)，所述的主循環(huán)包括進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)采集及格式轉(zhuǎn)換、PID控制算法的運(yùn)行、D/A數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及輸出、DSP與FPGA的中斷數(shù)據(jù)通訊以及以太網(wǎng)通訊處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器的控制方法，其特征在于，所述的DSP與FPGA的中斷數(shù)據(jù)通訊包括如下步驟: O中斷開始，依次進(jìn)行取讀/寫偏移地址、取讀/寫控制標(biāo)志和取讀/寫個(gè)數(shù)； 2)判斷中斷標(biāo)志是否為FF，是進(jìn)入步驟3)，否則進(jìn)入步驟4)； 3)數(shù)據(jù)從DSP的XINTEZONEO轉(zhuǎn)移到XINTE Z0NE2后進(jìn)入步驟6)； 4)判斷中標(biāo)志是否為00，是進(jìn)入步驟5)，否則進(jìn)入步驟6)； 5)數(shù)據(jù)從DSP的XINTEZ0NE2轉(zhuǎn)移到XINTE ZONEO后進(jìn)入步驟6)； 6)清中斷標(biāo)志位，中斷程序結(jié)束。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器的控制方法，其特征在于，所述的以太網(wǎng)通訊處理，包括如下步驟: 1)底層以太網(wǎng)通訊模塊接收數(shù)據(jù)； 2)判斷是否接收到數(shù)據(jù)幀，是進(jìn)入步驟3)，否則返回主循環(huán)； 3)判斷上層報(bào)文的協(xié)議類型，當(dāng)類型是ARP報(bào)文時(shí)，進(jìn)入步驟4)，當(dāng)類型是ICMP報(bào)文時(shí)，進(jìn)入步驟5)，當(dāng)類型是UDP報(bào)文時(shí)，進(jìn)入步驟6)； 4)進(jìn)行ARP報(bào)文處理及回送后返回主循環(huán)； 5)進(jìn)行ICMP報(bào)文處理及回送后返回主循環(huán)； 6)進(jìn)行UDP報(bào)文處理及回送后返回主循環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器的控制方法，其特征在于，步驟2)中所述的接收到數(shù)據(jù)幀包括如下步驟:1)判斷⑶RR是否等于BNRY+ I，不是則進(jìn)入下一步驟，是則為無正確數(shù)據(jù)包接收返回O ；2)將RSARl = BNRY + 1、RSARO = O、RBCRl = O, RBCR0=4 3)DMA讀數(shù)據(jù)包前為4Byre ;暫存本數(shù)據(jù)包的長度和下一個(gè)包的起始頁地址；4)判斷數(shù)據(jù)包是否被正確接收，是則進(jìn)入下一步驟，否則為無正確數(shù)據(jù)包接收返回O; 5)將RevLength=本數(shù)據(jù)包長度一4 ；RSAR1=BNRY+1 ； RSARO = 4 ；RBCRl/0 =RevLength ； 6)DMA讀整個(gè)有效數(shù)據(jù)包；將RevLength個(gè)字節(jié)存入DSP的接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)RevBuffer [500]； 7)BNRY指向下一個(gè)包的起始頁地址一 I ; 8)判斷以太網(wǎng)幀所攜帶的上層數(shù)據(jù)類型； 9)ARP報(bào)文返回I ;IP數(shù)據(jù)包返回2 ； 步驟2)中所述的報(bào)文回送包括如下步驟: 1)判斷TXP是否等于0，是進(jìn)入下一步驟，否則繼續(xù)判斷；2)判斷發(fā)送包長度Count是否小于60，是則將Count= 60后進(jìn)入下一步驟，否則進(jìn)入下一步驟；3)設(shè)置RSARl和RSARO為發(fā)送緩沖區(qū)地址，RBCRl和RBCRO為本地DMA傳送數(shù)據(jù)長度Count ； 4)遠(yuǎn)程DMA 寫網(wǎng)卡 RAM ;CR = 0X12 ； 5)設(shè)置TPAR為發(fā)送緩沖區(qū)起始頁地址，TBCRl和TBCRO為本地DMA傳送數(shù)據(jù)長度Count ； 6)CR = OX3E，將TXP位置高，以啟動(dòng)數(shù)據(jù)包發(fā)送，并返回主循環(huán)； 步驟2)中所述的ARP報(bào)文處理包括如下步驟: 1)判斷ARP報(bào)文中目標(biāo)IP是否為本地IP，是進(jìn)入下一步驟，否則返回主循環(huán)； 2)判斷ARP報(bào)文類型，當(dāng)報(bào)文是應(yīng)答報(bào)文時(shí)，將應(yīng)答報(bào)文中的源MAC地址存入計(jì)算機(jī)的ARP表項(xiàng)后返回主循環(huán)，當(dāng)報(bào)文是請(qǐng)求報(bào)文時(shí)，進(jìn)入下一步驟； 3)刷新遠(yuǎn)程計(jì) 算機(jī)的ARP表項(xiàng)； 4)將ARP請(qǐng)求幀改為ARP應(yīng)答幀后返回主循環(huán)； 步驟2)中所述的ICMP和UDP報(bào)文處理包括如下步驟: 1)保存IP數(shù)據(jù)包的總長度和IP首部長度； 2)保存數(shù)據(jù)包的源IP和MAC地址作為回送地址； 3)判斷IP首部的協(xié)議字段的長度，當(dāng)長度為17時(shí)進(jìn)入步驟5)，當(dāng)長度為I時(shí)進(jìn)入步驟4); 4)判斷ICMP報(bào)文中的類型字段是否為8，是則發(fā)送類型字段=O的Ping回送報(bào)文后返回主循環(huán)；否則直接返回主循環(huán)； 5)對(duì)UDP包的數(shù)據(jù)部分進(jìn)行用戶自定義查詢，或修改指令解析； 6)本地回送一個(gè)包含狀態(tài)信息的UDP包給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)后返回主循環(huán)。
全文摘要
一種基于以太網(wǎng)的液壓機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器以及控制系統(tǒng)和控制方法，邏輯電路轉(zhuǎn)換單元與數(shù)字信號(hào)處理器相連接，通過中斷控制實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)交換，并且將DSP內(nèi)置的以太網(wǎng)控制總線、數(shù)據(jù)總線和地址總線接入FPGA中；邏輯電路轉(zhuǎn)換單元與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊模塊，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊模塊與邏輯電路轉(zhuǎn)換單元之間的并行數(shù)據(jù)交換。邏輯電路轉(zhuǎn)換單元通過SPI總線將控制字寫入A/D，期間通過數(shù)字量隔離電路進(jìn)行電氣隔離；外接電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為12位高精度數(shù)字信號(hào)，然后通過數(shù)字量隔離后的串行數(shù)字信號(hào)通過SPI總線傳輸至邏輯電路轉(zhuǎn)換單元。數(shù)字信號(hào)由邏輯電路轉(zhuǎn)換單元通過SPI總線傳輸至數(shù)字量隔離，串行數(shù)字信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)為模擬量信號(hào)，經(jīng)放大后輸出。
文檔編號(hào)B30B15/26GK103192545SQ20131010796
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者吳愛國, 吳國強(qiáng), 張凱, 崔巍, 杜春燕, 李長濱 申請(qǐng)人:天津大學(xué)