1* 色印刷機的簡(jiǎn)單介紹

1 引言

CAN(Controller Area Network)總線(xiàn)是一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通訊局域網(wǎng)絡(luò )，由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性好及其獨特的設計，已廣泛應用于控制系統中的各檢測和執行機構之間的數據通訊，在工控領(lǐng)域興起應用高潮。

而 具有結構緊湊、控制輕易、運行穩定、響應快等優(yōu)異特性，已越來(lái)越成為現代產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化系統中的一個(gè)重要執行元件。在自動(dòng)化程度高、需精確控制速度、位置、力矩等的場(chǎng)合，如印刷機械、造紙機械、紡織機械、產(chǎn)業(yè)機器人、高速電梯、數控機床等重要行業(yè)中，得到了普遍的應用。

德國倫茨公司生產(chǎn)的伺服電機由于提供了 接口，使其很輕易掛接到CAN總線(xiàn)上，通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸與控制，拓展了伺服電機的功能與應用范圍,使伺服電性能更好更靈活地應用于現代產(chǎn)業(yè)控制系統中。

2 CAN總線(xiàn)的特性

作為專(zhuān)門(mén)應用于產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò )，CAN總線(xiàn)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)使用簡(jiǎn)單方便。很多CAN控制器芯片如SJA1000T、Philips * 2C2* 0等實(shí)現了CAN物理層及數據鏈路層的大部分，在使用時(shí)用戶(hù)需要做的只是兩件事：對CAN控制器進(jìn)行初始化，對CAN總線(xiàn)上的數據進(jìn)行收發(fā)操縱。

(2)高效可靠。CAN采用短幀結構，數據幀中的數據字段長(cháng)度最多為* B，所以傳輸的速度快（最大通訊速率可達1Mbps），受干擾的概率低。同時(shí)，CAN總線(xiàn)作為多主節點(diǎn)，各節點(diǎn)通過(guò)總線(xiàn)仲裁獲得總線(xiàn)控制權，并擁有完善的錯誤處理機制，保證了各種干擾環(huán)境下數據傳輸的安全可靠。

(* )系統可擴充性好。CAN總線(xiàn)是面向消息的編碼，而不是面向設備的編碼，故增添或刪減CAN上的節點(diǎn)非常方便和靈活，易于系統的擴充。

* 伺服電機接進(jìn)CAN網(wǎng)

倫茨伺服電機的伺服控制器由于提供了專(zhuān)門(mén)的CAN總線(xiàn)接口X* ，可以象其他的CAN節點(diǎn)一樣，用普通雙絞線(xiàn)作為通訊介質(zhì)，很方便地連接到基于CAN總線(xiàn)的產(chǎn)業(yè)控制系統上，如圖1所示。

倫茨的伺服控制器與伺服電機之間采用旋轉變壓器或光電編碼器建立反饋，形成高精度的伺服控制系統，伺服電機實(shí)時(shí)地將其運行狀態(tài)與運行信息上傳給伺服控制器。作為CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)，伺服控制器不僅可以與上位主機進(jìn)行通訊，通過(guò)CAN總線(xiàn)接收上位機的各種操縱、控制和參數設定命令；同時(shí)伺服控制器之間亦可以進(jìn)行快速的數據交換，相互間建立一定的協(xié)調或控制關(guān)系。

上位主機通過(guò)接插支持CAN的通訊適配卡獲得對CAN總線(xiàn)的支持，負責對整個(gè)系統的運行和工作狀態(tài)進(jìn)行監視治理。由于CAN總線(xiàn)在產(chǎn)業(yè)控制上的應用越來(lái)越廣泛，很多公司都推出了支持CAN總線(xiàn)的接口適配卡，如研華的PCL-* * 1通訊卡、北京華控的HK-CAN20通訊卡、北京三興達公司的智能CAN-PC總線(xiàn)適配卡PCCAN等等，用戶(hù)可以通過(guò)這些接口適配卡，來(lái)運行復雜的通訊任務(wù)，進(jìn)行各CAN節點(diǎn)與上位主機之間的數字通訊和協(xié)調治理。

* 伺服控制器的功能模塊與基于CAN總線(xiàn)的數據通道

倫茨伺服電機的伺服控制器，具有豐富的內部功能模塊庫，如常見(jiàn)的邏輯功能模塊、算術(shù)功能模塊、信號類(lèi)型轉換模塊、斜坡函數發(fā)生模塊、相位積分模塊以及較特殊的數頻輸進(jìn)輸出模塊、數頻處理模塊、伺服控制處理模塊、速度設定處理模塊等等。用戶(hù)利用這些功能塊，可以自由配置控制器的信號流程，使控制器能很輕易地適應不同的實(shí)際應用。

為了實(shí)現基于CAN總線(xiàn)的應用，伺服控制器提供了專(zhuān)門(mén)的CAN總線(xiàn)功能模塊組CAN-IN與CAN-OUT，作為過(guò)程數據通道，進(jìn)行過(guò)程數據的傳輸。其中，功能塊CAN-IN1與CAN-OUT1只用于伺服控制器與上位主機之間進(jìn)行通訊與數據傳輸。輸進(jìn)功能塊CAN-IN1用于接收上位主機的數據信息，CAN-IN1有* B的數據空間可供用戶(hù)使用配置，可以向其他內部功能模塊提供二進(jìn)制信號、1* 位的模擬信號、1* 位的速度信號以及* 2位的相位信號等多種控制信號。上位主機通過(guò)向根據實(shí)際應用配置的CAN-IN1模塊發(fā)送命令信息，能實(shí)現伺服電機的速度給定、電機快停、電機的正反轉切換、電機正常模式轉速與恒定低速的切換、電機使能、電機禁止等各種功能。同樣，CAN-OUT1功能模塊亦有* B的數據空間可供用戶(hù)使用，可以通過(guò)配置向上位主機實(shí)時(shí)地提供電機的各種狀態(tài)信息、電機的實(shí)際速度、電機的實(shí)際相位等信息。

功能塊CAN-IN2、CAN-IN* 與CAN-OUT2、CAN-OUT* 用于伺服控制器之間進(jìn)行快速數據交換。只要配置了某一伺服控制器的CAN-OUT2或CAN-OUT* 與另一伺服控制器的CAN-IN2或CAN－IN* 的對應關(guān)系，即可建立起伺服控制器間的數據傳輸通道，在電機運行過(guò)程中將1臺伺服控制器的各種數據信息傳給另1臺伺服控制器，常見(jiàn)的如：將1臺伺服控制器的速度給定經(jīng)一定運算處理后作為另1臺伺服控制器的速度給定信號，使2臺伺服電機速度比例運行。該特性對于多臺伺服電機之間的協(xié)調控制具有重要意義。上位主機亦可以監測到在CAN總線(xiàn)上傳輸的該類(lèi)數據信息。

同時(shí)，伺服控制器還提供2路參數輸進(jìn)通道和2路參數輸出通道。在CAN總線(xiàn)上，上位主機可通過(guò)2路參數輸進(jìn)通道，對伺服控制器內的各種參數進(jìn)行設置修改，如伺服電機的加減速時(shí)間、齒輪箱變速比、級聯(lián)系數等等；通過(guò)2路參數輸出通道讀取伺服控制器的各種參數，如伺服電機確當前溫度、當前配置的加減速時(shí)間以及電機的實(shí)際電壓電流等等，故只要是能在伺服控制器的參數代碼表中找得到的參數，基本上都能夠讀取。

通過(guò)CAN總線(xiàn)接口與各個(gè)數據通道，伺服電機可將自己的相關(guān)數據信息發(fā)送到CAN總線(xiàn)上；同時(shí)亦可以接收來(lái)自總線(xiàn)的伺服電機所需的各種數據信息與控制命令。

* CAN的通訊協(xié)議

作為實(shí)時(shí)性要求比較高的產(chǎn)業(yè)控制底層網(wǎng)絡(luò )，CAN協(xié)議只分為* 層：物理層、數據鏈進(jìn)層和應用層。CAN通訊協(xié)議有* 種不同的幀格式：數據幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀。

由于CAN通訊協(xié)議給出的只是共性要求，在實(shí)際應用中需要將協(xié)議具體化，建立適用的協(xié)議規則。根據伺服電機伺服控制器的特點(diǎn)，并遵循CAN通訊協(xié)議標準，制定了伺服控制器的通訊協(xié)議規則。伺服控制器的每個(gè)信息幀分為2部分：幀頭和數據域。幀頭占2B，其前11位為標識符，然后是一位RTR位，最后是* 位的數據長(cháng)度位DLC（即所發(fā)數據的實(shí)際長(cháng)度，以字節為單位）。數據域占用* B。11位的信息標識符反應了節點(diǎn)的優(yōu)先級別，總線(xiàn)仲裁就是通過(guò)它來(lái)實(shí)現的，信息幀的標識符越小，信息幀就具有越高的優(yōu)先權。除總線(xiàn)狀態(tài)等特殊信息外，伺服控制器對所傳輸信息的標識符有一定的計算公式：

信息標識符＝基準標識符＋設定的控制器的節點(diǎn)地址?

伺服控制器的節點(diǎn)地址可以在參數代碼表中設定。而對信息的基準標識符，伺服控制器有同一的規定，如：同步觸發(fā)信號的基準標識符為12* ，來(lái)自控制器CAN-OUT1通道的信息的基準標識符為* * * ，而發(fā)送到控制器CAN-IN1通道的信息的基準標識符為* 12，通過(guò)參數通道1發(fā)送到控制器的信息基準標識符為1* * * ，通過(guò)參數通道1接收的信息基準標識符則為1* 0* 。

對于* B的數據域，用戶(hù)需要按照所要發(fā)送的具體信息來(lái)確定應遵循的使用原則。比如，要通過(guò)參數通道進(jìn)行參數設定，第1個(gè)字節為命令碼，第2、* 字節為參數對應的索引號，第* 個(gè)字節為參數對應的次索引，后* 個(gè)字節是要設定的參數數據大??；而要發(fā)送信息到某伺服控制器的過(guò)程數據通道CAN-IN1，則直接是數據信息的發(fā)送，沒(méi)有命令碼，也沒(méi)有索引號。

* 上位主機的軟件設計

通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行通訊與控制的伺服電機，在針對實(shí)際的應用要求配置好伺服控制器的內部控制信號流，以及基于CAN的接口功能模塊和數據通道后，剩下需要解決的是上位主機的軟件設計題目。

由于上位主機所接插的CAN通訊適配卡一般都提供CAN的驅動(dòng)函數，所以在上位機軟件的編制過(guò)程中，實(shí)現與CAN總線(xiàn)的通訊部分可以直接調用相應的函數，如上位主機與CAN通訊的主要任務(wù)：對CAN適配卡的初始化、CAN信息包的發(fā)送、CAN信息包的接收等，都有現成的函數可以使用，為用戶(hù)使用CAN進(jìn)行通訊提供了方便。對CAN通訊適配卡的初始化主要是初始化適配卡的各個(gè)寄存器，設置中斷向量、通訊卡的波特率以及中斷屏蔽字等必要的參數，為正常通訊作預備。實(shí)現CAN信息包的發(fā)送，首先要確定信息包的11位信息標識符，填進(jìn)幀頭，并在數據域中填進(jìn)需要發(fā)送的數據信息，通過(guò)發(fā)送函數發(fā)送給所有CAN節點(diǎn)或特定的CAN節點(diǎn)上。而對于使用接收函數所接收的CAN信息包，亦通過(guò)其11位信息標識符，判定其來(lái)源，對數據域的數據進(jìn)行處理，取得有效的信息，進(jìn)行顯示或存儲，并按照控制需要發(fā)送控制指令。其軟件控制流程圖，如圖2所示。

上位主機正是通過(guò)對CAN驅動(dòng)函數的不斷調用，發(fā)送控制命令或參數設定命令給各伺服電機的伺服控制器，驅動(dòng)伺服電機的啟停運轉；同時(shí)接收來(lái)自伺服控制器的伺服電機的速度、相位、轉動(dòng)方向、轉矩等各種數據信息及狀態(tài)信息，并進(jìn)行分析處理，然后按照系統的實(shí)際控制需要再給伺服控制器發(fā)送相應的命令，往驅動(dòng)電機，使伺服電機的運行始終按用戶(hù)的要求進(jìn)行變化，從而實(shí)現對伺服電機的治理與控制。

7 結束語(yǔ)

倫茨伺服電機CAN接口的引進(jìn)，進(jìn)步了伺服電機的自動(dòng)化水平，使伺服電機在產(chǎn)業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )中的通訊與控制更為方便、靈活和可靠。

CAN總線(xiàn)在現代產(chǎn)業(yè)控制系統中越來(lái)越廣泛的應用，為帶CAN接口的伺服電機提供了廣闊的應用遠景。

參考文獻

[1]鄔寬明.CAN總線(xiàn)原理和應用系統設計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，199* .

[2]Lenze.Operating Instruction(Global Drive Mannuls 9* 00).(end)

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