[發明專利]數控系統實時同步網絡控制器及通信控制方法

無效

• 申請號: 200710052604.0
• 申請日: 2007-06-29
• 公開（公告）號: CN101083657A
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發明（設計）人: 唐小琦;白玉成;陳吉紅;李銀剛;張向利;任清榮;周會成;周向東
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L7/00;H04L12/56
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于通信控制裝置及方法，特別涉及一種實時以太網精確時間同步的數控通信裝置及方法，適合通過實時以太網實現數控設備的內部互聯，實現強同步、強實時的信息傳輸。?

背景技術

數控系統中，內部控制器向伺服驅動器傳輸命令的傳統方式是采用脈沖串或模擬電壓的形式，這種控制方式只適合于數控機床加工速度和控制精度都不太高的場合，難以滿足多通道、高速、高精度的加工要求。為了提高加工速度和加工精度，數控系統內部控制器和伺服驅動器之間需要采用數字通信的方式，如現場總線等。和模擬量、脈沖串方式相比，現場總線是一種較好的通信方法，有較高的實時性和可靠性，能滿足數控機床高速、高精度的加工要求。?

近年來，以太網的傳輸速率已經遠遠超過了專用現場總線，其技術成熟性、應用的普及性、高的通信速率以及低廉的價格為將以太網引入數控系統內部之間的通信創造了條件。但是，由于以太網是為大數據量和非實時數據傳輸而開發的，其數據在傳輸過程中存在的不確定性，不能滿足數控機床高速、高精加工所要求的強實時、強同步數據傳輸要求。?

發明內容

本發明提供一種數控系統實時同步網絡控制器，同時提供利用該?網絡控制器的通信控制方法，目的在于通過實時同步網絡控制器，將具有以太網接口的數控系統的內部控制器、執行裝置和反饋裝置連接起來，實現這些裝置的強實時、強同步的信息傳輸。?

本發明的一種數控系統實時同步網絡控制器，包括以太網交換機芯片、中央處理器和網絡連接接口，以太網交換機芯片與中央處理器通過介質無關接口相連，以太網交換機芯片通過網絡連接接口連接接入設備，所述接入設備包含主站和所有從站，主站為數控系統內部控制器，從站為作為執行裝置的數控系統伺服驅動器、輸入輸出接口和位置、速度測量反饋裝置，其中：?

(1)以太網交換機芯片包括n個物理層協議模塊、n+1個介質訪問控制層協議模塊、交換引擎模塊、以及介質無關接口，n為4～64；?

各物理層協議模塊一端通過網絡連接接口連接接入設備，另一端連接介質訪問控制層協議模塊，完成各接入設備網絡連接接口物理層協議功能；?

各介質訪問控制層協議模塊與交換引擎模塊雙向連接，完成網絡協議中數據鏈路層的介質訪問控制層協議功能；?

交換引擎模塊在接入端口檢測到一個報文時，檢查該報文的報文頭，獲取報文的目的地址，啟動內部的動態查找表找到相應的輸出接口，在輸入與輸出之間建立連接，把數據報文直通到相應的輸出接口實現交換功能；如果目的地址為廣播地址，則將接入端口和其它所有的輸出接口相連；?

介質無關接口將中央處理器CPU與以太網交換機芯片相連；?

(2)中央處理器CPU包括定時器、存儲器、實時時鐘模塊和介質無關接口；?

定時器包括周期定時器和發送定時器，周期定時器周期性產生時間中斷信號，發送定時器按設定的時間值產生中斷信號；?

存儲器存儲實時確定性通信調度控制程序、精確時鐘同步程序和報文；?

實時時鐘模塊提供CPU的精確時鐘；?

介質無關接口將中央處理器CPU與交換機芯片相連；?

(3)所述實時同步網絡控制器，實現具有以太網接口的接入設備時鐘同步及實時、同步信息傳輸時：?

首先系統初始化，為各接入設備設定報文發送次序及所占用時間；通過在網絡上反復多次發送測試報文測量得到同步網絡控制器到各接入設備的網絡延時d_i；?

然后進行通信，不斷重復下述過程：?

(A)實時同步網絡控制器向系統中的所有接入設備發送同步報文，該同步報文發到線路上時，實時同步網絡控制器取本地精確時刻Tm；各接入設備接收到該同步報文時，記錄各接入設備本地精確時刻Ts_i；?

(B)實時同步網絡控制器發送跟隨報文，將本地精確時鐘Tm發送給所有接入設備，其中包含主站發給各從站的數據；各接入設備接收到Tm后，計算時鐘偏差O_i＝Ts_i-Tm-d_i；并根據時鐘偏差O_i值調整各接入設備本地時鐘；各從站收到跟隨報文后從中取出自己所要數據；?

(C)各從站按預先設定的次序依次向實時同步網絡控制器發送從站到主站的上行報文SD_i；?

(D)實時同步網絡控制器將各從站的上行報文SD_i組包后生成組合上行報文SD發給主站；?

(E)主站向實時同步網絡控制器發送一般下行報文MD，轉過?程(A)。?