EtherCAT总线式多轴运动控制器开发

EtherCAT总线式多轴运动控制器开发

运动控制器是数控系统实现精密运动控制的核心,是数控机床的关键设备。随着电子技术和网络通信技术的快速进步,具有开源性、开放性和快速性的运动控制系统将成为未来的发展趋势。因此,传统的运动控制器已不能满足现代化制造的发展需求。

基于实时以太网的多轴运动控制系统是当前工业应用技术领域的主要研究方向之一。本文针对工业以太网技术进行了研究,以EtherCAT通信技术为基础,设计了一种基于ARM和FPGA双核的EtherCAT总线式多轴运动控制器,并提出了总体设计方案,重点设计运动控制器的硬件和软件。在硬件设计上,本文选用了ST公司推出的ARM芯片-STM32F407ZGT作为核心处理器,以Altera公司的CycloneⅣ系列FPGA芯片-EP4CE10E22C8为协处理器。

采用倍福公司的ET1200芯片作为从站EtherCAT总线通信链路层,实现PC 机主站与从站运动控制器的通信功能。此外,本文详细分析和设计了各个主芯片的外围接口电路、运动控制模块和电源模块等电路。基于本系统的硬件架构,设计了运动控制器的控制程序软件结构。

采用C语言,在ARM芯片中嵌入了μ/OS-Ⅱ操作系统,开发了EtherCAT从站驱动,并设计了相应的指令解析程序。在QuartusⅡ开发环境下,使用Verilog HDL 编程语言,对位置控制模块、S型速度规划模块和插补模块等运动控制技术进行了研究和开发。在硬件设计基础上,完成了PCB板的绘制和加工,制作了控制器样机。

搭建多轴运动控制实验仿真平台,开发上位机硬件调试软件并验证了硬件各个模块功能。设计了PC机主站,完成了EtherCAT通信、点到点运动控制、多轴

运动控制、S型速度规划和插补等实验。实验结果达到预期目标,为进一步的研究工作奠定了坚实的基础。