基于开放式ethercat总线的pc数控系统

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1、基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统摘要：本文首先就基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统进行了系统的介绍，分别包括EtherCAT技术原理、PC数控系统、开放式数控系统等方面内容，之后将基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统与目前数控系统市场典型产品（高、中、低端各一种）的对比包括结构特点、开放性、性价比、可维护性、市场认知度等方面，最后对于基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统的发展前景进行阐述。关键词：EtherCAT总线；PC数控系统；开放性；伺服运动控制；数控机床现代数控系统发展的主要目标为进一步降低价格，增加可靠性，拓宽功能，提高操作舒适性，提高集成性，

2、提高系统的柔性和开放性，减小体积，提高数控机床的生产能力。最终研制出软、硬件都具有开放型结构的智能化全功能通用数控装置。伺服运动控制系统已经从模拟控制发展到全数字控制，控制系统的精确性得到了极大的提高；与此同时，PC机技术的发展，丰富了用户关于性能优异的操作计算机的选择，这就需要一种快速精确的传输机制作为用户计算机和伺服控制装置之间的通信媒介，以满足大量数据在通信网络中的传输。传统的伺服监控设备采用串口通信总线进行监控，由于设备的物理特性，导致了监控网络监控距离近、抗干扰能力差等各种问题。德国倍福公司开发的实时以太网技术EtherCAT，基于标准的以太网技术，具有灵活的网络拓扑结构，有效数据

3、率高、传输速度快、抗干扰能力强。将该网络引入伺服控制系统，极大地提高了控制系统的传输距离和传输精度。1.基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统的介绍1.1EtherCAT技术原理EtherCAT是一种实时以太网现场总线技术，采用了主从介质访问方式，主站控制所有从站发送或接收数据。在一个通信周期中，主站发送数据帧，从站在数据帧经过时读取相关报文中的输出数据。同时，从站的输入数据插入到同一数据帧的相关报文中。当该数据帧经过所有从站并完成数据交换后，由EtherCAT系统的末端从站将数据帧返回，整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟。发送和接受的以太帧压缩了大量的设备数据，可用数据率达90%以

4、上。1.2PC数控系统PC数控系统又称“计算机数控系统”（简称CNC系统）是在硬件数控基础的上发展起来的，它用一台计算机代替先前的数控装置所完成的功能。所以，它是一种包含有计算机在内的数字控制系统，根据计算机存储的控制程序执行部分或全部数控功能。按照EIA所属的数控标准化委员会的定义，CNC是用一个存储程序的计算机，按照存储在计算机内的读写存储器中的控制程序去执行数控装置的不部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接口。1.1开放式数控系统IEEE（国际电气电子工程师协会）定义开放式数控系统为“符合系统规范的应用，可以运行在多个销售商的不同平台上，可以与其它的系统应用互操作，并且具有一致风格

5、的用户界面”。开放式数控系统研究的主要目的就是要解决变化复杂的需求与控制系统专一固定的框架之间的矛盾。一个完全开放的数控系统应该是以分布控制为原则，采用系统、子系统和模块方式进行分级式控制，总的来说这种结构的系统具有以下的特点：（1）开放性（2）模块化（3）互操作性（4）可扩展及可互换性（5）可移植性（6）可缩放性1.2基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统机床位置反馈程序输入设备输出设备CNC装置PC主轴控制单元进给控制单元主轴电机进给电机EtherCAT帧EtherCAT帧德国倍福公司开发的实时以太网技术EtherCAT，基于标准的以太网技术，具有灵活的网络拓扑结构，有效数据率高、

6、传输速度快、抗干扰能力强。将该网络引入PC数控系统，极大地提高了PC数控系统的传输距离和传输精度。图1基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统结构图EtherCAT是一种实时以太网现场总线技术，采用了主从介质访问方式，主站控制所有从站发送或接收数据。基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统结构如图1所示。利用PC作为主站，而主轴和进给电机的控制单元作为从站，计算机通过编程对从站及其运行方式进行配置。主站周期性地通过EtherCAT网络发送带有从站控制器命令的数据帧，实现对机床系统的控制，从而实现机床的高速和高精度运转。1.基于开放式EtherCAT总线的PC数控系统与数控系统市场典型

7、产品的比较1.2.11.1与低端数控系统市场典型产品的比较以华中数控系统HNC-18/19为例进行比较，HNC-18xp/TD数控单元采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC，配置5.7//液晶显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体，采用电子盘程序存储方式以及CF卡、DNC、以太网等程序交换功能、具有低价格、高性能、结构紧凑、易于使用、可靠性高等特点。内置RS