在2007 FA/PA展覽會(huì)上，山東力創(chuàng)帶來了與山東大學(xué)數(shù)控技術(shù)研究中心聯(lián)合開發(fā)的IFSB實(shí)時(shí)高速總線多軸運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)。

IFSB實(shí)時(shí)高速多軸運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)及應(yīng)用總體介紹

IFSB (Industrial Field Serial Bus)是一種適合于實(shí)時(shí)高速多軸同步運(yùn)動(dòng)控制的網(wǎng)絡(luò)總線。在基于標(biāo)準(zhǔn)PC的運(yùn)動(dòng)控制器與標(biāo)準(zhǔn)伺服驅(qū)動(dòng)器（模擬或脈沖控制信號(hào)可配置）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、變頻器、數(shù)字I/O、模擬I/O、絕對(duì)編碼器以及用戶自己制造的符合IFSB接口的各種設(shè)備之間提供一個(gè)端口12Mbps的傳輸速率的同步實(shí)時(shí)連接（系統(tǒng)有四個(gè)端口，可提供高達(dá)48Mbps傳輸速率的高速同步實(shí)時(shí)總線），可支持最多達(dá)128軸的實(shí)時(shí)同步運(yùn)動(dòng)控制，接口機(jī)箱可方便級(jí)連，擴(kuò)展方便，機(jī)箱的級(jí)連線長可達(dá)100米；所有信息以數(shù)字形式在控制器與設(shè)備之間傳輸，支持系統(tǒng)復(fù)雜模型的集中控制；硬件實(shí)時(shí)同步使得通訊周期的最大抖動(dòng)小于500ns，可滿足高速高精度的控制要求。操作系統(tǒng)支持WINDOWS2000/XP，XP Embedded以及Linux，在無實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持下，系統(tǒng)的更新周期可達(dá)500us，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持時(shí)，系統(tǒng)的最小更新周期可達(dá)200us（3軸）。用戶可采用C/C ，VB，Delphi，C#通過調(diào)用用戶動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）或ActiveX進(jìn)行編程，為不同行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域提供一個(gè)通用運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)，滿足當(dāng)前企業(yè)對(duì)控制器二次開發(fā)的迫切要求。不同的企業(yè)可以根據(jù)其自身的特點(diǎn)，在此平臺(tái)上將自己的專有知識(shí)結(jié)合進(jìn)控制系統(tǒng)，開發(fā)出專有的運(yùn)動(dòng)控制器，形成有自己特色的產(chǎn)品。擺脫傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制器的束縛和依賴，形成具有企業(yè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制器，提升企業(yè)產(chǎn)品的核心競爭力。這種技術(shù)大大縮短了控制器的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維護(hù)的時(shí)間，降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)的成本，加速產(chǎn)品的上市時(shí)間。

IFSB實(shí)時(shí)高速多軸運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)系統(tǒng)框架

該平臺(tái)完全基于標(biāo)準(zhǔn)PC，在主機(jī)端可插接PCI，ISA或PC104或PC104Plus總線的IFSB主通訊卡，通過總線與系統(tǒng)要求的各種接口卡簡單級(jí)連交互各種信號(hào)，由計(jì)算機(jī)完成各種復(fù)雜的算法控制。目前IFSB接口還未與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成在一起，為保證系統(tǒng)能與標(biāo)準(zhǔn)伺服驅(qū)動(dòng)器相連，我們開發(fā)了一個(gè)帶IFSB總線背板的3U機(jī)箱，機(jī)箱有多種規(guī)格可插一個(gè)電源模塊和3-7塊應(yīng)用接口板（見第四部分的表），各種應(yīng)用接口卡使得系統(tǒng)能與各類傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口，擴(kuò)展了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。如果一個(gè)機(jī)箱滿足不了系統(tǒng)的要求，可以多級(jí)級(jí)連，機(jī)箱最多可級(jí)聯(lián)8個(gè)。

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)可采用Windows2000/XP/XPE或Linux操作系統(tǒng)。為保證控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性有兩種解決方案：（1）加實(shí)時(shí)擴(kuò)展RTX或RTLinux，采用Windows和RTX擴(kuò)展時(shí)操作系統(tǒng)的軟件版權(quán)費(fèi)比較高（一套版權(quán)費(fèi)需5000多元人民幣），而Linux和RTLinux（或RTAI）是免費(fèi)的； （2）在Windows環(huán)境下不加實(shí)時(shí)擴(kuò)展，通過Windows內(nèi)核中段服務(wù)程序（ISR）編程可以達(dá)到實(shí)時(shí)性的要求。Windows操作系統(tǒng)環(huán)境的開發(fā)資源和應(yīng)用程序豐富，熟悉開發(fā)技術(shù)的人員多。所以目前我們采用Windows加內(nèi)核編程的方法來滿足控制的實(shí)時(shí)性要求。經(jīng)測試采用這種方法系統(tǒng)可以響應(yīng)20k頻率的中斷

數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)支持Windows 2000/NT/XP等。數(shù)控應(yīng)用程序支持集成開發(fā)環(huán)境象Microsoft Visual Studio 或者Borland C ，Delphi等面向?qū)ο蠊こ陶Z言進(jìn)行開發(fā)，同時(shí)系統(tǒng)開放內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地系統(tǒng)還提供Labview和Mathlab的編程接口。下位機(jī)數(shù)據(jù)通過總線接口以及系統(tǒng)開發(fā)工具包對(duì)用戶開放。用戶應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程如下：

1．系統(tǒng)硬件系統(tǒng)配置。系統(tǒng)具有硬件自動(dòng)識(shí)別和枚舉功能，系統(tǒng)配置工具能對(duì)接入系統(tǒng)的模塊功能進(jìn)行識(shí)別和配置，通過硬件調(diào)試工具，分析硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，生成硬件系統(tǒng)配置文件。

2． 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)功能定義。根據(jù)硬件系統(tǒng)配置信息，定義系統(tǒng)功能。主要包括聯(lián)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)器控制模式。定義內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，位置控制模式，數(shù)據(jù)交換方式等。

3．根據(jù)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，采用系統(tǒng)開發(fā)包進(jìn)行控制系統(tǒng)功能定義。采用系統(tǒng)開發(fā)工具包分析機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

4．基于Windows組件對(duì)象模型，根據(jù)給定用戶接口，開發(fā)應(yīng)用程序組件，ActiveX或COM（用戶可以開發(fā)自己的譯碼組件、刀具補(bǔ)償組件、插補(bǔ)組件等）。

5．采用用戶熟悉的工程開發(fā)工具，在Windows環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能開發(fā)。系統(tǒng)支持用戶自定義控制策略，但這需要支持的系統(tǒng)開發(fā)工具。

IFSB實(shí)時(shí)高速多軸運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)系統(tǒng)特色優(yōu)勢

⒈ 采用Windows 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模式，利用運(yùn)行于內(nèi)核的Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，截獲系統(tǒng)中斷，在ISR中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)功能。同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)度功能。不用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可滿足運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)時(shí)要求；

⒉ IFSB滿足了開放結(jié)構(gòu)控制器的用戶可以在較大范圍內(nèi)根據(jù)需要選擇和配置硬件，為解決下一代的數(shù)字化驅(qū)動(dòng)接口提供了途徑，可以在設(shè)備控制層實(shí)現(xiàn)分布式控制。

⒊ IFSB采用通用Windows操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了硬實(shí)時(shí)控制，為實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型控制、高速、高精度性能奠定了基礎(chǔ)。

⒋ 系統(tǒng)硬件擴(kuò)展方便，當(dāng)控制軸數(shù)和I/O點(diǎn)數(shù)增加時(shí)，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)沒有影響，便于控制系統(tǒng)的擴(kuò)充和裁減。