6ES7334-0KE00-0AB0供应

浔之漫智控技术(上海)有限公司

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  引言
    本文说明IEEE1588在一个分散运动控制系统中的应用，目前的解决方案依靠分散运动部件对时间同步的专门实现。随着IEEE1588的出现，可以开发一种在标准网络(如以太网)上使用商用技术的运动控制解决方案。本文要说明在一个网络范例内IEEE1588和运动的基本操作。
    分散运动控制要求系统节点之间紧密地同步，通常这要求在系统内时钟间的波动是微秒数量级。的应用驱动将这个性能提高到几分一微秒范围。当前的解决方案是使用适当的网络和接口部件达到使分散系统内节点间的紧密同步。定制的接口卡控制整个系统时钟的分配和同步以及控制数据的定时传送。
    IEEE1588时间协议提供分布网络上的标准化的同步机制，通过使用IEEE1588协议就可在标准网络上用标准化的解决方案取代解决方案。就可用现成的部件代替的网络接口部件。
    现使用IEEE1588协议和以太网实现一个简单的分布运动控制系统，用以演示这个原理。
    范例说明
    范例运动系统由三个控制器组成，每个控制器通过一个SERCOS适配器连接一个驱动器。SERCOS是连接数字驱动器的工业标准。所有的运动节点都用以太网卡连接到标准的以太网。
    调节器内的“运动计划器”管理每个驱动器的位置信息，以控制点动、移动、和联动操作。每个驱动器作为一个运动轴，其中一个轴是主轴，其它两个为从动轴。每个从动轴都与主轴以1：1的比率联动。连接到主轴的控制器以一定时间间隔向连接到从动轴的控制器发送位置基准。
    在系统内所有节点的时钟是同步的，它使用IEEE1588协议达到以太网的时钟同步。在底板上的时钟同步是用先与IEEE1588的协议实现的。
    系统时钟同步
    网络时钟同步是在以太网适配卡上实现的，这个适配卡包含一个FPGA硬件辅助电路，用于对进入和输出的IEEE1588协议报文打上时间印记。这个FPGA包含一个64位，每片25纳秒的高分辨率的可调谐时钟。
    1588协议运行在一个50MHz PowerPC CPU上，1588代码和按1588协议的规定的FPGA交互作用使从站的时间与子网上与此相关的主站时钟同步。调谐算法在每个1588同步刷新周期调节这个FPGA可调谐时钟的频率。
    这个适配器也包含一个连接底版的接口芯片，底版芯片的时钟与1588时钟同步。在这个适配器上的底版接口作为主时钟，在底版上的其它时钟都与这个适配器上的主时钟同步。底版时钟与1588时钟的同步使用一个简单的算法。这个适配器表示一个1588边界时钟节点而底版时钟划为“外部”时钟。
    运动的同步
    基本的运动控制要求在一个节点的运动任务的运行要与其它所有节点同步。节点之间的所有事务都建立在同步刷新周期基础上。对控制器与传动和控制器与控制器之间的两种事务是相同的。
    控制器对驱动的事务：在周期的开始控制器发送插值位置刷新每个驱动器，驱动器使用这个位置刷新值控制电机的闭环位置和速度，每台驱动器向控制器返回它的实际位置，控制器计算一个新位置并周期重复，这个操作持续一个位置刷新周期。
    控制器对控制器的事务：在周期的开始，主轴控制器向每个从动轴发送位置基准，每个从动轴的控制器用这个位置基准计划本轴的运动。
    为了同步整个系统的运动，运动任务和位置的刷新要与1588时钟同步，FPGA内的一个小电路提供对CPU的周期中断来触发这个位置刷新周期。这个电路将一个装入目标寄存器的时间与当前的1588时钟时间比较，在当前时间与目标时间符合时产生一个中断。在这个中断子程序内，CPU还会装入一个新的目标时间，它等于当前目标时间加上周期时间，然后重复这个过程。周期时间和相位是在节点配置过程中设置的。
    1588的实现
    1588协议是一个运行在适配器上的C/C++工具，大多数1588协议的实现包括同步，诊断，延时请求，延时响应和报文管理。
    1588引导协议用于在启动时加快时间从站的时钟同步。实现8个同步报文的引导。
    这里未提供“主站”算法，本系统使用“”主站选择方法决定子网络的主时钟。在启动时从站时钟无限期地收听主时钟。从时钟永远不会成为主时钟。也不会任命一个以上“”主站。为主时钟完整性的监视提供某些支持，如果一个从时钟发现失去主时钟，它将停止它的底版时钟，这将引起SERCOS适配器关闭SERCOS环路，并且所有运动停止。
    输出同步
    在范例应用中需要根据主轴的位置地接通或断开一个输出。用这个输出触发一个选通灯，照亮所有三个轴的相位。为了达到的输出闸门，使用一个特别的输出组件，它的时钟与系统中的其余时钟同步，由控制器内的运动计划器向这个组件发送一个输出值，这个值带着时间标记指示释放输出或停止输出的时间。输出组件使用先前说明过的任务同步电路管理输出的“定时”以达到的输出时间。
    GPS作为主时钟
    本运动系统范例的启动时间缺省为时间为0的UTC时间。对运动系统通常不需要时间，但对一些明显的事件如故障条件，时间标记可能很有用处。所以这里集成了一个定位系统(GPS)接口，用于提供的UTC时间源。并用作系统的主时钟。这个接口集成在以太网适配器模块上，适配器上的算法从GPS接收“秒脉冲”和UTC刷新，并调节它的本地时钟维持与GPS的同步。
    结论
    提供的1588在以太网分布运动系统的应用例子是和的应用。硬件辅助电路提供的主时钟和从时钟之间的起伏精度不大于200纳秒。当使用GPS作为主时间基准时，在从时钟的累计波动为500纳秒。如果耒自GPS的秒脉冲信号的边沿不清晰，还会产生附加的波动。
    本例子展示的是一个相对较小的系统，还需要大的范例和在各种负载条件下进行测试。 这是开发CIP Sync同步原理工作中的结果。
    这里表述的想法、观点和建议只是为说明作者对使用CIP网络的可能性的概念，并不反映ODVA的想法、观点和建议。由于CIP网络可用于各种不同的情况，可融入各制造商的各种产品和系统。因此试图使用的读者和特定CIP网络的从业者应自行决定这里表述的想法、观点和建议是否适合你的应用条件。

  目前GPS系统在各行各业了广泛应用，通过GPS系统对移动目标进行跟踪需要有相应的陆地无线数据通信网络的配合。公众网的GSM、CDPD、CDMA等系统覆盖范围广，小区制、多基站，数据速率9600kbps以上，信息传输有效，是提供车辆防盗报警类业务GPS系统的通信平台。但是在一些应用中带来了两个问题：
1. 昂贵的通信费用：公众网面向公众业务，信道共用，论次收费，目前短信息0./次。
2. 容量不够：对一些大的调度应用中，当用户容量较大时，造成信息阻塞和丢失，不能保实时收发信息。
现有的无线集群通信系统或常规车载电台通信系统在传输GPS信息时也存在很严重的容量问题。
目前对实时应用类GPS系统，一般系统要求在半径几十公司的范围内实时新信息。例如银行运钞车辆通常要求每8秒传送一次信息，这种系统在巡警的车辆，公共汽车实时定位、调度系统等也有相同的要求。
用户容量是无线数据网络的重要指标。无线数据网络的用户规模是由无线电台的数据速率、收发转换时间和传输的信息量决定的。为满足大容量的要求，无线数据网络提供高达19200bps以上的数据速率，并提供高速的收发转换功能。
为什么现有的集群系统与车载通信系统容量太小？
目前的无线数据网络设备基本上都是采用常规调频电台加MODEM的方式实现的。电台工作于230MHz、800MHz数传业务频段和350MHz、800MHz集群业务频段。在25KHz信道，数据速率基本上是1200bps、2400bps。一些电台采用GMSK等MODEM芯片把输出的低频信号直接加到VCO输入端可以实现9600bps的无线，但该方式的射频指标难以满足信息产业部的规定要求，且其10E－6误码接收灵敏度很低，通信距离非常近，实际应用中无法使用。另外，常规调频电台的收发转换时间在50－100ms左右，不能实现高速收发转换。
MDS高速数传电台
MDS高速数传电台为解决无线专网的通信容量问题提供解决方案。美国MDS公司采用DSP、前向纠错编码、数字调制、相干解调、Viterbi译码、均衡软判决和表面贴片一体化设计等技术，提供、高、高稳定的无线电台。电台提供标准RS232接口可直接与计算机、GPS控制板连接。25KHz信道间隔空中速率为19200bps，10－6误码灵敏度－111dBm，收发转换时间在5ms以内，电台其它指标亦符息产业部的要求。 
设每个用户终端需要传输48个字节的信息，采用MDS电台只需要分配：
48×10÷19200＋5＝30ms的时隙给每个电台。 　　同样情况，采用调频电台加MODEM，一般为2400bps，方式则需要分配： 　　　　48×10÷2400＋50＝250ms的时隙。二种情况用户容量相差约8倍。如果要求GPS系统每10秒新一次信息，采用调频电台加MODEM方式每个信道容纳不了40个用户，而采用MDS电台每个信道可容纳330个用户。
用MDS高速数传电台改造现有集群系统与车载通信系统
目前每个城市都有集群通信网，基站功达50至100瓦，覆盖范围30至50公里。这些系统的使用率都不高。把集群基站用MDS信道机略加修改，就可以变成一个数据通信平台。建设无线专网，需要向无委申请频点，获准建立数据网是一件漫长而复杂的工作。而改造现有的集群通信网，却可以马上着手。把这些利用率不高的集群通信网部分改造成19200bps的数据网，是一举两得的好事，既充分利用了现有的集群通信基站，又为GPS实时提供了平台。
用MDS高速数传电台组建无线数据通信网络
MDS也可以组建自己立的数据通信系统来传输GPS实时信息。 　　使用MDS高速数传电台可以使投资大幅降低，信道容量大幅增长，为实时定位系统推广应用提供了一个新的解决方案。
实际应用
无线数据通信平台的优越性在2001年10月上海的APEC会议上得到了充分的体现，用MDS高速数传电台构成的GPS系统显示了它的强大功能。MDS数传电台传输速，收发转换快，稳定，在多次现场实地测试中表现优异，受到各方面赞扬和，在今年上海举行的多次重要的会议中发挥了作用。
APEC会议期间，多国齐聚上海。为保证会议顺利进行，们的车辆调度需要的实时定位。从浦东机场到下榻饭店，到会议，沿线30多公里高速公路；市区内，高楼林立，无线通信条件恶劣。在会议迎接各方时，要求每位的车辆以每1分钟为间隔顺序到达，不能早也不能晚。为满足车辆的指挥调度要求，每个专车都配备了GPS定位系统。MDS高速数传电台稳定，每秒钟提供一次信息，车辆调度指挥井然有序，所有的专车都准时到位。上海APEC会议圆满结束，上海市局的高速数传GPS定位系统受到的表扬和肯定。会议结束后，有关特别参观了该系统。
在目前国内高楼密集城区上海市做的实验表明：同样的环境下，用其他公司提供的调频电台加9600bpsMODEM方式的数传电台只能覆盖不到2公里半径（BER小于10－6），而MDS电台可以覆盖约15公里半径。

 直角坐标机器人在移载机上的使用，一般作为物料变位，它与码垛机有很多相似之处，但移载机不要求按排按层摆放物体，而只是件物体有一个位置移到另一个位置。