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申请/专利权人：福州大学

摘要：本发明提出开放式数控系统的工业以太网可编程IO接口装置，基于“PC+可编程IO接口”开放式数控系统，用于工业以太网EtherCAT通信，所述接口装置包括可编程IO接口模块和从站处的用于EtherCAT通信的从站通讯模块；所述从站通讯模块通过网线与数控系统PC机连接并进行数据传输；所述PC机搭建EtherCAT通讯链路主站；所述可编程IO接口模块与从站通讯模块采用相匹配的物理设备接口SPI连接；所述可编程IO接口装置通过IO接口模块连接外围设备，对数控系统的外部执行机构进行控制；所述外部执行机构包括机床；本发明能够解析数控系统上层发送的EtherCAT数据，将其转换为可被数控系统应用的数据格式，并转发至数控系统下层进行处理。

主权项：1.开放式数控系统的工业以太网可编程IO接口装置，基于“PC+可编程IO接口”开放式数控系统，用于工业以太网EtherCAT通信，其特征在于：所述接口装置包括可编程IO接口模块和从站处的用于EtherCAT通信的从站通讯模块；所述从站通讯模块通过网线与数控系统PC机连接并进行数据传输；所述PC机搭建EtherCAT通讯链路主站；所述可编程IO接口模块与从站通讯模块采用相匹配的物理设备接口SPI连接；所述可编程IO接口装置通过IO接口模块连接外围设备，对数控系统的外部执行机构进行控制；所述外部执行机构包括机床；所述从站通讯模块包括RJ45网络接口、隔离变压器件、物理层PHY芯片和从站协议控制芯片ESC；所述从站通讯模块以ESC芯片为核心来承载EtherCAT的数据链路层协议，负责处理EtherCAT数据帧，并为基于EtherCAT的可编程IO接口模块提供数据接口；所述ESC从站控制芯片的RAM设有用于开放式数控系统上下层数据收发的缓冲区，用于实现暂存数控系统上层发送的粗插补数据、IO控制命令数据以及数控系统下层的位置反馈和状态信息；所述从站通讯模块的ESC芯片设有用于承载PC机和可编程IO接口装置间双向数据传输的第一同步管理通道、第二同步管理通道、第三同步管理通道；第一同步管理通道用于PC机向可编程IO接口装置发送数控系统中IO控制、辅助功能控制命令；第二同步管理通道用于可编程IO接口装置向PC机反馈数控系统中各控制轴的位置、运行故障的状态信息；第三同步管理通道用于PC机向可编程IO接口装置周期性发送粗插补数据信息，然后由可编程IO模块完成精插补运算；所述可编程IO接口模块以现场可编程逻辑门阵列FPGA为支撑硬件，设有与从站通讯模块的ESC芯片连接的数据传输接口模块，以及包括运动控制精插补模块和开关量控制模块在内的应用层逻辑处理模块；数据传输接口模块将数控系统PC机发送的数据进行解析与封装，并发送给精插补模块进行精插补处理，以及将FPGA的辅助功能模块、负责外设状态信息的位置信息模块的状态信息发送至PC机；所述运动控制精插补模块用于配合PC机中的粗插补模块，完成对外设机构部件运动的精确控制；所述开关量控制模块用于实现对外设机构通断开关信号的控制；所述数据传输接口模块由数据接收模块、数据发送模块、数据管理模块和中断管理模块组成；所述数据接收模块和数据发送模块通过SPI数据接口与ESC芯片连接，其中数据接收模块将接收的数控系统PC机暂存在ESC芯片RAM空间的用户行规数据，存入数据接收缓冲区FIFO中由数据管理模块进行处理，同时数据发送模块将数据管理模块封装的状态数据转发至ESC芯片RAM空间中，并由PC机读取与处理；所述数据管理模块将数据接收缓冲FIFO中的用户行规数据，根据对应的命令参数值存入不同的寄存器中，最后传入数控系统的用户层进行处理，以及将用户层的状态数据进行封装后，发送给数据发送模块；所述中断管理模块在数控系统的中断触发后，FPGA应用层中的中断状态控制寄存器的对应位置位，并通过数据管理模块和数据发送模块将中断状态控制寄存器值传入数控系统上层PC机处理；所述EtherCAT通讯链路主站在对可编程IO接口装置完成扫描并配置从站的运行模式后，其PC机即可通过数控系统内核层的数据通信模块，使上层粗插补的用户层数据能按照EtherCAT通信协议经过从站控制器ESC，最后由可编程IO接口模块对数据进行处理；在数控系统启动后，数控系统上层的数控内核层对EtherCAT通讯链路的主站、从站进行识别与配置，并在成功配置后进入周期任务阶段；在配置阶段，数控内核层依次进行请求主站、创建主站过程域、配置从站及从站PDO、注册PDO并获取PDO地址和激活主站；在周期任务阶段，依次循环执行接收EtherCAT帧、检查主从站状态、将数据放入数据域、发送EtherCAT帧四个过程；所述开放式数控系统基于linux系统，所述可编程IO接口装置用于承载数控系统上、下层的EtherCAT数据通信，以使数控系统可用于数据传输距离长的分布式工业环境。

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