CN109991931A - 一种可重构数控装置的远程控制装置及方法 - Google Patents

一种可重构数控装置的远程控制装置及方法 Download PDF

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李锁
王喆
于东
王品
任艳
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Abstract

本发明涉及一种可重构数控装置的远程控制装置及方法，装置包括：人机交互单元通过RGMII总线连接运动控制单元，用于显示数据与控制数据的通信。方法包括：主站端RGMII总线编码接口模块将TFT并口视频数据和多外设的控制信号数据通过编码过程输出控制信号，通过RGMII总线的数据信道发送到从站端RGMII总线解码接口模块，通过解码过程生成解码后的TFT并口视频数据和多外设的控制信号数据输出。本发明实现控制单元和人机接口单元之间显示和控制数据传输的全隔离，解决了分体式数控系统人机接口单元与控制单元之间传输距离短、抗干扰能力不足的问题，提高了分体式可重构数控系统的可靠性，同时支持人机接口单元即插即用及热插拔功能。

Description

一种可重构数控装置的远程控制装置及方法
技术领域
本发明涉及工业控制领域，具体地说是一种可重构数控装置的远程控制装置及方法。
背景技术
针对现有分体式数控系统存在显示终端与控制器之间信号种类较多,传输距离短,设备之间存在互扰现象，不支持热插拔和多窗口实时显示的不足之处,本发明通过采用基于千兆以太网物理层全隔离技术的RGMII总线，实现控制单元(MCU)和人机接口单元(HMU)之间多媒体信息数据和控制数据传输的全隔离。可重构数控装置远程实时显示及控制技术能够通过FPGA技术,应用HDL硬件描述自定义功能IP模块,实现数控系统远程信息终端的显示与控制。解决了分体式可重构数控装置人机接口单元(HMU)与控制单元(MCU)之间传输距离短、抗干扰能力不足，提高了数控装置的可靠性，同时支持人机接口单元(HMU)即插即用及热插拔功能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种可重构数控装置的远程控制装置及方法，实现控制单元(MCU)和人机接口单元(HMU)之间显示和控制数据传输的全隔离，解决了分体式数控系统人机接口单元(HMU)与控制单元(MCU)之间传输距离短、抗干扰能力不足的问题，提高了分体式可重构数控系统的可靠性，同时支持人机接口单元(HMU)即插即用及热插拔功能。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种可重构数控装置的远程控制装置，包括人机交互单元通过RGMII总线连接运动控制单元，用于显示数据与控制数据的通信。
所述人机交互单元为从站，包括RGMII总线的解码接口模块和与其连接的USB、液晶屏、键盘、RS422操作站；其中
RGMII总线的解码接口模块中的以太网接口电路接收RGMII总线上的总线数据，发送给FPGA芯片，对RGMII总线数据进行协议解析，解析出液晶屏显示数据通过液晶屏接口电路发送到液晶屏，解析出键盘数据通过键盘接口电路发送到键盘，解析出RS422数据通过RS422操作站接口电路发送到RS422操作站，解析出USB数据通过USB接口电路发送到USB。
所述运动控制单元包括RGMII总线的编码接口模块和通过总线连接的CPU、现场总线通信模块、IO模块、AD数据采集模块以及电源模块；
RGMII总线的编码接口模块连接CPU，接收CPU的液晶屏显示信号、RS422操作站信号、PS/2键盘信号和USB总线信号，转换成RGMII总线数据，通过RGMII总线传输给人机接口单元的从站端的RGMII总线的解码接口板。
一种可重构数控装置的远程控制方法，主站端RGMII总线编码接口模块将TFT并口视频数据和多外设的控制信号数据通过编码过程输出控制信号，通过RGMII总线的数据信道发送到从站端RGMII总线解码接口模块，通过解码过程生成解码后的TFT并口视频数据和多外设的控制信号数据输出。
所述编码过程为：
主站端RGMII总线编码接口模块的FPGA芯片的逻辑模块，通过SOPC技术将CPU板卡的TFT并口视频数据，编码生成视频数据流；将CPU板卡的多外设的控制信号数据汇聚成控制数据流；将得到的视频数据流与控制数据流整合，按照RGMII总线协议进行编码；将编码后的数据流通过千兆以太网数据链路层的以太网发送模块，发送给人机接口单元；
同时通过以太网接收模块接收人机接口单元发来的RGMII总线数据，经控制数据流解析模块，将RGMII总线数据进行解码，经输出信息流接口模块解码成控制信号输出。
所述解码过程为：
从站端RGMII总线解码接口模块的FPGA芯片的逻辑模块，通过SOPC技术将RGMII总线数据通过以太网发送模块输出数据流，通过视频流和控制数据流分离模块，将视频流和控制数据流分离，发给输入信息流接口模块，视频流通过视频TFT信号生成模块，编码生成TFT视频数据，外接液晶屏；控制数据流通过控制信号生成模块，编码生成控制信号数据，外接RS422操作站、键盘和USB；
同时接收人机接口单元的RS422操作站、PS/2键盘、USB总线数据，经控制数据流生成模块，生成控制流，发送给控制数据流整合模块，按照RGMII总线协议进行数据编码，经以太网发送模块发送给运动控制单元，进行实时通讯。
所述TFT并口视频数据包括hs控制信号、vs控制信号和den控制信号。
所述控制信号数据包括RS422操作站数据，PS/2键盘数据和USB总线数据。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明基于千兆以太网的RGMII总线可重构数控装置的远程控制方法及装置，解决了分体式数控系统人机接口单元(HMU)与控制单元(MCU)之间传输距离短、抗干扰能力不足，提高了分体式可重构数控系统的可靠性；
2.本发明支持人机接口单元(HMU)即插即用及热插拔功能；
3.本发明支持单显示终端位流模式与多显示终端数据分发模式两种显示模式。
附图说明
图1是本发明可重构数控装置结构图；
图2是本发明RGMII总线解码接口模块图；
图3是本发明RGMII总线编码接口模块图；
图4是本发明从站端RGMII总线编码接口模块逻辑控制框图；
图5是本发明从站端RGMII总线解码接口模块逻辑控制框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示为本发明的本发明可重构数控装置结构图。
一种基于千兆以太网的可重构数控装置的远程控制方法及装置，其特征在于：包括人机接口单元(HMU)、控制单元(MCU)两部分组成，人机接口单元(HMU)与控制单元(MCU)之间通过基于千兆以太网的RGMII总线实现显示数据与控制数据的高速实时通信。
人机接口单元(HMU)是数控装置的人机交互部分，由RGMII总线解码接口模块、液晶屏、PS/2键盘、RS422操作站键盘、USB接口等组成，主要为可重构数控装置提供命令输入、系统状态显示、联机帮助、交互式编程和机床信息管理等功能。
控制单元(MCU)为数控装置的控制部分。采用箱式多插槽结构,可插入CPU板、RGMII总线编码接口板、功能扩展板等。CPU板与RGMII总线编码接口板之间通过TFT液晶屏显示信号、RS422操作站信号、PS/2键盘信号和USB总线进行连接，RGMII总线编码接口板将接收到的显示信号和控制信号转换成RGMII总线协议，通过千兆以太网将多媒体信息流和控制流的信号传递给人机接口单元(HMU)，实现控制单元(MCU)与人机接口单元(HMU)之间的高速实时通讯；CPU板与功能扩展板之间通过机箱背板上的总线互联，组成可重构数控装置。其中，根据控制要求不同，数控装置的功能扩展板可分为现场总线通讯板、IO控制板卡等。控制单元(MCU)标准配置为一个电源板，一块CPU板，一个RGMII总线编码接口板，一个现场总线通讯板、一个IO板、一个总线底板等构成，通过选配不同的功能扩展板卡，重构数控装置的控制单元(MCU)，以满足不同档次数控装置对功能、性能与成本要求。
如图2所示为本发明RGMII总线解码接口模块图。
所述RGMII总线解码接口模块包括液晶屏接口电路、键盘接口电路、RS422操作站接口电路、USB接口电路、FPGA芯片控制电路、千兆以太网接口电路等。
其中，千兆以太网接口电路接收RGMII总线上的总线数据信息，发送给FPGA对RGMII总线数据进行协议解析，解析出液晶屏显示数据、键盘数据、RS422数据、USB数据等，再通过液晶屏接口电路、键盘接口电路、RS422操作站接口电路、USB接口电路等发送给人机交互单元(HMU)，实现可重构数控装置提供命令输入、系统状态显示、联机帮助、交互式编程和机床信息管理等功能。
如图3所示为本发明RGMII总线编码接口模块框图。
所述RGMII总线编码接口模块包括液晶屏接口电路、键盘接口电路、RS422操作站接口电路、USB接口电路、FPGA芯片控制电路、千兆以太网接口电路等。
其中，RGMII总线编码接口模块与CPU模块的液晶屏接口电路、键盘接口电路、RS422操作站接口电路、USB接口电路连接，接收CPU模块的液晶屏显示数据、键盘数据、RS422数据、USB数据等，通过FPGA芯片进行总线协议转换成RGMII总线，通过千兆以太网接口电路发送给人机接口单元(HMU)，实现人机接口单元(HMU)与控制单元(MCU)之间的RGMII总线实现显示数据与控制数据的高速实时通信。
如图4所示为本发明的主站端RGMII总线编码接口板逻辑控制框图。
所述控制单元(MCU)的主站端RGMII总线编码接口板，其特征在于：基于SOPC技术的数控系统多外设数据流的信道数据融合功能，将多外设的输入与输出数据信息、视频流信号融合到千兆以太网的数据信道中。
可重构智能化数控装置支持远程信息终端的显示与控制，通过SOPC技术，将CPU板卡的TFT并口视频数据和多外设的控制信号输入数据融合到千兆以太网的RGMII总线的数据信道中。主站端RGMII总线编码接口板通过FPGA芯片的逻辑模块将TFT并口视频数据，包括hs、vs、den等控制信号，编码生成视频数据流。其中包括对不同分辨率的视频信号进行自适应编码传输。将多外设的控制信号输入数据包括RS422操作站，PS/2键盘，USB总线等接收的控制信号，汇聚成控制数据流。再将视频数据流与控制数据流整合，按照RGMII总线协议进行编码，然后通过千兆以太网数据链路层的以太网发送模块，把数控装置控制单元(MCU)的多外设的输入数据信息、TFT并口视频数据信息发送给人机接口单元(HMU)。同时通过以太网接收模块接收人机接口单元(HMU)发来的RGMII总线数据，经控制数据流解析模块，将RGMII总线数据进行解码，经输出信息流接口模块解码成RS422操作站、PS/2键盘、USB总线数据，然后与CPU板的接口连接，进行信息通信。
如图5所示为本发明的从站端RGMII总线解码接口板逻辑控制框图。
所述人机接口单元(HMU)的从站端RGMII总线解码接口板，其特征在于：人机接口单元(HMU)的基于SOPC技术的数控系统多外设数据流的信道数据融合功能，将多外设的输入与输出数据信息、视频流信号融合到千兆以太网的数据信道中。
从站端RGMII总线解码接口板以FPGA为核心，通过SOPC技术，将来自千兆以太网的RGMII总线数据进行编码和解码，通过视频流和控制数据流分离模块，将控制单元(HMU)主站端的TFT并口视频数据和多外设的控制信号解析出来，然后发给输入信息流接口模块，通过视频TFT信号生成模块，编码生成包括hs、vs、den等控制信号的TFT视频数据流，外接液晶屏，实现人机交互单元(HMU)的图像显示和人机交互功能；通过控制信号生成模块，解析出RS422操作站，PS/2键盘，USB总线等控制信号，外接RS422操作站用于与人机交互单元的操作站面板连接，实现可重构数据装置的操作站按键功能的输入与控制等功能；外接PS/2键盘，用于标准键盘扩展功能，实现命令输入、交互式编程和机床管理等功能；外接USB接口，实现控制单元(MCU)的CPU板与人机交互单元(HMU)之间的U盘文件拷贝功能。同时接收人机接口单元(HMU)的RS422操作站、PS/2键盘、USB总线数据，经控制数据流生成模块，生成控制流，发送给控制数据流整合模块，按照RGMII总线协议进行数据编码，经以太网发送模块发送给控制单元(MCU)，实现人机接口单元(HMU)与控制单元(MCU)之间通过基于千兆以太网的RGMII总线实现多媒体信息流与控制流数据的高速实时通讯。

Claims (8)

1.一种可重构数控装置的远程控制装置，其特征在于：包括人机交互单元通过RGMII总线连接运动控制单元，用于显示数据与控制数据的通信。
2.根据权利要求1所述的可重构数控装置的远程控制装置，其特征在于：所述人机交互单元为从站，包括RGMII总线的解码接口模块和与其连接的USB、液晶屏、键盘、RS422操作站；其中
RGMII总线的解码接口模块中的以太网接口电路接收RGMII总线上的总线数据，发送给FPGA芯片，对RGMII总线数据进行协议解析，解析出液晶屏显示数据通过液晶屏接口电路发送到液晶屏，解析出键盘数据通过键盘接口电路发送到键盘，解析出RS422数据通过RS422操作站接口电路发送到RS422操作站，解析出USB数据通过USB接口电路发送到USB。
3.根据权利要求1所述的可重构数控装置的远程控制装置，其特征在于：所述运动控制单元包括RGMII总线的编码接口模块和通过总线连接的CPU、现场总线通信模块、IO模块、AD数据采集模块以及电源模块；
RGMII总线的编码接口模块连接CPU，接收CPU的液晶屏显示信号、RS422操作站信号、PS/2键盘信号和USB总线信号，转换成RGMII总线数据，通过RGMII总线传输给人机接口单元的从站端的RGMII总线的解码接口板。
4.一种根据权利要求1～3任一项所述装置的可重构数控装置的远程控制方法，其特征在于：主站端RGMII总线编码接口模块将TFT并口视频数据和多外设的控制信号数据通过编码过程输出控制信号，通过RGMII总线的数据信道发送到从站端RGMII总线解码接口模块，通过解码过程生成解码后的TFT并口视频数据和多外设的控制信号数据输出。
5.根据权利要求4所述的可重构数控装置的远程控制方法，其特征在于：所述编码过程为：
主站端RGMII总线编码接口模块的FPGA芯片的逻辑模块，通过SOPC技术将CPU板卡的TFT并口视频数据，编码生成视频数据流；将CPU板卡的多外设的控制信号数据汇聚成控制数据流；将得到的视频数据流与控制数据流整合，按照RGMII总线协议进行编码；将编码后的数据流通过千兆以太网数据链路层的以太网发送模块，发送给人机接口单元；
同时通过以太网接收模块接收人机接口单元发来的RGMII总线数据，经控制数据流解析模块，将RGMII总线数据进行解码，经输出信息流接口模块解码成控制信号输出。
6.根据权利要求4所述的可重构数控装置的远程控制方法，其特征在于：所述解码过程为：
从站端RGMII总线解码接口模块的FPGA芯片的逻辑模块，通过SOPC技术将RGMII总线数据通过以太网发送模块输出数据流，通过视频流和控制数据流分离模块，将视频流和控制数据流分离，发给输入信息流接口模块，视频流通过视频TFT信号生成模块，编码生成TFT视频数据，外接液晶屏；控制数据流通过控制信号生成模块，编码生成控制信号数据，外接RS422操作站、键盘和USB；
同时接收人机接口单元的RS422操作站、PS/2键盘、USB总线数据，经控制数据流生成模块，生成控制流，发送给控制数据流整合模块，按照RGMII总线协议进行数据编码，经以太网发送模块发送给运动控制单元，进行实时通讯。
7.根据权利要求5或6所述的可重构数控装置的远程控制方法，其特征在于：所述TFT并口视频数据包括hs控制信号、vs控制信号和den控制信号。
8.根据权利要求5或6所述的可重构数控装置的远程控制方法，其特征在于：所述控制信号数据包括RS422操作站数据，PS/2键盘数据和USB总线数据。
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