CN202230355U - 数控机床用can远程信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了数控机床用CAN远程信号采集系统，该CAN远程信号采集系统包括主站（1）、从站（2）和上位机PLC（3），主站（1）与从站（2）构成CAN远程信号采集，以主站（1）为中心对多个从站（2）的数据做出采集并以CAN通讯方式传输，从站（2）根据信号的格式需要选择被采集的信号源分布设备角落以高速映射的方式对主站（1）映射数据，主站（1）打包传送到上位机PLC（3）。本实用新型采用CAN远程信号采集模块取代控制线，用2根通讯线采集数据组成设备控制网络，节约控制线的数量和成本，安装时间短，调试方便，维护故障率几乎为0，提高用户的有效工作时间，避免每台加工中心的控制线多达上千根的局面。

Description

数控机床用CAN远程信号采集系统

技术领域

本实用新型涉及CAN远程信号采集，具体涉及数控机床用CAN远程信号采集系统，可运用于各行各业的各类机器。

背景技术

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN(Controller Area Network)属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN最初是德国Bosch公司于１９８３年为汽车应用而开发的，属于现场总线（FieldBus）范畴。目前CAN已逐步应用到其它工业控制中，现已成为ISO-11898国际标准。基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：

      首先，CAN控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。

    其次，CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期。

  另外，与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前 CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。     在数控机床中，控制部分通过多个伺服单元控制机床的运动，例如加工中心的主电控箱分布了机床上所有的控制部分，X轴、Y轴、Z轴的运动、刀具的进给等，有很多信号线布落在机床的操作台、液压系统、刀库、主轴变挡、工作台限位系统上，布线安装反锁调试时间长工作效率低，很麻烦，由于电缆多、长，布线密集、复杂，加上电缆容易老化，机床在长期的运行中经常会出现器件、电线电缆、印制电路板、接插件不正常状态甚至损坏等硬件故障以及PLC程序中产生的软件故障等，一旦有短路、断路情况非常麻烦，故障维修复杂，维护周期较长，工作量大。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种数控机床用CAN远程信号采集系统，由CAN远程信号采集取代控制线，只用2根通讯线就采集数据组成设备控制网络，大大节约控制线的数量和成本，安装时间短，调试方便，独立映射功能便于和上位机通信，维护故障率几乎为0，提高用户单位的有效工作时间，避免每台加工中心的控制线多达上千根的局面。

本实用新型的技术解决方案是：该CAN远程信号采集系统包括主站、从站和上位机PLC，主站与从站构成CAN远程信号采集，以主站为中心对多个从站的数据做出采集并以CAN通讯方式传输，从站根据信号的格式需要选择被采集的信号源分布设备角落以高速映射的方式对主站映射数据，主站打包传送到上位机PLC。

其中，在没有上位机PLC情况下运行时，主站和从站组成独立的采集模块进行数据映射。

其中，主站包括主站壳体和主站网关，主站壳体的外壁上安装主站电源灯、主站通讯灯和从站状态灯，主站电源灯、主站通讯灯和从站状态灯连接主站壳体内的主站网关，整体构成主站。

其中，从站包括从站壳体和从站模块，从站壳体的外壁上安装从站电源灯、从站通讯灯、DO状态灯和DI状态灯，从站电源灯、从站通讯灯、DO状态灯和DI状态灯连接从站壳体内的从站模块，整体构成从站。

工作时，由从站模块把外设的I/O信号打包压缩后通过CANBUS高速映射上传到主站网关，主站网关再通过MODBUS把所有站或其中几个站的外设信号一次同时上传到PLC或PC；PLC或PC一次同时把所有外设输出信号通过MODBUS下传到主站网关，主站网关通过CANBUS高速映射下传到从站模块输出到外设。

本实用新型具有以下优点：

1、凡是设备主体开关量、模拟量和PLC联系较多、分布点多的场合，都可以采用CAN远程信号采集系统，实现PLC/PC和设备主体通讯采集数据、驱动外设，如设备上有多分布式按钮板、分布式电磁阀、变送器、仪表等，可以每个分布点设置一个或多个远程模块。

2、CAN是对等结构，即多主机工作方式，网络上任意一个节点可以在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，不分主从，通讯方式灵活。

3、CAN模块上的节点可以分为不同的优先级，满足不同的实时需要。

4、CAN采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点自动停止发送，在网络负载很重的情况下不会出现网络瘫痪。

5、CAN可以点对点、点对多点、点对网络的方式发送和接收数据，通讯距离最远10 km(5 kb/ s)，节点数目可以达110个。

6、CAN采用的是短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，具有CRC校验和其它检测措施，数据出错几率小，CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭功能，不会影响总线上其它节点操作。

7、通讯介质采用廉价的双绞线，无特殊要求，用户接口简单，容易构成用户系统。

8、CAN远程信号采集系统映射是对没有上位机通讯方式操作，解决现场电控和设备距离远、电线多、压降大等问题，映射的组成是数字量和模拟量的映射；例如主站上有16个开关量输入可以映射到16个输出模块上达到16根线的控制作用，只要拨开输入模块上的映射开关调节对应的输出模块地址就可执行并组成映射系统；将此系统运用在数控机床中，可以达到信号准确、维护方便、成本降低等目的。

附图说明

图1 为CAN远程信号采集系统网络示意图。

图2为CAN远程信号采集系统映射网络图。

图3为主站模型图。

图4为从站模型图。

图5为二轴数控车床实用CAN总线的工作原理图。

图6为图5的接线示意图。

图7为主站BH-320与从站之间的高速映射原理图。

图8为从站模块BH-8410示意图。

图9为从站模块BH-16DI示意图。

图中：1主站，2从站，3上位机PLC，4主站壳体，5主站电源灯，6主站通讯灯，7从站状态灯，8从站壳体，9从站电源灯，10从站通讯灯，11 DO状态灯，12 DI状态灯。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的技术解决方案。

如图1-4所示，该CAN远程信号采集系统包括主站1、从站2和上位机PLC 3，主站1与从站2构成CAN远程信号采集，以主站1为中心对多个从站2的数据做出采集并以CAN通讯方式传输，从站2根据信号的格式需要选择被采集的信号源分布设备角落以高速映射的方式对主站1映射数据，主站1打包传送到上位机PLC 3。

其中，在没有上位机PLC 3情况下运行时，主站1和从站2组成独立的采集模块进行数据映射。

其中，主站1包括主站壳体4和主站网关，主站壳体4的外壁上安装主站电源灯5、主站通讯灯6和从站状态灯7，主站电源灯5、主站通讯灯6和从站状态灯7连接主站壳体4内的主站网关，整体构成主站。

其中，从站2包括从站壳体8和从站模块，从站壳体8的外壁上安装从站电源灯9、从站通讯灯10、DO状态灯11和DI状态灯12，从站电源灯9、从站通讯灯10、DO状态灯11和DI状态灯12连接从站壳体8内的从站模块，整体构成从站。

工作时，从站模块BH-16DI把外设的I/O信号打包压缩通过CANBUS高速映射上传到主站网关BH-320，主站网关BH-320再通过MODBUS把所有站或其中几个站的外设信号一次同时上传到PLC或PC；PLC或PC一次同时把所有外设输出信号通过MODBUS下传到主站网关BH-320，主站网关BH-320通过CANBUS高速映射下传到从站模块BH-16DI输出到外设。

对于二轴数控车床来说，如图5-9与表1-3所示，由主站通过高速映射打包传送给各个伺服系统，伺服系统包含X轴、Z轴伺服系统、主轴伺服系统、进给伺服系统； BH-320是主站网关模块，在CANBUS侧是主站，BH‐8410、BH‐16DI、BH‐16DO、BH‐4AI、BH‐4AO是从站模块，通过映射关系交换数据（用户无需编程干预，透明传输），从站采集到的DI/AI映射到主站的输入缓冲区，并按顺序排列好，主站输出缓冲区的数据，按位置映射到从站并通过DO/AO输出；主站网关模块BH-320设置CANBUS的波特率 为100K/250K/500K，从站设置地址0～31即可通讯映射；被用于远程信号采集系统中的主站和从站有标准的信号，模块为16点开关输入信号；16点开关输出信号：4个模拟输入信号，4个模拟输出信号，4个脉冲输入信号，4个脉冲输出信号；主站和上位机的数据通讯模式是以工业上最常用的RS485模式通讯。

Claims (5)

1.数控机床用CAN远程信号采集系统，其特征在于：该CAN远程信号采集系统包括主站（1）、从站（2）和上位机PLC（3），主站（1）与从站（2）构成CAN远程信号采集，以主站（1）为中心对多个从站（2）的数据做出采集并以CAN通讯方式传输，从站（2）根据信号的格式需要选择被采集的信号源分布设备角落以高速映射的方式对主站（1）映射数据，主站（1）打包传送到上位机PLC（3）。

2.根据权利要求1所述的数控机床用CAN远程信号采集系统，其特征在于：其中，在没有上位机PLC（3）情况下运行时，主站（1）和从站（2）组成独立的采集模块进行数据映射。

3.根据权利要求1所述的数控机床用CAN远程信号采集系统，其特征在于：其中，主站（1）包括主站壳体（4）和主站网关，主站壳体（4）的外壁上安装主站电源灯（5）、主站通讯灯（6）和从站状态灯（7），主站电源灯（5）、主站通讯灯（6）和从站状态灯（7）连接主站壳体（4）内的主站网关，整体构成主站。

4.根据权利要求1所述的数控机床用CAN远程信号采集系统，其特征在于：其中，从站（2）包括从站壳体（8）和从站模块，从站壳体（8）的外壁上安装从站电源灯（9）、从站通讯灯（10）、DO状态灯（11）和DI状态灯（12），从站电源灯（9）、从站通讯灯（10）、DO状态灯（11）和DI状态灯（12）连接从站壳体（8）内的从站模块，整体构成从站。

5.根据权利要求1所述的数控机床用CAN远程信号采集系统，其特征在于：对于二轴数控车床来说，由主站通过高速映射打包传送给各个伺服系统，伺服系统包含X轴、Z轴伺服系统、主轴伺服系统、进给伺服系统； BH-320是主站网关模块，在CANBUS侧是主站，BH‐8410、BH‐16DI、BH‐16DO、BH‐4AI或BH‐4AO是从站模块，通过映射关系交换数据，从站采集到的DI/AI映射到主站的输入缓冲区，并按顺序排列好，主站输出缓冲区的数据，按位置映射到从站并通过DO/AO输出；主站网关模块BH-320设置CANBUS的波特率 为100K/250K/500K，从站设置地址0～31即可通讯映射；被用于远程信号采集系统中的主站和从站有标准的信号，模块为16点开关输入信号；16点开关输出信号：4个模拟输入信号，4个模拟输出信号，4个脉冲输入信号，4个脉冲输出信号；主站和上位机的数据通讯模式是以工业上最常用的RS485模式通讯。

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