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工业数据传输的时钟同步

发布时间:2023-08-28 作者: 来源: 阅读量:0

[摘要]随着网络通讯技术,尤其是工业以太网技术的迅猛发展,新一代的工业总线的通讯速率和带宽已经能够将上述的时钟同步特性与工业以太网融合在一起,极大的降低了总线技术在运控应用中的门槛;另一方面,未来几年工业设备自动化水平的提高,需要运控系统轴数不断增加,运控系统的设计、集成和运营的复杂性和难度也会越来越高。

任何一样电子产品都需要有时钟,所有功能都是需要基于时钟节拍来完成的,从我们的计算机、手机到PLC、变频器,所有设备内部都需要自己的时钟。运动控制也是一样,需要基于时间轴来规划运动曲线,就像一段乐曲需要基于节拍来谱写一样。

 

  各个控制驱动产品在参与生产控制时,都是按照各自的时钟运行的,而且他们之间很多时候是相对独立的,这种独立主要体现在控制过程中产品之间的数据交换。

 

  每次数据交换,控制器需要将控制给定值(速度、位置、扭矩等)发送给轴驱动,同时从轴驱动读取当前控制反馈值;

 

  数据交换后,在下一次数据交换时间节点前,控制器需要基于读取的反馈值,迅速计算出下一次需要发送给轴驱动的给定值,轴驱动则需要根据控制器给定目标值完成相应动作;

 

  下一个数据交换时间节点,控制器需要将新的控制给定值(速度、位置、扭矩等)发送给轴驱动,同时再从轴驱动读取新一轮动作后的控制反馈值;将运行状态再反馈给控制器。

 

周而复始,每隔一个固定的时间周期,控制器都需要完成这样的运算、驱动器需要完成相应的动作、它们之间都需要完成一次数据交换,这个固定的时间间隔称为轴刷新时间周期

 

  在这种高动态运动控制中,控制器与轴驱动之间的数据交换的时间精度是极高的。在如此快速数据更新周期下,任何数据的迟到都将极大影响控制的性能,尤其是控制精度,正所谓失之毫厘,谬以千里。为了做到这一点,大部分运控总线都采用以控制器为基准主时钟校准对时,从而使系统中的时钟与控制器时钟达到同步。

 

  由于在总线上传输的信息量较多,为了确保在运控数据传输的时间精度,运控总线上关于运控的指令数据交换的优先级必须是极高的,也就是说,在规定的运控数据交互时间点上,必须进行关键运控数据的交互,其他任何在总线上的数据在此刻都必须让路等待。

 

  可以看到,要实现高动态的运动控制,控制器和驱动器的通讯总线必须具备上面所说的三个特性:高频率的运控数据交换;运控数据交换时间节点的精确性;运控数据交换在通讯总线中的高优先级

 

  随着网络通讯技术尤其是工业以太网技术的迅猛发展,新一代的工业总线的通讯速率和带宽已经能够将上述的时钟同步特性与工业以太网融合在一起,极大的降低了总线技术在运控应用中的门槛;另一方面,未来几年工业设备自动化水平的提高,需要运控系统轴数不断增加,运控系统的设计、集成和运营的复杂性和难度也会越来越高。


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