0 introduction
Un générateur d'impulsions le domaine de l'alimentation des équipements électroniques, le contrôle industriel, robotique, etc. largement utilisé . Les générateurs d'impulsions sont typiquement des circuits analogiques, une conception à microprocesseur, le document avec des amplificateurs opérationnels, des transistors et un autre élément d'isolation de simulation discret conçu un circuit de gradation PWM et la puissance d'entraînement de variation de LED, le document proposés à base HCS12 MCU amélioré minuterie de programme de développement signal PWM à commande multiplexée fréquence de sortie E / S et cycle de service, en raison de limitations matérielles conduisent à résoudre le problème de la pénurie des canaux de sortie PWM. Document de embarqué sur la conception SoC une stratégie de commande configurable de générateur de signal de PWM commun morte permet une configuration flexible. simulateur de circuit d'élément discret construit le signal PWM est généré, de nombreux composants, le circuit est plus complexe, difficile à déboguer. microprocesseur SoC ou analogue produit un signal PWM, lorsque le trajet du signal est moins apte à répondre aux exigences du microprocesseur, lorsque le signal de PWM est supérieur à 4, étant donné que les instructions de processeur exécuté séquentiellement, aura un retard plus grand, de sorte que la forme d'onde de signal PWM l'instabilité . Ainsi, la conception générateur de signaux PWM peut être utilisé FPGA, des instructions FPGA sont exécutées en parallèle, une augmentation de la voie de signal ne modifie pas la vitesse et la stabilité des signaux d'impulsions, en réalisant ainsi un contrôle précis Document et < 7> peut être conçu pour fournir en sortie simultanément le dispositif multiplexage de signaux PWM, sont utilisées dans différentes applications à l'aide de FPGA. Le générateur de signaux d'impulsion sont fonctionnement autonome séparé seulement, non relié au réseau de bus de terrain via le système de commande pour atteindre une flexibilité et une configuration rapide, ce document conception d'un procédé basé sur CAN et l'appareil émet un signal d'impulsion, le message CAN la mise à jour la fréquence de sortie PWM et cycle de service, mais une communication sur le bus CAN de communication à débit plus lent, est difficile à appliquer dans le cas d'exigences de contrôle à grande vitesse.
Avec l'avancement et le développement de la fabrication industrielle de 4,0 et intelligent, en réseau, systèmes intelligents, numérisés industriels utilisent Internet de plus en plus répandue , sur la base des présents dispositif de contrôle de nouvelles exigences d'application. Générateur traditionnel d'impulsion autonome ou générateur d'impulsions en fonction de la réponse bus ne peuvent pas répondre aux communications Internet haut débit et de l'industrie rapide à la demande de ce problème, nous avons conçu un générateur d'impulsions basé sur un réseau Ethernet industriel temps réel à haute vitesse sur des appareils EtherCAT utilisant la communication avec le système de commande externe, afin d'obtenir le contrôle et la stabilité échange de données à grande vitesse.
Un générateur d'impulsions pour fournir un signal de commande d'impulsion côté appareil de terrain industriel, et son schéma de principe représenté sur la figure 1. En raison de l'équipement industriel plus élevé pour les besoins en temps réel, nous avons sélectionné la communication Ethernet EtherCAT en temps réel, Ethernet EtherCAT est un système de bus de terrain basé sur une architecture ouverte avec en temps réel, topologie flexible, haute précision de synchronisation, la redondance de câble , avec des fonctions de protocole de sécurité de fonctionnement et ainsi de suite. Système de générateur d'impulsions minimum comprend un microprocesseur, le PC de communication EtherCAT, l'interface de communication EtherCAT, un coupleur optique (ci-après à titre de coupleur), et des interfaces de relais de puissance à l'état solide signaux de champ. Dans lequel, le contrôleur de communication EtherCAT, et des signaux de commande sont analysés par l'interface de communication EtherCAT recevoir un signal de commande, de génération de signal analytique; un microprocesseur agencé conformément au signal de mode de sortie pour analyser des signaux d'impulsions et délivre en sortie un signal d'impulsion correspondant au mode pulsé signal lumineux après que la sortie est couplée à un solide relais de puissance électriquement isolé; relais de puissance à l'état solide pour augmenter la capacité de charge du signal d'impulsion, la sortie de signal d'impulsion à partir du signal de sortie champ d'interface du côté de l'appareil de terrain.
Le générateur d'impulsions utilise un contrôleur de communication de bus EtherCAT communique avec un hôte via EtherCAT, le contrôleur de communication EtherCAT pour réaliser la fonction de contrôle d'accès au support de communication EtherCAT est responsable de la gestion des trames de données EtherCAT, pour réaliser l'échange de données avec la station maître EtherCAT de l'application. Le microprocesseur calcule la sortie d'impulsions pour mettre en oeuvre une carte logique, le contrôle coordonné.
EtherCAT contrôleur de communication et le générateur d'impulsions comprend une interface de communication de deux façons: interfaces MII et les interfaces EBUS. Lors de l'utilisation une interface MII, le contrôleur de communication EtherCAT via l'interface MII puce PHY, et communique avec l'extérieur à travers l'interface RJ45. Lorsque les interfaces EBUS, le contrôleur de communication EtherCAT utilisés directement avec la EBUS de bus de communication externe.
Circuit de sortie de relais de protection de puissance à l'état solide peut être mis en oeuvre, y compris la protection thermique, la protection de court-circuit, et délivre en sortie un signal de diagnostic au microprocesseur, le signal de diagnostic est entrée dans le microprocesseur par opto isolation électrique, des fonctions de diagnostic permettant au circuit de sortie, améliorer la fiabilité du générateur d'impulsions. Une sortie de signal d'impulsion provenant du circuit de protection à relais de puissance à l'état solide après que la sortie est envoyée à l'appareil de terrain via l'interface de signal côté champ.
2 Conception du matériel
2.1 Système minimum CPU
Dispositif d'auto-contrôle sur la base de facteurs sélectionnés processeur Godson générateur de signal d'impulsion LS1C0300A, coeur de processeur LS1C GS232 est basé, fournit une multitude d'interfaces périphériques. LS1C utilisant schéma de circuit du système de minimum représenté sur la figure 2, comprend une partie de puissance, un port de débogage JTAG, UART série, SDRAM de mémoire, NAND Flash, Flash SPI, SPI interface de communication série, un circuit de remise à zéro et de l'interface GPIO générale. Dans lequel l'interface SPI est connecté au contrôleur de la EtherCAT ET1100, le GPIO connecté au circuit de sortie d'impulsions et le circuit de diagnostic, et un circuit d'alarme de contrôle, lorsqu'une défaillance se produit pour réaliser la fonction d'alarme. LS1C intégré fonction RTC interne, de sorte que la broche de connexion à la source d'horloge à quartz RTC_Clk 32,768 kHz externe, et en fournissant la batterie RTC, le maintien d'une synchronisation précise de la mise hors tension condition. LS1C connecté à SDRAM via le bus parallèle pour mémoriser des données pendant le fonctionnement de la procédure de traitement et de chargement. Inclut une variété de promoteurs LS1C, configurations correspondant au mode de démarrage broche de sélection, la conception Nand_D4 broches Nand_D5 sont connectés à haut et bas, est fourni à partir de LS1C SPI Flash, PMON système de chargement de démarrage.
circuit de communication 2.2 EtherCAT
EtherCAT envoi de circuit de communication et recevoir des signaux fonction EtherCAT, représenté en coupe, comprenant ET1100, PHY, EEPROM, une horloge, un transformateur de réseau, RJ45 interface 3 représenté sur la figure. ET1100 atteindre la puce de protocole de couche de liaison de données EtherCAT dédié, le traitement des données de trame EtherCAT, et fournit une interface de données à la station de commande de l'appareil. ET1100 PHY_0 paquet reçu par EtherCAT, extrait les données de transmission et les commandes à son propre espace de stockage interne, et écrit des données à partir de la mémoire locale à l'intérieur de leur sous-paquet respectif du paquet, et de réaliser à partir de la commande externe l'échange de données poste de données local, puis envoyés à l'autre dispositif ET1100 par paquet PHY_1 EtherCAT.
Mémoire EEPROM contrôleur de communication EtherCAT via le bus IIC. communication de connexion ET1100, la configuration du dispositif de mémoire EEPROM des informations d'interface EEPROM ET1100 IIC. l'interface MII ET1100 reliant les deux, et délivre en sortie le signal d'horloge PHY_CLK, le signal de réinitialisation au dispositif PHY. ET1100 due à un traitement de réduction de retard et la transmission de l'interface MII conception optimisée, la sélection de la contrainte proposée à puce PHY , la conception sélectionnée société MICREL KSZ8051MLL. ET1100 configuration broche MII multiplexage broches, pour la clarté de la description du mode de fonctionnement de ce circuit, représenté sur la figure 3 les repères individuels de configuration clés, respectivement p_mode et p_mode est reliée à la broche, la sélection ET1100 en utilisant les ports 0 et 1, et P_CONF (0) P_CONF et (1) est relié à la broche de masse, orifices disposés 0 et 1 en utilisant l'interface MII, de communiquer avec la puce PHY.
Circuit d'attaque de sortie 2,3
circuit de sortie d'impulsions comprend un optocoupleur, la conduite et des circuits de protection, comme représenté sur la Fig. Optocoupleur champ électriquement isolé côté du circuit interne de l'appareil. Circuit de commande d'alimentation réalisant une amplification du signal de pouls, la sélection des petits paquets de VNI2140J de relais de puissance à l'état solide intelligente industriel haute performance de ST, peut être obtenue pour chaque canal de sortie de courant 1 A, pour des besoins industriels. fonction de protection du circuit VNI2140J intégré dans la charge, afin de séparer chaque sortie du courant actif de limitation pour empêcher une défaillance de la charge due à une tension réduite d'alimentation du système, la terre pour fournir des fonctions à sécurité intégrée et de diagnostic, lorsque la surcharge ou court-circuit, le relais de puissance de sortie signaux de diagnostic et la fonction de diagnostic de défaut de rétroaction par l'intermédiaire du coupleur optique à la puce du processeur.
3 Logiciel de conception
Flux de production de signal d'impulsion générateur représenté sur la figure 5, l'alimentation du système, le système est tout d'abord initialisé, y compris UART, SPI, temporisateur à usage général GPIO, ET1100, Flash, SDRAM et autres périphériques. Puis, comprenant un mode de fonctionnement, les paramètres de configuration des paramètres de cycle de base de temps de réception; appareil ET1100 dispositif de traitement en fonction des paramètres de configuration, reçoit maître EtherCAT de données de commande, y compris le cycle de service, le retard, la l'analyse, le calcul, et délivre en sortie un signal d'impulsion correspondant à. Alors que le signal de sortie, dispositif de collecte d'informations de défaut, en cas de panne, l'équipement de traitement d'alarme, et le registre d'écriture de données, et les messages d'alarme EtherCAT.
Réglage des paramètres incluent le mode de fonctionnement de la station primaire, cycle de service, lorsque le retard du groupe, et d'autres paramètres du cycle. DESCRIPTION rapport cyclique du cycle de la durée du signal de sortie d'impulsion de haut niveau représentant la période d'impulsion, la description du cycle du signal d'impulsion de sortie, la résolution temporelle du minimum du signal d'impulsion de synchronisation décrit, le signal d'impulsion retardé décrit après le signal de validation le temps de retard avant la sortie.
Déterminer un mode d'impulsion du dispositif de sortie de signal de mode de fonctionnement, comprenant quatre modes de fonctionnement: un mode de sortie d'impulsion, un mode de modulation de largeur d'impulsion (PWM), le mode rafale, et le mode de retard. Délivrer en sortie un mode de sortie d'impulsions d'amplitude spécifiée et la durée d'impulsion du niveau élevé au générateur d'impulsions, le reste est faible. Une largeur d'impulsion en mode de modulation est un générateur d'impulsions délivre en continu un signal d'impulsion, et dans lequel la période fixée d'impulsions en amplitude, la durée de niveau haut des impulsions peut être réglée automatiquement en fonction du EtherCAT du signal reçu. Le mode rafale nombre spécifié d'impulsions de la sortie du générateur d'impulsions, dans lequel l'amplitude d'impulsion, la période et la durée du niveau haut sont spécifiées dans le EtherCAT du signal reçu. Lorsque le mode de retard est le générateur d'impulsions numérique reçoit un changement de signal d'entrée (y compris front montant ou descendant), puis spécifier le temps de retard pour délivrer en sortie un signal d'impulsion correspondant, dans lequel le signal numérique d'entrée change de mode de réalisation, le temps de retard, la sortie le type de signal d'impulsion des paquets de données reçus EtherCat déterminée par le générateur d'impulsions. A travers les quatre modes de fonctionnement ci-dessus, le générateur d'impulsions pour satisfaire les besoins opérationnels des différents appareils de terrain.
4 Topology
Un générateur d'impulsions comportant deux interfaces de communication EtherCAT via l'interface de communication EtherCAT pluralité de générateurs d'impulsions peut constituer un système de réseau, des fonctionnalités étendues canaux de sortie de signal d'impulsion, dans lequel chaque générateur d'impulsions comme un esclave EtherCAT. La mise en réseau, et la bague comprend une chaîne, respectivement, comme représenté sur la figure 6 et la figure 7.
Lorsque la composition d'un réseau en anneau, un dispositif de réseau tombe en panne, ou tout pluralité de déconnexion de liaison des générateurs d'impulsions, le générateur de signal d'impulsion maître EtherCAT accessible par les extrémités de cycle restants, respectivement, ce qui améliore la fiabilité du système.
5 test
Cette conception basée sur un temps réel Ethernet industriel EtherCAT générateur de signal d'impulsion, comprenant quatre modes de fonctionnement, respectivement, soumis à l'essai, les résultats présentés sur la figure 8, dans lequel (A) montre les résultats de l'impulsion de test en mode de sortie, délivre en sortie un 1 High s signal de niveau, d'autres fois sont faibles; vue (b) montre un cycle de sortie de résultat de test en mode impulsion de modulation de largeur (PWM) est de 1 s, 60% du signal d'impulsions de rapport cyclique;. la figure (c) montre un mode de salve les résultats, les sorties de trois impulsions, s 1 cycle, 60% de cycle;. la figure (D) montre les résultats du mode essai de retard, un canal de collecte de signal de haut niveau 2, le canal 1 acquisition de signal d'impulsion, il peut être vu dans après 1 s élevées, le générateur de signal d'impulsion génère la période de 1 s, 50% de cycle de l'impulsion 3. Les résultats montrent que le générateur d'impulsions conçu apte à générer un signal d'impulsion en fonction de la configuration des quatre schémas de la station primaire.
6. Conclusions
Dans cet article, la capacité de communication du générateur de signal d'impulsion classique faible, et sur la base de la conception en temps réel processeur industriel Ethernet EtherCAT LS1C Godson comprend un générateur d'impulsions pour une capacité de communication à grande vitesse. Conception de générateur d'impulsions comprend quatre modes de fonctionnement, peuvent être appliquées à la commande de mouvement du robot, la commande du véhicule, l'électronique de puissance et du contrôle industriel et d'autres applications.
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Informations sur l'auteur:
Lin Hao, Hanqing Min, Song Dong, Chen Hai
(Chine de l'information électronique Industry Group Co., Ltd Institut de recherche Sixième, Beijing 100083, Chine)
