在2007 FA/PA展覽會上，山東力創(chuàng)帶來了與山東大學數(shù)控技術(shù)研究中心聯(lián)合開發(fā)的IFSB實時高速總線多軸運動控制平臺。

IFSB實時高速多軸運動控制平臺及應(yīng)用總體介紹

IFSB (Industrial Field Serial Bus)是一種適合于實時高速多軸同步運動控制的網(wǎng)絡(luò)總線。在基于標準PC的運動控制器與標準伺服驅(qū)動器（模擬或脈沖控制信號可配置）、步進電機驅(qū)動器、變頻器、數(shù)字I/O、模擬I/O、絕對編碼器以及用戶自己制造的符合IFSB接口的各種設(shè)備之間提供一個端口12Mbps的傳輸速率的同步實時連接（系統(tǒng)有四個端口，可提供高達48Mbps傳輸速率的高速同步實時總線），可支持最多達128軸的實時同步運動控制，接口機箱可方便級連，擴展方便，機箱的級連線長可達100米；所有信息以數(shù)字形式在控制器與設(shè)備之間傳輸，支持系統(tǒng)復雜模型的集中控制；硬件實時同步使得通訊周期的最大抖動小于500ns，可滿足高速高精度的控制要求。操作系統(tǒng)支持WINDOWS2000/XP，XP Embedded以及Linux，在無實時操作系統(tǒng)支持下，系統(tǒng)的更新周期可達500us，有實時操作系統(tǒng)支持時，系統(tǒng)的最小更新周期可達200us（3軸）。用戶可采用C/C ，VB，Delphi，C#通過調(diào)用用戶動態(tài)鏈接庫（DLL）或ActiveX進行編程，為不同行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域提供一個通用運動控制平臺，滿足當前企業(yè)對控制器二次開發(fā)的迫切要求。不同的企業(yè)可以根據(jù)其自身的特點，在此平臺上將自己的專有知識結(jié)合進控制系統(tǒng)，開發(fā)出專有的運動控制器，形成有自己特色的產(chǎn)品。擺脫傳統(tǒng)運動控制器的束縛和依賴，形成具有企業(yè)自主知識產(chǎn)權(quán)的控制器，提升企業(yè)產(chǎn)品的核心競爭力。這種技術(shù)大大縮短了控制器的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維護的時間，降低了產(chǎn)品設(shè)計、制造和服務(wù)的成本，加速產(chǎn)品的上市時間。

IFSB實時高速多軸運動控制平臺系統(tǒng)框架

該平臺完全基于標準PC，在主機端可插接PCI，ISA或PC104或PC104Plus總線的IFSB主通訊卡，通過總線與系統(tǒng)要求的各種接口卡簡單級連交互各種信號，由計算機完成各種復雜的算法控制。目前IFSB接口還未與伺服電機驅(qū)動器集成在一起，為保證系統(tǒng)能與標準伺服驅(qū)動器相連，我們開發(fā)了一個帶IFSB總線背板的3U機箱，機箱有多種規(guī)格可插一個電源模塊和3-7塊應(yīng)用接口板（見第四部分的表），各種應(yīng)用接口卡使得系統(tǒng)能與各類傳感器和執(zhí)行機構(gòu)接口，擴展了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。如果一個機箱滿足不了系統(tǒng)的要求，可以多級級連，機箱最多可級聯(lián)8個。

計算機操作系統(tǒng)可采用Windows2000/XP/XPE或Linux操作系統(tǒng)。為保證控制系統(tǒng)的實時性有兩種解決方案：（1）加實時擴展RTX或RTLinux，采用Windows和RTX擴展時操作系統(tǒng)的軟件版權(quán)費比較高（一套版權(quán)費需5000多元人民幣），而Linux和RTLinux（或RTAI）是免費的； （2）在Windows環(huán)境下不加實時擴展，通過Windows內(nèi)核中段服務(wù)程序（ISR）編程可以達到實時性的要求。Windows操作系統(tǒng)環(huán)境的開發(fā)資源和應(yīng)用程序豐富，熟悉開發(fā)技術(shù)的人員多。所以目前我們采用Windows加內(nèi)核編程的方法來滿足控制的實時性要求。經(jīng)測試采用這種方法系統(tǒng)可以響應(yīng)20k頻率的中斷

數(shù)控系統(tǒng)平臺支持Windows 2000/NT/XP等。數(shù)控應(yīng)用程序支持集成開發(fā)環(huán)境象Microsoft Visual Studio 或者Borland C ，Delphi等面向?qū)ο蠊こ陶Z言進行開發(fā)，同時系統(tǒng)開放內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。進一步地系統(tǒng)還提供Labview和Mathlab的編程接口。下位機數(shù)據(jù)通過總線接口以及系統(tǒng)開發(fā)工具包對用戶開放。用戶應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程如下：

1．系統(tǒng)硬件系統(tǒng)配置。系統(tǒng)具有硬件自動識別和枚舉功能，系統(tǒng)配置工具能對接入系統(tǒng)的模塊功能進行識別和配置，通過硬件調(diào)試工具，分析硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，生成硬件系統(tǒng)配置文件。

2． 進行運動控制系統(tǒng)功能定義。根據(jù)硬件系統(tǒng)配置信息，定義系統(tǒng)功能。主要包括聯(lián)動軸、驅(qū)動器控制模式。定義內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，位置控制模式，數(shù)據(jù)交換方式等。

3．根據(jù)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，采用系統(tǒng)開發(fā)包進行控制系統(tǒng)功能定義。采用系統(tǒng)開發(fā)工具包分析機械系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)以及動態(tài)響應(yīng)特性，調(diào)整系統(tǒng)運動參數(shù)。

4．基于Windows組件對象模型，根據(jù)給定用戶接口，開發(fā)應(yīng)用程序組件，ActiveX或COM（用戶可以開發(fā)自己的譯碼組件、刀具補償組件、插補組件等）。

5．采用用戶熟悉的工程開發(fā)工具，在Windows環(huán)境下對系統(tǒng)進行功能開發(fā)。系統(tǒng)支持用戶自定義控制策略，但這需要支持的系統(tǒng)開發(fā)工具。

IFSB實時高速多軸運動控制平臺系統(tǒng)特色優(yōu)勢

⒈ 采用Windows 設(shè)備驅(qū)動程序模式，利用運行于內(nèi)核的Windows設(shè)備驅(qū)動程序，截獲系統(tǒng)中斷，在ISR中實現(xiàn)實時功能。同時實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)度功能。不用實時操作系統(tǒng)可滿足運動控制的實時要求；

⒉ IFSB滿足了開放結(jié)構(gòu)控制器的用戶可以在較大范圍內(nèi)根據(jù)需要選擇和配置硬件，為解決下一代的數(shù)字化驅(qū)動接口提供了途徑，可以在設(shè)備控制層實現(xiàn)分布式控制。

⒊ IFSB采用通用Windows操作系統(tǒng)實現(xiàn)了硬實時控制，為實現(xiàn)控制系統(tǒng)的復雜模型控制、高速、高精度性能奠定了基礎(chǔ)。

⒋ 系統(tǒng)硬件擴展方便，當控制軸數(shù)和I/O點數(shù)增加時，對數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)沒有影響，便于控制系統(tǒng)的擴充和裁減。