[发明专利]一种基于PCIe总线协议的实时运动控制系统及方法

说明书

一种基于PCIe总线协议的实时运动控制系统及方法，它属于现代化运动控制中的高速数据传输及实时运动控制技术领域。本发明解决了传统运动控制系统控制结构封闭，兼容性差以及缺乏实时运动控制功能的问题。本发明设计了包括工控机、底层运动控制模块、用户界面模块、基于PCIe总线协议设计的PCIe板卡以及PCIe转接板的实时运动控制系统，所设计系统的数据传输速率高，运动控制实时性强，对传统总线设备的兼容性极好，且控制系统开放，可以很方便的添加其他外设或者链接传统的PCI总线系统。本发明可以应用于运动控制中的高速数据传输及实时运动控制领域。

技术领域

本发明属于现代化运动控制中的高速数据传输及实时运动控制技术领域，具体涉及一种基于PCIe总线协议的实时运动控制系统及方法。

背景技术

随着现代工业控制系统自动化和智能化的发展，其对运动控制的实时性、稳定性等要求越来越高，如在数控加工、化学化工、智能制造、国防制导等领域，如何实现更高速的数据采集与传输是实时运动控制的难点。

PCIe总线协议采用了点对点的高速串行传输，使用差分低压信号，内嵌时钟等方式能够实现高性能、高带宽、高可靠性、高可扩展性的数据传输。目前，PCIe总线已代替传统的并行总线成为微机系统中的主流互连总线，广泛应用于计算机和通信外设的互联上。与常用的LAN总线相比，PCIe总线在一定距离内的传输优势更大，其数据传输带宽更大，数据传输过程更加稳定。而且PCIe总线各通道的带宽独立，使得其能适用于多重接口场合，更加便于现场的系统维护。因此，展开基于PCIe高速数据传输的实时运动控制方案的研究，为解决传统运动控制系统控制结构封闭，兼容性差以及缺乏实时性功能等弊端提供了可能，有助于国内现代化工业控制及自主智能控制的发展。

发明内容

本发明的目的是为解决传统运动控制系统控制结构封闭，兼容性差以及缺乏实时运动控制功能的问题，而提出一种基于PCIe总线协议的实时运动控制系统及方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

一种基于PCIe总线协议的实时运动控制系统，所述系统包括工控机、底层运动控制模块、用户界面模块、基于PCIe总线协议设计的PCIe板卡以及PCIe转接板，其中：

所述PCIe板卡用于将底层运动控制模块的控制接口全部映射到工控机的地址空间，并完成PCIe总线协议的解析、运动控制信号的生成以及对光电码盘信号的滤波和倍频处理；

所述PCIe转接板用于对底层运动控制模块反馈的数据进行汇总和变换，变换后的数据经PCIe板卡传输给工控机；

所述用户界面模块用于设定运动控制目标，工控机根据运动控制目标生成运动控制命令，PCIe板卡根据工控机的运动控制命令生成控制信号，控制信号经PCIe转接板传输给底层运动控制模块。

进一步地，所述PCIe转接板用于对底层运动控制模块反馈的数据进行变换，变换方式包括对光电编码器输出信号进行电平变换以及对光电开关输出信号进行光耦隔离。

进一步地，所述系统还包括CAN总线，CAN总线作为工控机与底层运动控制模块通信的备用方式，当PCIe总线通信失败时，利用CAN总线完成通信及运动控制。

进一步地，所述PCIe板卡上配置有MCU-XE164FN，当PCIe总线通信失败时，将控制中枢从工控机下移到MCU-XE164FN。

进一步地，所述PCIe总线采用的解析总线协议的芯片为PEX8311，所述PCIe板卡根据工控机的运动控制命令生成控制信号，采用的芯片是运动控制芯片X7043。

进一步地，所述系统采用FPGA-XC3S500E芯片对PEX8311局部端总线进行信号解析、对芯片X7043进行控制信号生成以及对光电码盘信号进行滤波和倍频处理。