一種Endat協(xié)議在伺服傳動(dòng)上的實(shí)現(xiàn)方案

劉永江

摘要：本文講述了一種Endat2.2協(xié)議光柵尺在機(jī)床伺服傳動(dòng)上的應(yīng)用案例，給出軟硬件設(shè)計(jì)方案，講解了Endat協(xié)議在FPGA上的實(shí)現(xiàn)。在工程應(yīng)用中證明該方案能夠滿足金屬加工高速高精高可靠性的需求。

關(guān)鍵詞：Endat；FPGA；直線光柵尺

中圖分類號(hào)：TN762 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）06-0092-01

在機(jī)床傳動(dòng)應(yīng)用中，目前多數(shù)采用旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置數(shù)據(jù)采集工具。因機(jī)械原因編碼器數(shù)據(jù)和工件實(shí)際位置存在一定的偏差，而采用直線光柵尺作為第二編碼器參與位置控制、或作為第一編碼器參與電機(jī)控制，都可將偏差降到更小的范圍。

本文采用海德漢絕對(duì)值編碼器LC483作為具體實(shí)施對(duì)象，結(jié)合本公司GR驅(qū)動(dòng)器，介紹一個(gè)Endat2.2協(xié)議光柵尺在機(jī)床應(yīng)用的實(shí)例。

1 EnDat2.2協(xié)議簡(jiǎn)介

采用Endat2.2協(xié)議的接口有些相對(duì)優(yōu)勢(shì)：高性能時(shí)的低成本，信號(hào)質(zhì)量好、傳輸可靠性高，接線簡(jiǎn)單實(shí)用性，能提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性，具備良好的抗干擾能力，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短（時(shí)鐘頻率可達(dá)8MHz），數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)間快（1.25～3.75us）適應(yīng)先進(jìn)的技術(shù)發(fā)展。EnDat2.2 協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸格式如圖1。

Endat 接口可以對(duì)編碼器進(jìn)行錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)，如果有可能導(dǎo)致不正確位置值的編碼器故障，會(huì)產(chǎn)生出錯(cuò)信息，送給驅(qū)動(dòng)器以采取保護(hù)措施。

Endat 接口可傳輸位置值和其他附加信息。根據(jù)具體發(fā)送類型，隨位置值發(fā)送一到兩個(gè)附加信息（由MRS碼選擇）。相應(yīng)編碼器所支持的附加信息保存在編碼器參數(shù)中。

2 硬件接口設(shè)計(jì)

編碼器與FPGA的收發(fā)電路采用RS485電氣標(biāo)準(zhǔn)，該電路抗干擾能力強(qiáng)，可長(zhǎng)距離傳輸。本文具體使用兩路路SN75176B芯片，該芯片是一種半雙工的器件；一路只工作在發(fā)送模式，向編碼器傳輸同步的差分時(shí)鐘信號(hào)CLOCK；另一路工作在半雙工模式，供編碼器和FPGA之間的數(shù)據(jù)信號(hào)（DATA）傳輸。

3 FPGA軟件實(shí)現(xiàn)

基于海德漢公司提供的FPGA軟件源碼，在萊迪斯公司的LFXP2系列上根據(jù)我司需求實(shí)現(xiàn)了EnDat協(xié)議的完整版軟件。軟件主要由發(fā)送模塊、接收模塊、時(shí)鐘發(fā)生器、校驗(yàn)?zāi)K、各種功能寄存器等功能模塊組成。本文僅介紹與需求相關(guān)具體內(nèi)容。

3.1 編碼器位置信息讀取

如圖2，時(shí)鐘采用5MHz，讀取數(shù)據(jù)需12.5us，在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)尾處，信號(hào)必須置為高電平16us后方返回低電平，在數(shù)據(jù)信號(hào)的下降沿后方可啟動(dòng)下次數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 編碼器位置附加信息

驅(qū)動(dòng)器可獲取電機(jī)電氣零點(diǎn)、限位值、溫度、加速度、旋轉(zhuǎn)方向等信息。帶EnDat接口的編碼器提供幾個(gè)參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)，驅(qū)動(dòng)器可通過指令在相應(yīng)區(qū)域讀取這些參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)配置，參數(shù)主要包括：編碼器數(shù)據(jù)、廠家數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)。如果要置換編碼器，必須正確這些參數(shù)設(shè)置。

3.3 CRC校驗(yàn)?zāi)K

FPGA與編碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，該值經(jīng)過CRC校驗(yàn)后存入接收寄存器中，更新相應(yīng)的狀態(tài)位，控制器查詢狀態(tài)寄存器來(lái)確保數(shù)據(jù)的正確性；出現(xiàn)錯(cuò)誤后可復(fù)位狀態(tài)寄存器準(zhǔn)備下次數(shù)據(jù)傳輸。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本文在我司GR驅(qū)動(dòng)器上通過FPGA實(shí)現(xiàn)了EnDat2.2協(xié)議，適配海德漢光柵尺LC483在機(jī)床上應(yīng)用，經(jīng)加工測(cè)試，數(shù)據(jù)讀取穩(wěn)定，性能可靠。相應(yīng)抗干擾試驗(yàn)結(jié)果如表1。endprint