[01202705]高档数控系统NCUC-Bus现场总线技术及应用

课题来源：国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”课题 开放式全数字高档数控装置（2009ZX04009-011） 高档数控系统关键共性技术创新平台（2010ZX04017-011） ?开放式高档数控系统、伺服装置和电机成套产品开发与综合验证（2012ZX04001012） 课题背景 至今为止,我国航空、航天及国防所急需的高档数控机床全部依赖进口,仍受国外的封锁限制,严重制约了我国高端制造业的发展,甚至影响国防安全。 当前,国产高档数控机床的速度和精度比国外约低一个数量级。原因之一是数控装置和伺服驱动之间的信号传输方式落后。国外早已采用现场总线,并制订了多项国际标准,向我国渗透,企图主导我国高档数控系统核心技术,因此,开发自主现场总线,突破技术瓶颈,对我国高档数控系统的发展具有重要的战略和经济意义。 （1）技术原理： 基于高速以太网,采用一种“高速移位+飞读飞写”的数据上传下载及CRC校验字动态修正方法,实现了从站数据的无延时交换,保证总线的高速和实时性能;提出了一种集成化的总线时钟时延测量、补偿方法,大大提高总线同步时间;提出了线路冗余及多重传输的高速通信安全保障机制,保证链路故障时的连续运行;通过链路实时监控,确保现场总线的高速安全通信。 （2）性能指标： 支持周期、非周期通信;波特率：2×100Mbit;从站时延：400ns;同步时间：61 ns;兼容标准以太网、EtherCAT、Modbus;一网到底提出了一种基于工业以太网的数控系统数字通信方法。实现了2×100MBits/s的数字信息双向高速传输。提出了一种现场总线无延时的数据包“飞读飞写”方法,解决了现场总线数据实时传输问题。 提出了一种基于时钟实时补偿的现场总线时间同步方法,实现从站对主站的精确时间同步,提高了现场总线的同步性能。提出了一种线路冗余、总线拓扑结构的实时重构机制,确保参数传输的高速、安全、准确。 提出了一种基于现场总线的分布式开放式结构的数控系统,实现以太网和现场总线一网到底功能。提出了一种多端口多网络协议转换器,自动识别从站协议,实现设备之间的不同协议的转换,保证不同的网络协议设备之间的正常通信。 在自主知识产权的华中8型高档数控系统上得到应用,并实现规模化生产,累计生产销售了2000多套。 适应与数控系统及运动控制领域。开发了基于NCUC-Bus的系列化华中8型总线式高档数控系统。包括总线式高档数控装置、交流伺服和主轴驱动装置等。华中8型支持8通道,8轴联动,最小插补周期0.125ms,位置分辨率低至1nm。 截止2013年12月底,华中8型与沈阳、大连、宝鸡、武重、济南二机、宁江机床、东汽集团等20多家机床企业的高档数控机床配套,共计10大类2000多台套。 存在的主要问题是应用的行业单一,应用数量有限,可靠性未能得到充分检验。