基于ARM-FPGA的EtherCAT總線多軸運動控制系統(tǒng)設計.pdf

1、當前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在發(fā)生，制造業(yè)正在向以設備互聯(lián)通信為基礎的智能制造發(fā)展。多軸運動控制系統(tǒng)作為工業(yè)自動化設備的重要組成部分，在各行業(yè)都有廣泛的應用，EtherCAT總線具有實時性好、速度快、同步性高、開放性好、拓撲靈活、成本低等優(yōu)點，特別適合網(wǎng)絡化多軸運動控制系統(tǒng)的通信，因此，研究發(fā)展EtherCAT總線多軸運動控制技術對于提升自動化設備的性能，乃至于提高制造業(yè)的生產(chǎn)力水平具有重要意義。
　　本文設計了一種基于ARM

2、-FPGA的EtherCAT總線多軸運動控制系統(tǒng)。首先進行了方案設計，該系統(tǒng)主要由EtherCAT主站和從站運動控制板組成，運動控制板采用ARM+FPGA架構，可以控制6個運動軸，有32路數(shù)字量輸入，16路數(shù)字量輸出，帶有EtherCAT總線和RS485總線接口。其次，選擇了ARM和FPGA芯片，采用Altum Designer軟件設計了ARM和FPGA的核心電路、供電電路以及外部接口電路的原理圖，并據(jù)此設計了PCB版圖，制作了運動控制

3、板樣板。然后，采用Verilog硬件描述語言設計了FPGA與ARM通信的FSMC模塊、I/O控制模塊及軸控制模塊，在軸控制模塊的設計中分析了目前常用的加減速算法的性能及硬件實現(xiàn)的可行性，在FPGA中硬件實現(xiàn)了直線和S形兩種加減速算法，并進行了ModeSim仿真實驗。最后，選擇CoDeSys作為EtherCAT主站，并編寫了運動控制板EtherCAT從站描述文件;對觸摸屏進行了組態(tài)開發(fā)，設計了觸摸屏界面，分配了Modbus協(xié)議通道;以及開

4、發(fā)了運動控制板上ARM中運行的EtherCAT從站程序和Modbus通信程序，完成了系統(tǒng)軟件設計。
　　在上述軟硬件設計開發(fā)的基礎上，采用裝有CoDeSys運行時系統(tǒng)的樹莓派做主站搭建了一套EtherCAT總線運動控制系統(tǒng)，采用昆侖通態(tài)觸摸屏搭建了一套RS485總線運動控制系統(tǒng)，并分別進行了功能實驗。實驗結果表明兩套運動控制系統(tǒng)均可實現(xiàn)定位，點動等基本控制功能。此外，還將該系統(tǒng)做了應用測試，結果表明可以滿足控制需求。本文設計的運動