Układ sterowania CNC bazujący na komputerze PC z magistralą EtherCAT

pol Article in Polish DOI: 10.14313/PAR_220/29

Andrzej Wawrzak *, Krystian Erwiński *, Kazimierz Karwowski *, send Marcin Paprocki *, Marek Kłosowiak ** * Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Instytut Fizyki, ul. Grudziądzka 5, 87-100 Toruń ** Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP w Warszawie, Oddział Badawczo-Rozwojowy Urządzeń Sterowania Napędów w Toruniu, ul. Stefana Batorego 107, 87-100 Toruń

Download Article

Streszczenie

W artykule przedstawiono układ sterowania numerycznego maszyn zbudowany na bazie komputera PC, komunikujący się z serwonapędami i układami wejścia/wyjścia sterującymi wyposażeniem maszyny poprzez magistralę komunikacyjną EtherCAT. W komputerze zaimplementowano system operacyjny czasu rzeczywistego Linux RTAI wraz ze zmodyfikowanym oprogramowaniem sterującym LinuxCNC. Opracowano programowy moduł komunikacyjny magistrali EtherCAT i zintegrowano go z oprogramowaniem LinuxCNC. Opracowany moduł EtherCAT umożliwia komunikację z serwonapędami zgodnie ze standardem CiA 402 oraz modułami wejść/wyjść zgodnie ze standardem CiA 401. Opracowany układ sterowania cechuje się prostą budową i łatwym montażem. Pozwala na bardzo szybką dwukierunkową komunikację z napędami i układami wejścia/wyjścia. Jest układem elastycznym, który można łatwo zaimplementować do sterowania maszynami wieloosiowymi o różnej konfiguracji.

Słowa kluczowe

EtherCAT, Linux RTAI, LinuxCNC, otwarty układ sterowania, system operacyjny czasu rzeczywistego, układ sterowania CNC

PC based CNC control system with EtherCAT fieldbus

Abstract

This article presents a PC-based numerical machine control system communicating via EtherCAT with servo drives and input/output devices controlling machine equipment. Linux RTAI real time operating system and LinuxCNC machine control software modified by the authors was implemented on the PC computer. A software EtherCAT communication module was developed and integrated with LinuxCNC. The developed module enabled communication with servo drives according to the CiA 402 standard and with input/output modules according to the CiA 401 standard. The developed control system has simple construction. It allows for very fast fullduplex communication with servo drives and input/output modules. The control system is flexible and easily implemented to controlling machines of different configurations.

Keywords

CNC control system, EtherCAT, Linux RTAI, LinuxCNC, open control system, real time operating system

Bibliography

  1. Broel-Plater B., Dworak P., Mikołajczak M., Mobile HMI system for the micromachine tool, „Pomiary Automatyka Robotyka”, Vol. 16, Nr 12, 2012, 70–75.
  2. Kobyłkiewicz A., Pajdzik R., Waszczuk P., Fractional order PID controller in velocity control loop of CNC machine feed-drive module with permanent magnet synchronous motor, „Pomiary Automatyka Robotyka”, Vol. 16, Nr 12, 2012, 144–150.
  3. Knapp E.D., Langill J.T., Industrial Network Security: Securing critical infrastructure networks for smart grid, SCADA, and other Industrial Control Systems., Syngress 2014.
  4. Chen, X., Li, D., Wan, J., Zhou, N., A clock synchronization method for EtherCAT master, Microprocessors and Microsystems 2016.
  5. Grigoriev S.N., Martinov G.M., The Control Platform for Decomposition and Synthesis of Specialized CNC Systems, “Procedia CIRP”, Vol. 41, 2016, 858–863, DOI: 10.1016/j.procir.2015.08.031.
  6. The LinuxCNC Team: „LinuxCNC User Manual”, http://linuxcnc.org/docs/2.6/pdf/LinuxCNC_User_Manual.pdf.
  7. RTAI – Real Time Application Interface Official Website, https://www.rtai.org/.
  8. IEC 61158 Standard.
  9. IEEE 802.3 Standard, http://standards.ieee.org/about/get/#get802.
  10. CANopen Product Guide, http://www.cia-productguides.org/canopen/profiles.
  11. IEEE 802.3 Standard, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications.
  12. ISO/IEC 7498-1:1994, Information technology—Open Systems Interconnection—Basic Reference Model: The Basic Model.