基于NCUC-Bus现场总线的横机硬件控制平台的设计与实现

摘要

近年来,国内横机销量猛增,市场缺口巨大。各横机生产厂商通过不断创新,横机控制技术不断创新,功能更加齐全,稳定性能更好,操作更加方便。本文结合横机的发展趋势,开发了一种基于总线结构、扩展性好的横机硬件平台。论文的主要研究内容有:
　　研究了横机的控制任务需求,设计了基于现场总线的三层分布式横机控制系统总体结构。分析了横机控制系统通信实时性需求以及CAN总线通信技术的优缺点,提出了采用自主知识产权的NCUC-Bus(NC Union of China Field Bus)作为主控制层和机头控制层间的通信解决方案。
　　选取高性能的ARM芯片作为硬件平台的控制核心,选用低功耗的外围器件,并设计了相应的接口电路。FPGA(Field-Programmable Gate Array)作为NCUC-Bus现场总线数据链路层的逻辑控制核心,集成裁剪后的通信协议,实现了可靠的数据传输。分析了机头执行元件的动作原理,设计了相应的驱动电路。
　　分析了单机头双系统横机机头执行数据的格式,依托所开发的硬件平台,提出了分段式传输存储的应用层协议通信方案,保证了机头通信的实时性。研究了横机同步控制原理,设计了机头位置计算、通信周期补偿等控制模块,实现了机头执行元件的同步控制。
　　搭建了实验测试平台,提出了基于FPGA的总线通信链路的调试方法,对通信链路的实时性及平台的手动和自动模式等控制功能进行了全面测试。开发的横机控制平台实现了横机的控制,编织了标准样件。达到了设计要求。

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1 绪论

1.1 课题来源、研究背景与意义

1.2 横机国内外发展现况与发展趋势

1.3 横机控制平台

1.4 论文的结构安排

2 横机控制平台总体设计

2.1横机控制平台需求分析

2.2系统总体设计

2.3通信方案设计

2.4 本章小结

3 控制平台的硬件设计

3.1 ARM系统设计

3.2 FPGA系统设计

3.3 机头控制对象驱动电路

3.4硬件平台稳定性设计

3.5本章小结

4 FPGA系统固件开发

4.1FPGA程序总体设计

4.2NCUC-Bus总线通信模块设计

4.3同步控制模块设计

4.4 本章小结

5 硬件控制平台调试与测试

5.1控制器的调试

5.2控制器的测试

5.3 现场应用

5.4 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录