一种Endat协议在伺服传动上的实现方案

刘永江

摘要：本文讲述了一种Endat2.2协议光栅尺在机床伺服传动上的应用案例，给出软硬件设计方案，讲解了Endat协议在FPGA上的实现。在工程应用中证明该方案能够满足金属加工高速高精高可靠性的需求。

关键词：Endat；FPGA；直线光栅尺

中图分类号：TN762 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）06-0092-01

在機床传动应用中，目前多数采用旋转编码器作为位置数据采集工具。因机械原因编码器数据和工件实际位置存在一定的偏差，而采用直线光栅尺作为第二编码器参与位置控制、或作为第一编码器参与电机控制，都可将偏差降到更小的范围。

本文采用海德汉绝对值编码器LC483作为具体实施对象，结合本公司GR驱动器，介绍一个Endat2.2协议光栅尺在机床应用的实例。

1 EnDat2.2协议简介

采用Endat2.2协议的接口有些相对优势：高性能时的低成本，信号质量好、传输可靠性高，接线简单实用性，能提高整个系统的安全性，具备良好的抗干扰能力，数据传输时间短（时钟频率可达8MHz），数据恢复时间快（1.25～3.75us）适应先进的技术发展。EnDat2.2 协议数据传输格式如图1。

Endat 接口可以对编码器进行错误监测，如果有可能导致不正确位置值的编码器故障，会产生出错信息，送给驱动器以采取保护措施。

Endat 接口可传输位置值和其他附加信息。根据具体发送类型，随位置值发送一到两个附加信息（由MRS码选择）。相应编码器所支持的附加信息保存在编码器参数中。

2 硬件接口设计

编码器与FPGA的收发电路采用RS485电气标准，该电路抗干扰能力强，可长距离传输。本文具体使用两路路SN75176B芯片，该芯片是一种半双工的器件；一路只工作在发送模式，向编码器传输同步的差分时钟信号CLOCK；另一路工作在半双工模式，供编码器和FPGA之间的数据信号（DATA）传输。

3 FPGA软件实现

基于海德汉公司提供的FPGA软件源码，在莱迪斯公司的LFXP2系列上根据我司需求实现了EnDat协议的完整版软件。软件主要由发送模块、接收模块、时钟发生器、校验模块、各种功能寄存器等功能模块组成。本文仅介绍与需求相关具体内容。

3.1 编码器位置信息读取

如图2，时钟采用5MHz，读取数据需12.5us，在数据传输结尾处，信号必须置为高电平16us后方返回低电平，在数据信号的下降沿后方可启动下次数据传输。

3.2 编码器位置附加信息

驱动器可获取电机电气零点、限位值、温度、加速度、旋转方向等信息。带EnDat接口的编码器提供几个参数存储区，驱动器可通过指令在相应区域读取这些参数进行系统配置，参数主要包括：编码器数据、厂家数据、运行参数及状态。如果要置换编码器，必须正确这些参数设置。

3.3 CRC校验模块

FPGA与编码器进行数据交互时，该值经过CRC校验后存入接收寄存器中，更新相应的状态位，控制器查询状态寄存器来确保数据的正确性；出现错误后可复位状态寄存器准备下次数据传输。

4 实验结论

本文在我司GR驱动器上通过FPGA实现了EnDat2.2协议，适配海德汉光栅尺LC483在机床上应用，经加工测试，数据读取稳定，性能可靠。相应抗干扰试验结果如表1。endprint