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PLSR 项目需求规格统计

文档状态：V0.1（需求基线草案）
整理日期：2026-08-03
目标平台：XDM-60T4-E / XDM-60T10-E
当前首要目标：在 STM32F407 + uC/OS-II 平台实现单轴 PLSR 定位脉冲模块

1. 需求来源

本规格由以下材料及当前项目讨论整理而成：

任务要求.png
实现PLSR指令.pdf
信捷XD_XL系列PLC定位控制手册
当前工程代码，包括 uC/OS-II、Modbus RTU、Backup SRAM 和上位机测试程序

信捷手册用于功能对标，不要求逐项复制信捷的寄存器地址、软元件和编程软件界面。
本项目的目标是实现功能相当的自有 PLSR 模块。

2. 范围结论

2.1 V1.0 必须交付

基于 uC/OS-II 运行。
单轴 PULSE/DIR 脉冲输出。
指定脉冲数量和输出频率。
正向、反向运动。
相对定位和绝对定位。
前台完成模式和后台运行模式。
运行中修改目标频率。
多段脉冲输出。
多种加减速曲线。
累计脉冲数和逻辑位置记录。
上位机清零累计数据。
参数配置、保存及上电恢复。
Modbus RTU 控制和状态监控。
基本自测、错误诊断和完整技术文档。

2.2 建议作为 V1.0 完整版交付

最多 100 段路径。
梯形、S 形、正弦三种加减速曲线。
段间延时等待。
段间输入信号等待。
指定下一段和有限循环。
暂停、继续、减速停止和立即停止。
参数 CRC、双备份和恢复默认值。
逻辑分析仪脉冲数量、频率和曲线验证。

2.3 V1.1 或加分项

AB 相正交脉冲输出。
外部输入回读脉冲的硬件自诊断。
伺服到位、报警及编码器位置监控。
多轴扩展。
更高脉冲频率。

2.4 当前不在范围内

闭环位置控制和编码器误差补偿。
多轴直线、圆弧插补。
电子凸轮和龙门同步。
完整机械回零 ZRN 指令。
完整复刻信捷 DRVI、DRVA、PLSF、STOP 和 GOON 指令语法。
兼容信捷 HD、HSD、SFD、SM 等软元件地址。
复制 XDPPro 的 PLSR 参数配置界面。
齿轮间隙补偿和 FOLLOW 前馈控制。

3. 硬件和系统要求

编号	需求	优先级	验收方式
SYS-01	使用 STM32F407 和 12 MHz 外部晶振	必须	检查工程和系统时钟
SYS-02	CPU 主频为 168 MHz	必须	读取时钟配置
SYS-03	运行于 uC/OS-II	必须	检查任务和调度运行
SYS-04	首版适配 XDM-60T4-E（STM32F407IG）	必须	T4-E 开发板测试
SYS-05	架构兼容 XDM-60T10-E（STM32F407ZG）	建议	编译配置和接口评审
SYS-06	使用硬件定时器产生脉冲	必须	检查代码及示波器波形
SYS-07	脉冲输出不依赖 OS Tick 翻转 GPIO	必须	关闭任务调度干扰测试
SYS-08	上电及复位过程中输出保持无效	必须	上电、复位波形测试

3.1 已知板级点位

XDM-60T4-E：

PLC 点	MCU 引脚
Q0	PF6
Q1	PF8
Q2	PF7
Q3	PF9
USART1_TX	PA9
USART1_RX	PA10

XDM-60T10-E：

PLC 点	MCU 引脚
Q0	PF6
Q1	PF8
Q2	PF7
Q3	PF9
USART1_TX	PA9
USART1_RX	PA10

Q 点与定时器通道的最终映射仍需结合 STM32 数据手册、板卡原理图和实测确认。

4. 脉冲输出要求

编号	需求	建议指标	优先级
PUL-01	输出形式	PULSE/DIR	必须
PUL-02	脉冲有效边沿	默认上升沿计数	必须
PUL-03	占空比	50%	必须
PUL-04	保证频率范围	1～100,000 Hz	必须
PUL-05	单段脉冲数	1～2,147,483,647	必须
PUL-06	正反方向	独立方向输出电平	必须
PUL-07	方向极性	参数可配置	必须
PUL-08	方向建立时间	默认 10 us，可配置	必须
PUL-09	正常完成脉冲误差	0 个	必须
PUL-10	频率误差	不超过 ±0.1%	必须
PUL-11	运行调频响应	不超过 1 ms	必须
PUL-12	频率修改	不改变剩余脉冲数量	必须

说明：100 kHz 是 V1.0 建议保证值。是否开放更高频率由 PLC 输出电路、伺服输入规格和上板测试决定。

5. 定位模式

5.1 相对定位

相对定位的输入值表示相对当前位置需要移动的脉冲数：

目标位置 = 当前逻辑位置 + 相对位移

正数表示正向运动。
负数表示反向运动。
正常完成后更新逻辑位置。
中途停止时按实际已发脉冲更新逻辑位置。

5.2 绝对定位

绝对定位的输入值表示目标逻辑坐标：

实际输出位移 = 目标绝对位置 - 当前逻辑位置

当前位置必须有效。
位置未建立时禁止绝对定位，并返回错误。
支持设置当前位置和当前位置清零。
绝对定位是 PLC 的逻辑坐标功能，不代表伺服具有绝对值编码器。

6. S0、S1、S2、D 功能模型

项目采用与信捷 PLSR 相似的逻辑模型，但不要求使用相同的物理寄存器地址。

参数	本项目含义	主要内容
S0	路径数据块	总段数、每段频率、脉冲数、等待和跳转
S1	用户执行参数	相对/绝对模式、起始段号、执行方式
S2	运动参数配方	加减速斜率、曲线、最高速度、起止速度
D	输出轴/脉冲点	脉冲输出点及其对应的轴配置

建议的软件接口关系：

PLSR_Start(S0路径, S1执行参数, S2参数套组, D输出轴)

6.1 S0 路径数据

每段至少包含：

有符号脉冲数量
目标频率
等待类型
等待参数
下一段编号

6.2 S1 用户参数

至少包含：

相对/绝对定位模式
起始执行段号
前台/后台执行方式
命令超时时间

6.3 S2 运动参数套组

每个输出轴建议提供 5 套参数（0～4）：

第 0 套用于上位机运行时调整。
第 1～4 套用于保存预设运动配方。

每套至少包含：

默认频率
最高频率
起始频率
结束频率
默认加速时间
默认减速时间
加减速曲线
频率刷新周期

6.4 D 输出配置

每个轴至少包含：

脉冲输出点
方向输出点
脉冲有效极性
方向有效极性
方向建立时间

7. 多段路径要求

编号	需求	优先级
SEG-01	支持 1～100 段	建议 V1.0
SEG-02	每段独立设置有符号脉冲数	必须
SEG-03	每段独立设置目标频率	必须
SEG-04	同方向连续段允许不停顿变频	必须
SEG-05	反方向段切换前先减速停止	必须
SEG-06	支持脉冲完成后执行下一段	必须
SEG-07	支持等待指定时间	建议 V1.0
SEG-08	支持等待指定输入点	建议 V1.0
SEG-09	支持指定下一段	建议 V1.0
SEG-10	支持有限循环并检测异常死循环	建议 V1.0
SEG-11	支持从指定段号开始	建议 V1.0

多段路径执行期间，除当前段目标频率外，其余结构参数修改不应影响已经启动的任务。新参数在下一次启动时生效。

8. 加减速要求

编号	曲线	优先级	说明
ACC-01	无加减速	必须	调试和低速场景使用
ACC-02	直线/梯形	必须	首个实现和基础验收曲线
ACC-03	S 形	必须	降低机械冲击
ACC-04	正弦曲线	建议 V1.0	对标信捷增强能力

其他规则：

起始频率和结束频率不得超过最高频率。
目标频率超过最高频率时拒绝启动，不进行静默截断。
加减速距离不足时自动生成三角速度曲线。
加减速过程中必须保证最终脉冲总数准确。
同方向连续段根据完成/后续模式决定在段边界达到本段速度还是下一段速度。
运行中修改目标频率时，按照当前曲线平滑过渡。

9. 运行控制

编号	命令	行为	优先级
CTL-01	START	校验参数并启动任务	必须
CTL-02	STOP_DECEL	按减速曲线停止	必须
CTL-03	STOP_IMMEDIATE	完成当前有效脉冲后立即关闭输出	必须
CTL-04	PAUSE	减速暂停并保留剩余路径	建议 V1.0
CTL-05	RESUME	从暂停状态继续	建议 V1.0
CTL-06	SET_POSITION	设置逻辑当前位置	必须
CTL-07	CLEAR_POSITION	逻辑当前位置清零	必须
CTL-08	CLEAR_TOTAL	累计脉冲数清零	必须
CTL-09	SAVE_CONFIG	保存配置参数	必须
CTL-10	LOAD_CONFIG	重新加载保存参数	必须
CTL-11	RESET_ERROR	清除可恢复错误	必须
CTL-12	SELF_TEST	执行内部自测	必须

9.1 前台完成模式

调用任务等待运动完成、停止、超时或错误。
使用 uC/OS-II 信号量或事件通知。
禁止在中断上下文中等待。

9.2 后台运行模式

参数校验且成功启动后立即返回。
调用方通过状态接口读取结果。
运行中允许调频、暂停、继续和停止。

10. 状态机和状态数据

状态至少包括：

UNINITIALIZED  未初始化
IDLE           空闲
ACCEL          加速
RUN            运行
DECEL          减速
WAIT           段间等待
PAUSED         暂停
COMPLETED      完成
STOPPED        停止
ERROR          错误

上位机至少可以读取：

当前状态和错误码。
当前段号和总段数。
当前方向。
当前设定频率和目标频率。
本段已发、剩余脉冲数。
本次任务已发、剩余脉冲数。
当前逻辑位置。
正向、反向和总累计脉冲数。
最近一次完成或停止原因。
当前使用的 S2 参数套组。
参数版本、保存序号和 CRC 状态。

11. Modbus 要求

现有 USART1 Modbus RTU 从站作为控制和监控通道。

编号	需求	优先级
COM-01	读取 PLSR 配置和实时状态	必须
COM-02	写入单段和多段参数	必须
COM-03	下发启动、停止和清零命令	必须
COM-04	参数范围及组合合法性检查	必须
COM-05	参数写入与运动启动采用提交机制	必须
COM-06	32/64 位状态采用一致性快照	必须
COM-07	非法通信参数不得破坏运行任务	必须
COM-08	保存通信和 PLSR 诊断统计	建议 V1.0

建议采用“影子参数 + 提交命令”机制：

上位机写影子参数
        ↓
发送参数提交命令
        ↓
完整校验
        ↓
原子复制到运行参数
        ↓
允许启动

具体 Modbus 寄存器地址在《PLSR Modbus 通信协议》中单独定义，避免与现有通信历史区冲突。

12. 掉电保存要求

需要保存：

脉冲和方向输出点。
输出极性和方向建立时间。
S2 参数套组。
默认运行模式。
累计脉冲数。
逻辑当前位置及有效标志。
数据版本、序号和 CRC。

保存策略：

配置参数使用内部 Flash 双备份。
新副本校验成功后再替代旧副本。
避免每个脉冲或每毫秒写 Flash。
累计位置在任务完成、清零、设置位置及固定周期检查点保存。
Backup SRAM 可用于提高异常复位后的恢复精度。
如果板卡没有 VBAT、FRAM 或掉电检测电路，不能承诺任意断电瞬间零脉冲误差恢复。
复位或重新上电后不得自动恢复电机运动。

13. 自测与诊断

13.1 内部自测

参数结构版本和 CRC 检查。
输出点冲突检查。
定时器时钟和分频计算检查。
频率范围检查。
路径段数、跳转和循环检查。
64 位累计计数溢出检查。
状态机非法转换检查。

13.2 外部测试

使用示波器或逻辑分析仪测量输出频率。
统计实际脉冲边沿数量。
检查占空比、方向建立时间及方向切换。
检查梯形、S 形和正弦频率曲线。
连续运行和频繁启停压力测试。
可选使用输入点回接输出脉冲进行硬件自诊断。

14. 错误码要求