專利名稱：伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種伺服控制系統(tǒng)，尤其是一種采用CANopen總線通信的用于精 密數(shù)控加工設備的伺服控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著國家的進步及發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)越來越受到重視，同時鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)所需要的 設備也得到較快發(fā)展，用于鋼結(jié)構(gòu)方面的機床品種越來越多，其中尤其以平面鉆孔設備和 三維鉆孔設備最受歡迎。在一些行業(yè)用鋼結(jié)構(gòu)中，例如在橋梁所用H型鋼和汽車平衡軸的 鉆孔加工中，對孔的位置精度要求相當高，對加工效率要求越來越高?，F(xiàn)有技術(shù)的鉆孔設備 中普遍采用的伺服控制系統(tǒng)的控制模式是發(fā)送脈沖定位，即伺服控制系統(tǒng)的可編程控制器 包含有定位模塊，可編程控制器的定位模塊通過控制線向伺服驅(qū)動器發(fā)送脈沖信號和方向 信號，通過設置確定將脈沖信號上升信號或者高電平作為脈沖計數(shù)基準，如圖5所示，伺服 驅(qū)動器根據(jù)讀取的脈沖信號數(shù)量來確定定位長度，伺服驅(qū)動器將脈沖信號乘上倍率后就直 接發(fā)送給伺服電機；可以通過改變可編程控制器的定位模塊脈沖的發(fā)送頻率以控制伺服電 機的運動速度；方向信號是作為伺服電機正反轉(zhuǎn)的依據(jù)。現(xiàn)有技術(shù)采用脈沖信號確定定位長度的技術(shù)，存在以下的缺點1)脈沖信號在傳輸過程中很容易受到干擾，特別在傳輸線路較長時，變頻器線路、 手機信號和其它信號線都很容易使脈沖信號產(chǎn)生尖峰的干擾脈沖，驅(qū)動器就會將干擾脈沖 其作為一個有效脈沖信號處理，如圖6所示，驅(qū)動器會將干擾脈沖1作為一個有效脈沖，干 擾脈沖2將正常的脈沖信號分為兩個脈沖，直接造成的將是定位誤差；2)可編程控制器的定位模塊發(fā)送的脈沖信號將經(jīng)過伺服驅(qū)動器處理后傳送至伺 服電機，脈沖信號傳輸與處理時間將反映在伺服電機旋轉(zhuǎn)上，造成設備行走滯后；3)因為所有伺服驅(qū)動器對脈沖信號頻率都有一個限制值，所以當脈沖信號頻率太 高時，伺服驅(qū)動器將無法識別到脈沖信號，因此設備運動速度將受到限制，降低加工效率；4)當脈沖信號頻率較高但在伺服驅(qū)動器限制值以下，很容易出現(xiàn)個別脈沖伺服驅(qū) 動器無法識別，造成脈沖丟失，從而造成定位不準確；5)接線復雜，除了脈沖信號線以外還需要很多控制線，線路故障率高；6)可擴展性差，當需增加數(shù)控軸時，必須更改硬件配置。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的存在的缺點，提供一種采用CANopen總線通 信的用于精密數(shù)控加工設備的伺服控制系統(tǒng)，本實用新型的伺服控制系統(tǒng)可以有效的解決 現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種伺服控制系統(tǒng)，包括可編程控制單元和伺服驅(qū)動單元，其特征在于，還包括總 線通訊單元，所述總線通訊單元將接收的伺服驅(qū)動單元的數(shù)據(jù)傳送給可編程控制單元，并將可編程控制單元的輸出信號發(fā)送給伺服驅(qū)動單元。上述總線通訊單元為CANopen總線通訊模塊。更進一步的改進是，所述伺服驅(qū)動單元包括伺服驅(qū)動模塊和變頻模塊；所述 CANopen總線通訊模塊由CANopen總線分線模塊組成，所述CANopen總線分線模塊將接收的 伺服驅(qū)動模塊和變頻模塊的數(shù)字信號傳送給可編程控制單元，并將可編程控制單元的輸出 信號發(fā)送給伺服驅(qū)動模塊和變頻模塊。更進一步的改進是，所述伺服驅(qū)動模塊包括固定側(cè)X軸伺服驅(qū)動器、固定側(cè)Y軸伺 服驅(qū)動器、上單元X軸伺服驅(qū)動器、上單元Y軸伺服驅(qū)動器、移動側(cè)X軸伺服驅(qū)動器、移動側(cè) Y軸伺服驅(qū)動器、移動托板伺服驅(qū)動器、送料小車伺服驅(qū)動器和送料小車夾鉗升降伺服驅(qū)動 器；所述變頻模塊包括固定側(cè)變頻器、上單元變頻器和移動側(cè)變頻器。更進一步的改進是，所述固定側(cè)X軸伺服驅(qū)動器、固定側(cè)Y軸伺服驅(qū)動器、上單 元X軸伺服驅(qū)動器、上單元Y軸伺服驅(qū)動器、移動側(cè)X軸伺服驅(qū)動器、移動側(cè)Y軸伺服驅(qū)動 器、移動托板伺服驅(qū)動器、送料小車伺服驅(qū)動器和送料小車夾鉗升降伺服驅(qū)動器均為施耐 德LeXium05伺服驅(qū)動器；所述固定側(cè)變頻器、上單元變頻器和移動側(cè)變頻器均為施耐德 ATV31變頻器；所述可編程控制器為施耐德M340可編程控制器。更進一步的改進是，所述CANopen總線分線模塊包括三個CANopen總線分線器，第 一 CANopen總線分線器的總線輸入端口(IN)通過CANopen總線與可編程控制器電聯(lián)接，其 總線輸出端口(OUT)與第二CANopen總線分線器的總線輸入端口(IN)電聯(lián)接，第二CANopen 總線分線器的總線輸出端口(OUT)與第三CANopen總線分線器的總線輸入端口(IN)電聯(lián) 接。本實用新型通過以上的技術(shù)方案可以實現(xiàn)以下有益效果1、取消可編程控制器的定位模塊，用CANopen總線取代脈沖信號線與控制線，用 線減少了三分之二，節(jié)約了成本，同時大大降低了線路的故障率；2、CANopen總線傳送的數(shù)字信號替代了現(xiàn)有技術(shù)的脈沖信號，解決了現(xiàn)有技術(shù)中 脈沖頻率太高而限制速度的問題，可以將速度提高到原來的1. 5倍，提高加工效率；3、CANopen總線傳送的數(shù)字信號替代了現(xiàn)有技術(shù)的脈沖信號，解決了現(xiàn)有技術(shù)中 個別脈沖信號伺服驅(qū)動器無法識別的問題，將精度從原來的0. 5mm提高0. 3mm。

本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖1是本實用新型伺服控制系統(tǒng)的原理框圖。圖2是圖1伺服控制系統(tǒng)的更進一步詳細的原理圖。圖3是本實用新型伺服控制系統(tǒng)M340可編程控制器的內(nèi)部存儲字與本實用新型 伺服控制系統(tǒng)的原理框圖和ATV31變頻器的確參數(shù)存儲地址建立連接的配置圖。圖4是本實用新型伺服控制系統(tǒng)的CANopen總線通信流程圖。圖5是現(xiàn)有技術(shù)伺服控制系統(tǒng)的原理框圖。圖6是現(xiàn)有技術(shù)干擾信號產(chǎn)生的干擾脈沖原理圖。
具體實施方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。如圖1和圖2所示，本實用新型的一種伺服控制系統(tǒng)，用于精密數(shù)控加工設備。在 本實用新型的實施例中，以用于鋼結(jié)構(gòu)的三維鉆孔機床的伺服控制系統(tǒng)予以對本實用新型 進行詳細說明。本實用新型伺服控制系統(tǒng)，包括可編程控制單元、伺服驅(qū)動單元和總線通訊單元， 所述總線通訊單元將接收的伺服驅(qū)動單元的數(shù)據(jù)傳送給可編程控制單元，并將可編程控制 單元的輸出信號發(fā)送給伺服驅(qū)動單元?？删幊炭刂茊卧c伺服驅(qū)動單元通過總線通訊單元 通訊，尤其是采用CANopen總線通信模塊通訊。本實用新型中，所述伺服驅(qū)動單元包括伺服 驅(qū)動模塊和變頻模塊。還包括CANopen總線分線模塊。所述伺服驅(qū)動模塊和變頻模塊通 過CANopen總線分線模塊與可編程控制單元實現(xiàn)CANopen總線通信，即CANopen總線分線 模塊將接收的伺服驅(qū)動模塊和變頻模塊的數(shù)字信號傳送給可編程控制單元，并將可編程控 制單元的輸出信號發(fā)送給伺服驅(qū)動模塊和變頻模塊。所述CANopen總線分線模塊包括三個 CANopen總線分線器，第一 CANopen總線分線器的總線輸入端口(IN)通過CANopen總線與 可編程控制器電聯(lián)接，其總線輸出端口(OUT)與第二 CANopen總線分線器的總線輸入端口 (IN)電聯(lián)接，第二 CANopen總線分線器的總線輸出端口(OUT)與第三CANopen總線分線器 的總線輸入端口(IN)電聯(lián)接。本實用新型的實例中，上述的伺服控制模塊包括固定側(cè)X軸伺服驅(qū)動器、固定側(cè)Y 軸伺服驅(qū)動器、上單元X軸伺服驅(qū)動器、上單元Y軸伺服驅(qū)動器、移動側(cè)X軸伺服驅(qū)動器、移 動側(cè)Y軸伺服驅(qū)動器、移動托板伺服驅(qū)動器、送料小車伺服驅(qū)動器和送料小車夾鉗升降伺 服驅(qū)動器；所述變頻模塊包括固定側(cè)變頻器、上單元變頻器和移動側(cè)變頻器。其中固定側(cè)X 軸伺服驅(qū)動器、固定側(cè)Y軸伺服驅(qū)動器、上單元X軸伺服驅(qū)動器和上單元Y軸伺服驅(qū)動器與 第一 CANopen總線分線器電聯(lián)接，移動側(cè)X軸伺服驅(qū)動器、移動側(cè)Y軸伺服驅(qū)動器、移動托 板伺服驅(qū)動器和送料小車伺服驅(qū)動器與第二 CANopen總線分線器電聯(lián)接，送料小車夾鉗升 降伺服驅(qū)動器、固定側(cè)變頻器、上單元變頻器和移動側(cè)變頻器與第三CANopen總線分線器 電聯(lián)接。CANopen總線為差分方式控制的兩線總線，由CAN_high、CAN-Iow和接地線組成， 利用伺服驅(qū)動器的120歐姆終端電阻在CAN-high和CAN-Iow之間建立電平差，即CANopen 通信信號。本實用新型的實施例中的可編程控制器優(yōu)選采用施耐德M340可編程控制器，9個 伺服驅(qū)動器均優(yōu)選采用施耐德LeXium05伺服驅(qū)動器；3個變頻器優(yōu)選采用施耐德ATV31變 頻器。為了保證CANopen通訊總線連接完整性與CANopen通訊正確性，M340可編程控制器 定義了與CANopen總線連接完整性與CANopen通訊正確性的內(nèi)部狀態(tài)字，可以顯示總線狀 態(tài)、通訊狀態(tài)、從站狀態(tài)和當前通訊步驟等信息。CANopen通訊分為SDO和PDO兩種類型的 交換，PDO是與過程數(shù)據(jù)的通訊接口對象，它允許數(shù)據(jù)實時交換。本實用新型使用PDO交換進行循環(huán)讀寫數(shù)據(jù)，主要用于讀取伺服驅(qū)動器狀態(tài)字、伺服電機位置、伺服電機極限狀態(tài)、 伺服驅(qū)動器運行方式，寫入伺服驅(qū)動器控制字、伺服電機運行目標位置與速度、啟動手動運 行。要使用此CANopen總線通信，就需要進行配置，將M340可編程控制器的內(nèi)部存儲字與 Lexium05伺服驅(qū)動器和ATV31變頻器的確參數(shù)存儲地址建立關(guān)聯(lián)，其關(guān)聯(lián)配置如圖3所示。 SDO允許通過請求訪問設備數(shù)據(jù)，本實用新型主要用此種交換進行數(shù)據(jù)一次寫入，主要用于 寫入伺服驅(qū)動器轉(zhuǎn)速、伺服驅(qū)動器運行方式、伺服驅(qū)動器找基準運行方式、伺服驅(qū)動器基準 數(shù)據(jù)。此種交換用M340可編程控制器命令feite_var執(zhí)行。通訊流程如圖4，M340可編程 控制器實時檢查CANopen通訊總線運行狀況，出現(xiàn)異常產(chǎn)生報警讓設備停止運轉(zhuǎn)，M340根 據(jù)通訊配置與Writejar命令分別通過SDO和PDO交換運行讀寫數(shù)據(jù)，伺服驅(qū)動器與變頻 器接受數(shù)據(jù)進行分析處理后回傳數(shù)據(jù)，M340可編程控制器對回傳數(shù)據(jù)進行分析，檢查是否 通訊正確完成，如果數(shù)據(jù)錯誤將產(chǎn)生報警讓設備停止運轉(zhuǎn)，如果數(shù)據(jù)正確將根據(jù)要求進行 下一次通訊。通過本實用新型的技術(shù)方案，取消可編程控制器定位模塊，用CANopen通訊總線 取代脈沖信號線與控制線，用線減少了三分之二，節(jié)約了成本。將速度提高到原來的1.5 倍，提高加工效率。將精度從原來的0. 5mm提高0. 3mm,將我國精密數(shù)控加工設備的加工精 度提高一個臺階?？煽啃?，抗干擾性大大增強。本實用新型并不局限于前述的具體實施方式
。本實用新型擴展到任何在本說明 書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求1.伺服控制系統(tǒng)，包括可編程控制單元和伺服驅(qū)動單元，其特征在于，還包括總線通訊 單元，所述總線通訊單元將接收的伺服驅(qū)動單元的數(shù)據(jù)傳送給可編程控制單元，并將可編 程控制單元的輸出信號發(fā)送給伺服驅(qū)動單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述總線通訊單元為CANopen總 線通訊模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服驅(qū)動單元包括伺服 驅(qū)動模塊和變頻模塊；所述CANopen總線通訊模塊由CANopen總線分線模塊組成，所述 CANopen總線分線模塊將接收的伺服驅(qū)動模塊和變頻模塊的數(shù)字信號傳送給可編程控制單 元，并將可編程控制單元的輸出信號發(fā)送給伺服驅(qū)動模塊和變頻模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服驅(qū)動模塊包括固定側(cè)X 軸伺服驅(qū)動器、固定側(cè)Y軸伺服驅(qū)動器、上單元X軸伺服驅(qū)動器、上單元Y軸伺服驅(qū)動器、移 動側(cè)X軸伺服驅(qū)動器、移動側(cè)Y軸伺服驅(qū)動器、移動托板伺服驅(qū)動器、送料小車伺服驅(qū)動器 和送料小車夾鉗升降伺服驅(qū)動器；所述變頻模塊包括固定側(cè)變頻器、上單元變頻器和移動 側(cè)變頻器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述固定側(cè)X軸伺服驅(qū)動器、固 定側(cè)Y軸伺服驅(qū)動器、上單元X軸伺服驅(qū)動器、上單元Y軸伺服驅(qū)動器、移動側(cè)X軸伺服驅(qū) 動器、移動側(cè)Y軸伺服驅(qū)動器、移動托板伺服驅(qū)動器、送料小車伺服驅(qū)動器和送料小車夾鉗 升降伺服驅(qū)動器均為施耐德LeXium05伺服驅(qū)動器；所述固定側(cè)變頻器、上單元變頻器和移 動側(cè)變頻器均為施耐德ATV31變頻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述CANopen總線分線模塊包括 三個CANopen總線分線器，第一 CANopen總線分線器的總線輸入端口(IN)通過CANopen總 線與可編程控制器電聯(lián)接，其總線輸出端口(OUT)與第二 CANopen總線分線器的總線輸入 端口(IN)電聯(lián)接，第二 CANopen總線分線器的總線輸出端口(OUT)與第三CANopen總線分 線器的總線輸入端口(IN)電聯(lián)接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程控制器為施耐德 M340可編程控制器。
專利摘要本實用新型公開了應用于精密數(shù)控機床加工設備的伺服控制系統(tǒng)，包括可編程控制單元，伺服驅(qū)動單元，總線通訊單元尤其是CANopen通訊單元。通訊單元將接收的伺服驅(qū)動單元的數(shù)據(jù)傳送給可編程控制單元，并將可編程控制單元的輸出信號發(fā)送給伺服驅(qū)動單元。本實用新型取消可編程控制器的定位模塊，用CANopen通訊單元取代脈沖信號線與控制線，用線減少了三分之二，節(jié)約了成本，同時大大降低了線路的故障率；CANopen總線傳送的數(shù)字信號解決了現(xiàn)有技術(shù)中脈沖頻率太高而限制速度的問題和個別脈沖信號伺服驅(qū)動器無法識別的問題，可以將速度提高1.5倍，提高加工效率，將精度從原來的0.5mm提高0.3mm。
文檔編號G05B19/414GK201853110SQ201020522120
公開日2011年6月1日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者吳紹海, 畢建波 申請人:成都遠景數(shù)控設備實業(yè)有限公司