本實用新型涉及伺服電機領(lǐng)域，具體地，涉及一種帶EtherCAT總線的直流驅(qū)動型伺服電機。
背景技術(shù)：
目前工控設(shè)備一般包含HMI、PLC、驅(qū)動器、伺服電機、編碼器等元件，這種方式下接線較為復(fù)雜，故障診斷困難，成本較高。驅(qū)動器內(nèi)部一般包含整流單元、直流母線支撐電容、逆變單元、通信接口、開關(guān)電源電路、編碼器接口、數(shù)字輸入輸出輸出口、模擬輸入輸出口、可選的通信接口。這種工控設(shè)備的控制架構(gòu)一般為，控制頂層有一個HMI觸摸屏，中間層具有可選的PLC設(shè)備，底層含有一臺或多臺伺服驅(qū)動器，每臺伺服驅(qū)動器驅(qū)動相連接的電機進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動。編碼器一般安裝在電機底部，采集速度信號送給驅(qū)動器。傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)，電機和驅(qū)動器是分離的。采用交流供電，驅(qū)動器內(nèi)部需要大量濾波電容，造成驅(qū)動器體積較大。驅(qū)動器有很多外部IO接口，一般通過外部IO接口對驅(qū)動器進(jìn)行控制，這樣造成驅(qū)動器接線復(fù)雜，故障率高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，本實用新型的目的在于提供一種帶EtherCAT總線的直流驅(qū)動型伺服電機，大大地簡化了系統(tǒng)接線，降低了體積，減小了故障率。
本實用新型的技術(shù)方案如下：
一種帶EtherCAT總線的直流驅(qū)動型伺服電機，包括磁編碼器、控制單板、逆變單板和伺服電機，所述磁編碼器的信號輸出接口連接至控制單板的反饋信號輸入接口，控制單板的控制信號輸出接口連接至逆變單板的控制信號輸入接口，逆變單板的功率線輸出連接至伺服電機；所述控制單板還包括EtherCAT接口，EtherCAT總線通過EtherCAT接口與控制單板連接；所述逆變單板還包括直流電輸入接口，直流電通過直流電輸入接口連接至逆變單板。磁編碼器通過磁場感應(yīng)檢測出伺服電機的轉(zhuǎn)速后將信號通過反饋信號輸入接口傳遞給控制單板，控制單板結(jié)合EtherCAT總線傳遞的運動指令和磁編碼器傳遞的反饋信號，經(jīng)過控制信號輸出接口向輸出SVPWM信號給逆變單板，逆變單板根據(jù)接收到的SVPWM信號，驅(qū)動開關(guān)管動作，將直流電輸入接口輸入的直流電逆變成三相交流電通過功率線輸出提供給伺服電機，從而控制電機旋轉(zhuǎn)。所述逆變單板中集成有逆變電路。本實用新型的電機采用直流供電，減小了母線支撐電容，降低了產(chǎn)品體積；帶高速EtherCAT總線接口，所有運動控制功能由上層應(yīng)用實現(xiàn)，簡化了底層的控制，使電機更加靈活；內(nèi)部集成有逆變電路、磁編碼器、普通伺服電機，使得接線更加簡單，應(yīng)用更加方便。
其中，所述控制單板是英飛凌公司的XMC4800微控制器，該XMC4800微控制器中集成有EtherCAT從站控制器(EtherCAT Slave Controller,ESC)，用于將電機接入EtherCAT總線，這樣，所有的運動控制指令都可以通過EtherCAT總線高速地發(fā)送給本實用新型的一種帶EtherCAT總線的直流驅(qū)動型伺服電機。
其中，所述EtherCAT總線的通信速率不小于100Mbps，可實現(xiàn)同時更新100個電機軸的數(shù)據(jù)只需要100us。
其中，所述EtherCAT總線具有分布式時鐘，可以對總線上的所有電機進(jìn)行同步工作。
其中，EtherCAT總線采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)物理層，可以和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議兼容，因此，EtherCAT總線不需要采用專用的總線控制芯片，只需要一個通用的以太網(wǎng)控制器加上普通的網(wǎng)卡芯片即可，兼容性強。
本實用新型的一種帶EtherCAT總線的直流驅(qū)動型伺服電機實時性強，EtherCAT協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層完全由ESC實現(xiàn)，其通信性能不受微控制器運算速度的影響。
本實用新型的有益效果：
本實用新型的電機設(shè)計有控制單板和逆變單板，內(nèi)部集成有逆變電路、磁編碼器、普通伺服電機以及完整的EtherCAT高速總線通信功能，使設(shè)備接線更加簡單，應(yīng)用更加方便；外部采用直流電源供電，去掉濾波電容以及其它控制IO，大大地簡化了系統(tǒng)接線，降低了體積，減小了故障率。
從硬件上來看，本實用新型將所有與電機運動相關(guān)的硬件集成到電機里面，但是大部分運動控制的功能性實現(xiàn)是通過EtherCAT總線由用戶完成的，增大了系統(tǒng)的靈活性，降低了硬件故障率。
附圖說明
圖1是本實用新型一種帶EtherCAT總線的直流驅(qū)動型伺服電機的系統(tǒng)原理框圖。
具體實施方式
為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步的說明，實施方式提及的內(nèi)容并非對本實用新型的限定。
如圖1所示，本實用新型一種帶EtherCAT總線的直流驅(qū)動型伺服電機，包括磁編碼器、控制單板、逆變單板和伺服電機，所述磁編碼器的信號輸出接口連接至控制單板的反饋信號輸入接口，控制單板的控制信號輸出接口連接至逆變單板的控制信號輸入接口，逆變單板的功率線輸出連接至伺服電機；所述控制單板還包括EtherCAT接口，EtherCAT總線通過EtherCAT接口與控制單板連接；所述逆變單板還包括直流電輸入接口，直流電通過直流電輸入接口連接至逆變單板。磁編碼器通過磁場感應(yīng)檢測出伺服電機的轉(zhuǎn)速后將信號通過反饋信號輸入接口傳遞給控制單板，控制單板結(jié)合EtherCAT總線傳遞的運動指令和磁編碼器傳遞的反饋信號，經(jīng)過控制信號輸出接口向輸出SVPWM信號給逆變單板，逆變單板根據(jù)接收到的SVPWM信號，驅(qū)動開關(guān)管動作，將直流電輸入接口輸入的直流電逆變成三相交流電通過功率線輸出提供給伺服電機，從而控制電機旋轉(zhuǎn)。所述逆變單板中集成有逆變電路。本實用新型的電機采用直流供電，減小了母線支撐電容，降低了產(chǎn)品體積；帶高速EtherCAT總線接口，所有運動控制功能由上層應(yīng)用實現(xiàn)，簡化了底層的控制，使電機更加靈活；內(nèi)部集成有逆變電路、磁編碼器、普通伺服電機，使得接線更加簡單，應(yīng)用更加方便。
其中，所述控制單板是英飛凌公司的XMC4800微控制器，該XMC4800微控制器中集成有EtherCAT從站控制器(EtherCAT Slave Controller,ESC)，用于將電機接入EtherCAT總線，這樣，所有的運動控制指令都可以通過EtherCAT總線高速地發(fā)送給本實用新型的一種帶EtherCAT總線的直流驅(qū)動型伺服電機。
其中，所述EtherCAT總線的通信速率不小于100Mbps，可實現(xiàn)同時更新100個電機軸的數(shù)據(jù)只需要100us。
其中，所述EtherCAT總線具有分布式時鐘，可以對總線上的所有電機進(jìn)行同步工作。
其中，EtherCAT總線采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)物理層，可以和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議兼容，因此，EtherCAT總線不需要采用專用的總線控制芯片，只需要一個通用的以太網(wǎng)控制器加上普通的網(wǎng)卡芯片即可，兼容性強。
本實用新型的一種帶EtherCAT總線的直流驅(qū)動型伺服電機實時性強，EtherCAT協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層完全由ESC實現(xiàn)，其通信性能不受微控制器運算速度的影響。
最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對本實用新型保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。