專利名稱：基于sercos和can總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種交流伺服控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的高精度電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制一直是按照控制器和驅(qū)動(dòng)器分離的道路相互獨(dú)立發(fā)展的。傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器最早采用模擬電路控制的方法，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字、模擬控制，然后隨著DSP技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用環(huán)境，出現(xiàn)了全數(shù)字控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，并出現(xiàn)了全數(shù)字電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，為全數(shù)字電機(jī)控制提供廣闊的發(fā)展空間。電機(jī)控制專用DSP內(nèi)部帶有完善的電機(jī)控制所需要的各類信號(hào)的產(chǎn)生和檢測(cè)單元，大大減輕了 DSP內(nèi)部的CPU的負(fù)擔(dān)。同時(shí)隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，SERC0S、CAN等現(xiàn)場(chǎng)總線得到了廣泛的應(yīng)用。這些技術(shù)的發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)化的控制與驅(qū)動(dòng)一體的電機(jī)控制設(shè)備提供了技術(shù)條件。目前多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制多采用串行通訊的控制方法，上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給第一個(gè)模塊后，第一個(gè)模塊開始運(yùn)動(dòng)，接著向第二個(gè)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，第二個(gè)模塊開始運(yùn)動(dòng)。隨著模塊的增多以及通訊距離的增加，形成的積累延時(shí)誤差對(duì)各模塊間的同步運(yùn)動(dòng)造成很大的影響。因此，選擇合適的總線技術(shù)對(duì)系統(tǒng)控制精度非常重要。DSP與智能功率模塊需要設(shè)計(jì)合適的光電隔離電路。在驅(qū)動(dòng)電路中，以整流器KBPC3510W為核心的電源電路，將380V的工頻三相交流電整流成510V左右的直流電源輸出。對(duì)于逆變橋，通常采用傳統(tǒng)的分立式元件構(gòu)成三相橋，需要配用驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，電路很繁冗，并且穩(wěn)定性能不高。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型提供了一種基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于生產(chǎn)流水線、數(shù)控機(jī)床等各類需要交流伺服電機(jī)多軸聯(lián)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制。本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，包括:提供電力的電源管理模塊；具有一控制芯片、根據(jù)PC機(jī)指令產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)來控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制器模塊，選擇TI公司的高速數(shù)字信號(hào)處理器TMS320LF2812為核心微處理器；由電源、光電耦合器、整流器組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，采用東芝公司的高速光電耦合器作為智能功率模塊(IPM)和DSP之間的隔離耦合接口，以整流器KBPC3510W為核心的電源電路，將380V的工頻三相交流電整流成510V左右的直流電源輸出，傳統(tǒng)的逆變橋電路繁冗，為精簡電路，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)的逆變橋采用仙童公司的高度集成的智能功率模塊 FS-BB20CH60F ；耦合所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、獲取伺服電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速的速度檢測(cè)模塊；[0012]用于存儲(chǔ)通訊結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的外部存儲(chǔ)模塊；SERCOS總線和CAN總線相互獨(dú)立的通訊模塊。優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)還包括由上位機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，所述上位機(jī)采用提供人機(jī)交互界面的Windows操作系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的Visual C++語言環(huán)境，通過所述界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)信息、對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息進(jìn)行采集、顯示，通過SERC0S/CAN總線接口實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與多軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的串行與并行組網(wǎng)連接。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述上位機(jī)分為編寫代碼文本的用戶層和解析代碼規(guī)劃出各伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式、并通過SERCOS總線向從站的伺服控制器發(fā)送控制命令的規(guī)劃層。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述多軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組網(wǎng)方式為一主多從，即PC機(jī)為主模塊，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均為從模塊，主從關(guān)系不變。進(jìn)一步優(yōu)選的，SERCOS協(xié)議的通訊速率為 2Mbit/s、4Mbit/s、8Mbit/s 或 16Mbit/s，在外圍設(shè)置有撥碼開關(guān)，方便對(duì)波特率進(jìn)行設(shè)置。優(yōu)選的，所述速度檢測(cè)模塊為光電編碼器，DSP的捕獲單元(CAP)直接接受所述光電編碼器的正交編碼脈沖信號(hào)，獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，減輕CPU處理任務(wù)，使DSP在最短時(shí)間里完成PWM信號(hào)的產(chǎn)生和對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的檢測(cè)。優(yōu)選的，所述控制芯片通過上位機(jī)給定的參數(shù)和命令控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選的，所述電源管理模塊設(shè)有一低壓穩(wěn)壓芯片。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述控制器模塊、所述速度檢測(cè)模塊、所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和所述外部存儲(chǔ)模塊均設(shè)有一穩(wěn)壓芯片。優(yōu)選的，通過PC主機(jī)規(guī)劃出各伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式，經(jīng)所述SERCOS總線向從站的伺服控制器發(fā)送控制命令，所述CAN總線為備用總線，以增加通訊模塊的穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的通信接口采用第二代SERCOS處理芯片SERC0N816為核心的接口電路。由于PC主機(jī)沒有與SERCOS總線通訊的接口，所以選擇德國BECKH0FF公司的基于SERCOS總線的現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡FC7502，它有兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線通道，連接的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備數(shù)量可達(dá)254個(gè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型利用了電機(jī)控制專用的DSP的豐富硬件性能，將總線技術(shù)融合其中，實(shí)現(xiàn)了單一裝置的控制和驅(qū)動(dòng)，是一種控制與驅(qū)動(dòng)為一體的交流伺服控制系統(tǒng)，SERCOS總線提高了多軸聯(lián)動(dòng)伺服系統(tǒng)的控制精度，而且，與CAN總線配合使用，提高了系統(tǒng)的可靠性。因此，本實(shí)用新型是一種集成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)軌跡控制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制位一體的電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)裝置，適應(yīng)生產(chǎn)流水線、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展需要。

圖1是基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)總體框圖；圖2是從站伺服控制器及驅(qū)動(dòng)電路圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1和圖2所示的一種基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，包括電源管理模塊、控制器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、速度檢測(cè)模塊、外部存儲(chǔ)模塊和通訊模塊。本實(shí)用新型通過SERCOS或CAN總線接口，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與多軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的串行組網(wǎng)連接，對(duì)多軸系統(tǒng)的組網(wǎng)方式為一主多從，即只有一個(gè)控制模塊為主模塊，主模塊就是連接PC機(jī)的控制模塊，其余均為從模塊，主從關(guān)系不能隨意改變。電源管理模塊用于給該基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)提供電力，但不限于本實(shí)施例所提供的內(nèi)容。在系統(tǒng)正常工作過程中，各模塊的額定工作電壓不盡相同，所以，適當(dāng)?shù)倪x擇穩(wěn)壓芯片與該控制器模塊、速度檢測(cè)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、外部存儲(chǔ)模塊和通訊模塊一起配合使用，以確保各模塊穩(wěn)定工作?？刂破髂K采用TI公司的高速數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812為核心控制芯片，DSP通過采集光電編碼器反饋信號(hào)，得到當(dāng)前的位置和速度；通過自帶的SPI 口讀取電流采樣電路和A/D轉(zhuǎn)換電路的結(jié)果，再通過軟件PID調(diào)節(jié)器，得到PWM輸出，以獲得給定的速度、位置和力矩。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊米用東芝公司的高速光電稱合器KBPC3510W作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和DSP之間的隔離耦合接口，DSP輸出的PWM信號(hào)經(jīng)過TLP5591GM的高位輸出拉高后可直接驅(qū)動(dòng)IPM，而且其具有共模噪聲短暫免疫能力，可以減少伺服電機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)DSP產(chǎn)生的干擾。在驅(qū)動(dòng)電路中，以整流器KBPC3510W為核心的電源電路，將380V的工頻三相交流電整流成510V左右的直流電源輸出。對(duì)于逆變橋，采用采用仙童公司的高度集成的智能功率模塊FS-BB20CH60F代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分立式元件構(gòu)成三相橋，不僅可以精簡電路，還能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。速度檢測(cè)模塊藕接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，用于獲取伺服電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速信號(hào)和位置信號(hào)反饋給微處理器并共享給上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)偏差可由其伺服控制器自行調(diào)節(jié)。存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在通訊模塊中，PC主機(jī)與處理器間通過SERCOS和CAN總線進(jìn)行通訊，上位機(jī)規(guī)劃出各伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式，并通過SERCOS總線向從站的伺服控制器發(fā)送控制命令。SERCOS總線在通訊速率和通訊介質(zhì)都具有很大的優(yōu)勢(shì)，其專門是為數(shù)字伺服系統(tǒng)開發(fā)的，因此，在固定的通訊速率下，多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)的延時(shí)誤差都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于RS485和CAN。同時(shí)，為增加通訊模塊的穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用CAN總線作為備用總線。最后應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型而非限制本實(shí)用新型所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求1.一種基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 提供電力的電源管理模塊； 具有一控制芯片、根據(jù)PC機(jī)指令產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)來控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制器模塊； 由電源、光電耦合器、整流器組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊； 耦合所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、獲取伺服電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速的速度檢測(cè)模塊； 用于存儲(chǔ)通訊結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的外部存儲(chǔ)模塊； SERCOS總線和CAN總線相互獨(dú)立的通訊模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括由上位機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)，所述上位機(jī)采用提供人機(jī)交互界面的Windows操作系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的Visual C++語言環(huán)境，通過所述界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)信息、對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息進(jìn)行采集、顯示，通過SERC0S/CAN總線接口實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與多軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的串行與并行組網(wǎng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組網(wǎng)方式為:PC機(jī)為主模塊，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均為從模塊，主從關(guān)系不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，SERCOS協(xié)議的通訊速率為2Mbit/s、4Mbit/s、8Mbit/s或16Mbit/s，在外圍設(shè)置有撥碼開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述速度檢測(cè)模塊為光電編碼器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制芯片通過上位機(jī)給定的參數(shù)和命令控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電源管理模塊設(shè)有一低壓穩(wěn)壓芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器模塊、所述速度檢測(cè)模塊、所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和所述外部存儲(chǔ)模塊均設(shè)有一穩(wěn)壓芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，通過PC機(jī)規(guī)劃出各伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式，經(jīng)所述SERCOS總線向從站的伺服控制器發(fā)送控制命令，所述CAN總線為備用總線。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于SERCOS和CAN總線的多軸聯(lián)動(dòng)交流伺服控制系統(tǒng)，包括提供電力的電源管理模塊；具有一控制芯片、根據(jù)PC機(jī)指令產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)來控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制器模塊；由電源、光電耦合器、整流器組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；耦合所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、獲取伺服電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速的速度檢測(cè)模塊；用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的外部存儲(chǔ)模塊；SERCOS總線和CAN總線相互獨(dú)立的通訊模塊。本實(shí)用新型是一種控制與驅(qū)動(dòng)為一體的交流伺服控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了裝置的控制和驅(qū)動(dòng)，SERCOS總線提高了多軸聯(lián)動(dòng)伺服系統(tǒng)的控制精度，而且與CAN總線配合使用提高了系統(tǒng)的可靠性，適用于生產(chǎn)流水線、數(shù)控機(jī)床等各類需要交流伺服電機(jī)多軸聯(lián)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制。
文檔編號(hào)H02P5/50GK202997981SQ201220608579
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月3日
發(fā)明者陳孟元, 周萌, 陳躍東, 孫書誠, 凌海波, 許伍, 王虎, 葉路遙 申請(qǐng)人:安徽工程大學(xué)