專利名稱：總線式全數字伺服驅動器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種驅動伺服電機的伺服驅動器，更具體地說，涉及總線 伺服驅動器的電路構成。
背景技術：
數控機床的伺服系統是以數控機床的移動部件(工作臺、主軸或刀具等) 的位置和速度為控制對象的自動控制系統。它接收數控裝置輸出的插補指令， 并將其轉換為移動部件的機械運動(轉動和平動)。伺服系統是數控機床的重要 組成部分，是數控裝置和機床本體的聯系環節，其性能直接影響數控機床的精 度、工作臺的移動速度和跟蹤精度等技術指標。數字總線式伺服驅動器的出現是數控技術發展史上的一個里程碑。采用數 字伺服裝置，使所有指令值和實際值都能在一個微控制器內完成。不但能實現 傳統的電流環和速度環控制，而且能在^fe短的時間內完成^f青插補，實現位置環 控制。與使用模擬伺服裝置相比，采用數字伺服驅動裝置能獲得更高的加工精 度和加工速度，而且硬件簡單，系統的復雜性和成本都極大降低。傳統總線式伺服驅動器的實現原理如圖1所示，包括才艮據協議解析傳輸信 息獲取位置數據、速度數據的總線解析部分，實現數據處理輸出控制、驅動指 令的伺服驅動部分，功率放大驅動電機的功率部分。可編程控制器(Programmable Logic Controller )簡稱PLC，它是一類通用 型自動控制裝置。它一般以順序控制為主，回路調節為輔，能夠完成邏輯、順 序、計時、計數和算術運算等功能。既能控制開關量，也能控制模擬量。在數控機床上采用PLC代替繼電器，使數控機床結構更緊湊，功能更豐富， 響應速度和可靠性大大提高。在高檔數控機床中等自動化程度高的加工設備和 生產制造系統中PLC是不可缺少的控制部件。一般來說機床用PLC從控制軟件所在的位置可分為"內裝型"軟PLC和 "獨立型，，硬PLC。前者多是由上位機完成編程和邏輯運算，由以某種形式的 總線和上位機相連的IO模塊執行輸入和輸出動作，通常所執行的動作結果可以 直接顯示在上位機的軟件中。這種結構的PLC,如圖2能夠最大限度的利用上 位機的CPU功能，簡化系統設計，同時能夠降低成本，操作簡單。采用這種結 構的數控系統可以具有某些高級的控制功能，比如梯形圖編輯和傳送功能，在 數控軟件內部直接處理NC窗口的大量信息等。采用內裝型PLC的數控系統， 省去了專門的PLC與數控控制器之間的連線，又具有結構緊湊、可靠性好、安 裝和操作方便等有點，和在有用數控裝置之后又去外配一直通用PLC的情況相 比，無論在技術上還是經濟上對用戶來說都是有利的。在數控系統中伺服驅動器和PLC都是必不可少的設備，如果能把二者結合 起來開發一款具有PLC控制功能的伺服驅動器和PLC功能的產品，可以在功能 上獲得增強。實用新型內容本實用新型的全數字總線伺服驅動器，目的是實現伺服驅動器和PLC 二者 功能的集成，通過將PLC功能集成于伺服驅動器，以達到減少硬件成本，優化 配置的目的。 為了實現上述目的，本實用新型構造了一種全數字總線伺服驅動器，包括 第一總線協議解析單元、伺服驅動控制單元、功率驅動單元、位置數據反饋單 元，這四個單元完成基本的伺服控制功能。本實用新型的驅動器還包括第二總線協議解析單元和PLC接口單元；第二總線協議解析模塊通過數據寄存器與所 述PLC接口單元之間交互數據。上述二個總線協議解析單元均通過一個物理層 控制模塊與上位機交互信息，并根據通訊協議解析數據。該物理層控制模塊用 于數據傳輸的收發控制，設置一個接受數據的物理層接口、 一個發送數據的物 理層接口。優選方式下，傳輸介質選用以太網物理層。上述PLC接口單元主要 用于完成PLC控制的輸入、輸出。本實用新型全數字總線伺服驅動器，其改進在于，還包括一個編碼器/光柵 尺處理模塊，用于對增量編碼信號進行處理。編碼器/光柵尺處理模塊利用數據 寄存器與伺服驅動控制單元之間交互數據；上位^L還通過第一個總線協議解析 模塊訪問數據寄存器獲取所述編碼器/光柵尺處理模塊存放的實際位置數據。優 選方式下，上述第一總線協議解析單元、第二總線協議解析單元、PLC接口單 元、編碼器/光柵尺處理模塊由片上集成系統FPGA實現。伺服驅動控制單元由 DSP或FPGA實現。而本實用新型實現的PLC接口單元包括24輸入16輸出的 PLC I/O接口 。通過上述技術方案，本實用新型的伺服驅動器，由于實現了 PLC (24IN/160UT)和伺服驅動部分的結合，功能強大，結構緊湊。伺服驅動器支 持增量式編碼器和光柵尺接口還支持絕對值編碼器的串行接口 ， ENDAT2.2, INTERBUS, CAN, RS-485,可接收32位絕對位置信號。傳輸的編碼器數據位 數高達24bit。本實用新型伺服驅動器采用以太網物理層作為物理層，5類雙絞 線作為傳輸介質，物理接口為RJ-45,總線協議解析采用片上集成系統FPGA實
現，因此可以通過協議解析支持基于以太網物理層的多種總線協議GLINK， SERCOS ， PROFIBUS 。該PLC編程簡單方便，與該PLC輸入輸出配合的上位 機PLC編程支持梯形圖，語句表，控制系統流程圖三種編程方式，并針對數控 的需求配備了完備的庫函數，可以直接調用用于機床控制。
圖1是現有技術中實現總線式伺服驅動器的功能框圖；圖2是現有技術實現總線式PLC I/O的功能框圖；圖3是實現本實用新型總線式伺服驅動器原理圖；圖4是實現本實用新型總線式伺服驅動器的功能模塊圖；圖5是本實用新型伺服驅動器的一種實施方式。
具體實施方式
如圖3所示本實用新型全數字總線伺服驅動器的基本原理，旨在將獨立的 伺服驅動器與PLC 1/0控制結合為一體，通過一個總線控制器與上位機通訊。如圖4中，總線控制器包括兩個總線協議解析單元和一個物理層控制模塊。 總線協議解析單元的功能用于通過物理層控制模塊與上位機交互信息，根據通 訊協議解析信息數據。物理層控制模塊用于控制數據傳輸在物理層的收發，設 置一個接受數據的物理層接口 、 一個發送數據的物理層接口 。其中上方的一個總線協議解析單元，結合伺服驅動控制單元、功率驅動單 元結合、位置數據反饋單元(編碼器)實現傳統的伺服驅動器功能。下方的一個總線協議解析單元與PLC 1/0模塊實現PLC的輸入輸出功能。 而二個總線協議單元以及PLC I/O模塊都有一個片上集成系統FPGA實現(如
圖5)。優選方式下，伺服驅動控制單元由DSP實現，也可利用FPGA實現。圖5 中，伺服驅動控制單元具體說就是由內到外的3個環路的控制，電流環(扭矩 環)、速度環和位置環，由于采用了最新的工作于150MHz,流水線指令操作的， 具有32位字長的電機控制專用定點DSP芯片，運算功能強大，所以位置環的部 分運算可以在伺服系統中實現。而且該單元還具有絕對值編碼器的處理功能， 設置串口用于接收串行數據(參數設置和性能檢測)。還可以實現IPM故障處理、 動態制動處理以及回生制動處理等功能，設置A/D模塊用于母線電流、轉矩、B 相電流、A相電流、速度指令、母線電壓的模擬量輸入進而實現處理與控制。片上集成系統FPGA還實現了 一個編碼器/光柵尺處理模塊，用于對增量編 碼信號進行處理；編碼器/光柵尺處理模塊通過數據寄存器中轉作用與伺服驅動 控制單元之間交互數據；上位機還通過上述實現伺服控制功能的總線協議解析 模塊獲取所述編碼器/光柵尺處理模塊存放的實際位置數據。在該實施例中，PLC和總線控制器以及控制系統的編碼器和光柵尺反饋部 分都用一片現場可編程器件實現，這樣可以使用最少的器件完成最多的功能。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范 圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術范 圍內，根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，都 應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、一種總線式全數字伺服驅動器，包括第一總線協議解析單元、伺服驅動控制單元、功率驅動單元、位置數據反饋單元，這四個單元完成基本的伺服控制功能；其特征在于，還包括第二總線協議解析單元和PLC接口單元；第二總線協議解析模塊通過數據寄存器與所述PLC接口單元之間交互數據；二個總線協議解析單元均通過一個物理層控制模塊與上位機交互信息，并根據通訊協議解析數據；所述物理層控制模塊用于數據傳輸在物理層的收發控制，設置一個接受數據的物理層接口、一個發送數據的物理層接口；所述PLC接口單元，用于完成PLC控制的輸入、輸出。
2、 根據權利要求1所述的總線式全數字伺服驅動器，其特征在于，還包括 一個編碼器/光柵尺處理模塊，用于對增量編碼信號進行處理；所述編碼器/光柵尺處理模塊通過數據寄存器與伺服驅動控制單元之間交互 數據；上位機還通過第一個總線協議解析模塊訪問數據寄存器獲取所述編碼器/ 光柵尺處理模塊存放的實際位置數據。
3、 根據權利要求2所述的總線式全數字伺服驅動器，其特征在于，所述第 一總線協議解析單元、第二總線協議解析單元、所述PLC接口單元、所述編碼 器/光柵尺處理模塊由片上集成系統FPGA實現。
4、 根據權利要求3所述的總線式全數字伺服驅動器，其特征在于，所述伺 服驅動控制單元由DSP或FPGA實現。
5、 根據權利要求l-4任一所述的總線式全數字伺服驅動器，其特征在于，物理層的傳輸介質選用以太網物理層。
6、根據權利要求5所述的總線式全數字伺服驅動器，其特征在于，所述PLC 接口單元包括24輸入、16輸出的PLCI/0接口。
專利摘要本實用新型一種總線式全數字伺服驅動器，包括實現伺服控制功能的第一總線協議解析單元、伺服驅動控制單元、功率驅動單元；還包括第二總線協議解析單元和PLC接口單元；第二總線協議解析模塊通過數據寄存器與所述PLC接口單元之間交互數據；上述總線協議解析單元的功能用于通過物理層控制模塊與上位機交互信息，根據通訊協議解析信息數據；所述PLC接口單元用于完成PLC控制的輸入、輸出。本實用新型的伺服驅動器，由于實現了PLC和伺服驅動部分的結合，具有功能強大，結構緊湊的特點。
文檔編號G05B19/414GK201035391SQ20072001011
公開日2008年3月12日 申請日期2007年1月15日 優先權日2007年1月15日
發明者于德海, 何興家, 吉 馮, 劉士宏, 葉東國, 超 吳, 張可畏, 張贊秋, 俊 李, 李文慶, 楊立波, 王慶鵬, 迪 羅 申請人:大連光洋科技工程有限公司