專利名稱：用于壓板機(jī)的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于壓板機(jī)的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
壓板機(jī)是以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造技術(shù)為主要手段的曲面成形制造設(shè)備，其 工作原理是把傳統(tǒng)的沖壓實(shí)體模具分解為很多離散的小模具單元(也稱基本體)，利用一 系列規(guī)則排列的高度可調(diào)的基本體，每個(gè)基本體都由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制其高度，可在電腦 的控制下自由地構(gòu)造出成形曲面，代替模具實(shí)現(xiàn)板材三維曲面的快速無(wú)模成形。這種成形 方式可以極高的提高曲面板材的制造時(shí)間，降低制造成本。壓板機(jī)的方便、快速改變模具形 狀也給其自身的設(shè)計(jì)與控制帶來(lái)了很多不便之處壓板機(jī)的一個(gè)面由15 X 15 = 225個(gè)基本 體構(gòu)成，每個(gè)基本體都需要一個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)控制，因此整個(gè)系統(tǒng)需要同時(shí)對(duì)兩百多 個(gè)電機(jī)同時(shí)進(jìn)行控制，在現(xiàn)有的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)上，控制如此多的電機(jī)需要有一定的技 術(shù)創(chuàng)新。目前國(guó)內(nèi)對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)研究的很多，但是研發(fā)出來(lái)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)都 存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高等缺點(diǎn)，這給設(shè)備制造企業(yè)的大批量生產(chǎn)帶來(lái)了很大的經(jīng)費(fèi)問(wèn)題。步進(jìn)電機(jī)在工作方式上跟普通的直流電機(jī)有很大的不同，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需要有 專門的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。為控制驅(qū)動(dòng)器正常工作還需要一個(gè)控制器為驅(qū)動(dòng)器提供控制信 號(hào)。但是一股的對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制都存在以下幾個(gè)問(wèn)題每個(gè)步進(jìn)電機(jī)都只能一個(gè)一個(gè)單獨(dú)控制，不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。步進(jìn)電機(jī)除了驅(qū)動(dòng) 器外還需要一個(gè)相匹配的控制器與之共同工作。一股都是一個(gè)控制器帶動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，不 能一個(gè)控制器帶動(dòng)多個(gè)驅(qū)動(dòng)器，這樣會(huì)帶來(lái)資源的浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)減少總線上所能控制的電 機(jī)總數(shù)目。步進(jìn)電機(jī)控制器與PC機(jī)通過(guò)總線連接，每次只能同時(shí)控制一個(gè)電機(jī)。不能實(shí)現(xiàn)電 機(jī)的自動(dòng)控制運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于壓板機(jī)的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系 統(tǒng)，以克服目前對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制所存在的費(fèi)用高和自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)控制問(wèn)題。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是由PC機(jī)和多個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)節(jié) 點(diǎn)組成，它們均由CAN總線相連。每個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)由一個(gè)電機(jī)控制器和與之相連的 多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成，一個(gè)電機(jī)控制器同時(shí)控制多個(gè)步進(jìn)電機(jī)。本實(shí)用新型是一種可通過(guò)PC機(jī)自動(dòng)對(duì)控制器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制，每個(gè)控制器同時(shí)又 控制多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的裝置。因此，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)其一.用一個(gè)控制器可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制多個(gè)控制器，每個(gè)控制器又可以控制多個(gè) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的裝置。這樣減少了所需控制器和驅(qū)動(dòng)器的數(shù)目，只需要57個(gè)控制器和 113個(gè)控制器便能解決整個(gè)系統(tǒng)電機(jī)個(gè)數(shù)多而帶來(lái)的復(fù)雜問(wèn)題，簡(jiǎn)化了控制方案。
3[0011]其二 .不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)225個(gè)電機(jī)的智能控制，而且還能有效的降低整個(gè)系統(tǒng)的成 本。當(dāng)前市場(chǎng)上一個(gè)普通步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器價(jià)格在200元左右，一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制器(不能 聯(lián)網(wǎng))價(jià)格在250元左右，這樣合算起來(lái)整個(gè)系統(tǒng)15X 15X (200+250) = 101250元。若使 用本系統(tǒng)，總的開(kāi)銷為57 X 250+113 X 200 = 42500元，相比而言總體價(jià)格降低了近一半，并 且還能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制功能。因此本實(shí)用新型在市場(chǎng)上具有很好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。其三.在PC機(jī)上通過(guò)控制軟件導(dǎo)入模具參數(shù)后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)225個(gè)電機(jī)的單獨(dú)控 制，其工作過(guò)程無(wú)需人為參與，減少了工人的工作量。
圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制節(jié)點(diǎn)2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中控制器的電路的結(jié)構(gòu)圖。圖4是圖2中驅(qū)動(dòng)器的電路的結(jié)構(gòu)圖。圖中1. PC機(jī)；2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制節(jié)點(diǎn)；3. CAN總線。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型主要應(yīng)用于壓板機(jī)電機(jī)控制中，在壓板機(jī)中共有225個(gè)電機(jī)需要根據(jù) 所設(shè)計(jì)的模具的形狀進(jìn)行單獨(dú)控制調(diào)節(jié)。對(duì)于每一個(gè)電機(jī)都需要單獨(dú)精確控制，如果使用 手動(dòng)調(diào)節(jié)的話不僅速度慢而且精度特別低，根本不能滿足整個(gè)系統(tǒng)的要求。如果直接使用 市場(chǎng)上的成品電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的話，那么其控制系統(tǒng)還是要再單獨(dú)解決，并且還面臨著接口 匹配問(wèn)題。這樣算來(lái)整個(gè)系統(tǒng)會(huì)因?yàn)轵?qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)目的龐大而使整個(gè)系統(tǒng)的成本增加非常 多，這對(duì)實(shí)際產(chǎn)品的生產(chǎn)帶來(lái)很多不利。為此本實(shí)用新型提供了下述的非常便利的解決方 案，能夠很好的滿足整個(gè)系統(tǒng)對(duì)效率和費(fèi)用的要求。本實(shí)用新型提供的用于壓板機(jī)的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示由 PC機(jī)1、多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制節(jié)點(diǎn)2組成，由CAN總線3將PC機(jī)1和每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制節(jié)點(diǎn) 2連接在一起。每個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)2由多個(gè)電機(jī)控制器和與之相連的多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 組成，一個(gè)電機(jī)控制器同時(shí)控制多個(gè)步進(jìn)電機(jī)。PC機(jī)通過(guò)CAN總線向各個(gè)電機(jī)控制器發(fā)送 控制命令，電機(jī)控制器解釋命令并且執(zhí)行命令控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)給定的圈數(shù)并返回步進(jìn)電 機(jī)工作狀態(tài)，PC機(jī)對(duì)每個(gè)步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)做實(shí)時(shí)記錄。所述PC機(jī)1可以采用常規(guī)電腦、筆記本電腦或者工控機(jī)都可以。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制節(jié)點(diǎn)2的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由多個(gè)電機(jī)控制器(即圖2中的控 制器)和與之相連的多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(即圖2中的驅(qū)動(dòng)器)組成。每個(gè)電機(jī)控制器可以與 兩個(gè)以上電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接兩個(gè)以上步進(jìn)電機(jī)，這樣一個(gè)電 機(jī)控制器就可以至少同時(shí)控制所接的4個(gè)步進(jìn)電機(jī)M。若一個(gè)電機(jī)控制器同時(shí)控制4個(gè)步 進(jìn)電機(jī)M，則整個(gè)系統(tǒng)需要57個(gè)電機(jī)控制器就可以達(dá)到控制225個(gè)電機(jī)的要求。電機(jī)控制 器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間的連接按照編號(hào)連接便可以正常工作，如果在工作的過(guò)程中有電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器壞掉，只需更換一個(gè)好的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器便可以重新工作，這給以后的維修帶來(lái)了方便。一 個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制器、兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和四個(gè)步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成CAN總線上的一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 控制節(jié)點(diǎn)2。
4[0022]所述電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)如圖3所示由相互電路連接的CAN驅(qū)動(dòng)器、隔離器、CAN 接收器、主控制器MCU組成。CAN驅(qū)動(dòng)器通過(guò)CAN總線3與MCU相連。MCU設(shè)有多個(gè)IO驅(qū) 動(dòng)接口(簡(jiǎn)稱IO接口)，每?jī)蓚€(gè)IO接口與一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連。電機(jī)控制器通過(guò)CAN總線 連接在一起組成小型局域網(wǎng)，在PC端使用控制軟件自動(dòng)對(duì)每個(gè)電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)控制。主控制器MCU是電機(jī)控制器的核心，它的主要功能是接收命令和發(fā)送確認(rèn)信息并 將接收到的命令進(jìn)行譯碼，然后控制電機(jī)參照要求轉(zhuǎn)動(dòng)。MCU與PC機(jī)進(jìn)行通訊使用的是CAN 網(wǎng)絡(luò)，使用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要專用的收發(fā)控制芯片才能實(shí)現(xiàn)通訊。在本設(shè)計(jì)中CAN接收器采用 的是SJA1000數(shù)據(jù)收發(fā)芯片，它是一種獨(dú)立的CAN總線控制器具有BasicCAN和PeliCAN兩 種工作方式，PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN 2. OB協(xié)議，這為CAN協(xié)議的使 用帶來(lái)了方便。SJA1000數(shù)據(jù)收發(fā)芯片并沒(méi)有直接連接到CAN驅(qū)動(dòng)器上面，而是在它們之間 連接了一個(gè)隔離器。該隔離器能夠有效地將MCU和CAN網(wǎng)絡(luò)之間隔離起來(lái)，有利于減少總 線上面帶來(lái)的干擾對(duì)MCU產(chǎn)生危害。MCU的控制輸出也不是直接輸出到外面的，而是在每一 路輸出后面都加了一級(jí)IO輸出驅(qū)動(dòng)。IO驅(qū)動(dòng)輸出可以增加IO的驅(qū)動(dòng)能力，防止外部產(chǎn)生 的靜電對(duì)MCU的IO接口產(chǎn)生危害。在MCU后面共有4路電機(jī)控制輸出，每一路都可以進(jìn)行 單獨(dú)的控制輸出，這樣就縮小了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，減少了整個(gè)系統(tǒng)的成本。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖4所示設(shè)有多套控制驅(qū)動(dòng)電路，其由同一個(gè)電源供 電。每套控制驅(qū)動(dòng)電路控制一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，該控制驅(qū)動(dòng)電路由電路連接的隔離器、步進(jìn)電機(jī) 邏輯信號(hào)發(fā)生器Ul、步進(jìn)電機(jī)電流驅(qū)動(dòng)器U2組成，其中隔離器的輸入端經(jīng)IO驅(qū)動(dòng)接口與 單片機(jī)(PC機(jī)1)的IO端口相連。步進(jìn)電機(jī)電流驅(qū)動(dòng)器的輸出端直接與步進(jìn)電機(jī)相連。在圖4中電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電源主要為強(qiáng)電，如果出現(xiàn)問(wèn)題的話強(qiáng)電極有可能會(huì)加載到 控制輸入上面，這樣會(huì)對(duì)電機(jī)控制器產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的毀壞。為了避免這樣的問(wèn)題產(chǎn)生，在每 一路的驅(qū)動(dòng)輸入前面都加了一級(jí)隔離器。隔離器可以有效的將前面控制部分和后面驅(qū)動(dòng)部 分隔離開(kāi)，保證了前級(jí)控制輸入的安全工作。步進(jìn)電機(jī)的工作方式與不同電機(jī)有很大的不 同，它需要專門的邏輯控制信號(hào)才能夠正常工作。這個(gè)邏輯信號(hào)的產(chǎn)生由一個(gè)專用的步進(jìn) 電機(jī)邏輯信號(hào)發(fā)生器Ul產(chǎn)生，它除了能產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)控制邏輯信號(hào)外還能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行 過(guò)流保護(hù)，這就增加了驅(qū)動(dòng)器的安全性。將控制邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力還需 要驅(qū)動(dòng)器，在驅(qū)動(dòng)器中對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是由步進(jìn)電機(jī)電流驅(qū)動(dòng)器U2完成。所述隔離器可以采用日本東芝公司生產(chǎn)的TLP521芯片，當(dāng)然也可以采用采用東 芝公司TLP181芯片。步進(jìn)電機(jī)邏輯信號(hào)發(fā)生器Ul可以采用法國(guó)意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 L297芯片，該芯片能夠產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的邏輯控制信號(hào)，簡(jiǎn)化了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制 方法。步進(jìn)電機(jī)電流驅(qū)動(dòng)器U2可以采用法國(guó)意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的L298芯片，L298芯片 內(nèi)部有8個(gè)功率管組成的驅(qū)動(dòng)電路，使用起來(lái)電路簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到2A，最高電壓可 以用到40V，安全電壓一股在36V左右，能夠滿足一股電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器有兩 套驅(qū)動(dòng)控制電路可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，這樣就減少了驅(qū)動(dòng)器的體積和接線數(shù)目。當(dāng)然步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)現(xiàn)也可以使用其它公司的生產(chǎn)的電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)芯片。本實(shí)用新型的工作過(guò)程是PC機(jī)主要是用來(lái)運(yùn)行電機(jī)控制軟件，電機(jī)控制軟件會(huì) 根據(jù)導(dǎo)入的曲面參數(shù)文件，向電機(jī)控制器發(fā)送控制命令?？刂泼钪邪酥付ǖ碾姍C(jī)要 轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和圈數(shù)，電機(jī)控制器在接收到命令后立即會(huì)返回當(dāng)前狀態(tài)，PC機(jī)可以根據(jù)此當(dāng) 前狀態(tài)得知電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的狀況。電機(jī)控制器在返回電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)之后會(huì)立立即解釋并執(zhí)行接收到的命令，控制指定的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的圈數(shù)。每個(gè)電機(jī)控制器通過(guò)CAN總線接收PC機(jī)發(fā) 送的指令，譯碼后可以同時(shí)控制多個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)工作，并且每一路步進(jìn)電機(jī)之間 相互獨(dú)立不會(huì)互相干擾。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在電機(jī)控制器的時(shí)鐘和方向信號(hào)的控制下，將時(shí)鐘信 號(hào)轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)邏輯控制信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 本實(shí)用新型不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)步進(jìn)電機(jī)的智能控制，而且還能有效的降低整個(gè)系 統(tǒng)的成本，因此在市場(chǎng)上具有很好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求一種用于壓板機(jī)的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)由PC機(jī)(1)和多個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)(2)組成，它們均由CAN總線(3)相連；每個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)(2)由一個(gè)電機(jī)控制器和與之相連的多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成，一個(gè)電機(jī)控制器同時(shí)控制多個(gè)步進(jìn)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是一個(gè)電機(jī)控制器的輸出端 與兩個(gè)以上電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接兩個(gè)以上步進(jìn)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是所述電機(jī)控制器由相互電 路連接的CAN驅(qū)動(dòng)器、隔離器、CAN接收器、主控制器MCU組成，CAN驅(qū)動(dòng)器通過(guò)CAN總線(3) 與主控制器MCU相連，MCU設(shè)有多個(gè)IO驅(qū)動(dòng)接口，每?jī)蓚€(gè)IO驅(qū)動(dòng)接口與一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相 連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是所述CAN接收器采用的是 SJA1000數(shù)據(jù)收發(fā)芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)有多套 控制驅(qū)動(dòng)電路，其由同一個(gè)電源供電；每套控制驅(qū)動(dòng)電路控制一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，該控制驅(qū)動(dòng)電 路由電路連接的隔離器、步進(jìn)電機(jī)邏輯信號(hào)發(fā)生器U1、步進(jìn)電機(jī)電流驅(qū)動(dòng)器U2組成，其中 隔離器的輸入端經(jīng)IO驅(qū)動(dòng)接口與CAN總線相連，步進(jìn)電機(jī)電流驅(qū)動(dòng)器的輸出端直接與步進(jìn) 電機(jī)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是所述隔離器采用TLP521芯 片，或TLP181芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是所述步進(jìn)電機(jī)邏輯信號(hào)發(fā) 生器Ul采用L297芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是所述步進(jìn)電機(jī)電流驅(qū)動(dòng)器 U2采用L298芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種用于壓板機(jī)的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由PC機(jī)(1)和多個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)(2)組成，它們均由CAN總線(3)相連；每個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)(2)由一個(gè)電機(jī)控制器和與之相連的多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成，一個(gè)電機(jī)控制器同時(shí)控制多個(gè)步進(jìn)電機(jī)。本實(shí)用新型不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)步進(jìn)電機(jī)的智能控制，簡(jiǎn)化了控制方案，而且還能有效的降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，減少工人的工作量，因此在市場(chǎng)上具有很好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H02P8/40GK201754572SQ20102027315
公開(kāi)日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者夏章龍, 鐘毅 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)