一種直線電機驅動器的制造方法
【專利摘要】一種直線電機驅動器，包括TMS320F28335處理器、整流濾波模塊、IPM模塊、驅動模塊、故障檢測與保護模塊、電流反饋單元、位置和速度反饋單元、電源模塊、通信模塊、狀態指示單元、24V數字I/O接口、三相380V交流電源以及24V直流供電電源，所述24V直流供電電源的輸出端與電源模塊連接；TMS320F28335處理器的輸出端與故障檢測與保護模塊、驅動模塊、24V數字I/O接口、通信模塊雙向連接，與狀態指示單元連接單向連接。本實用新型具有豐富的定位控制功能，支持脈沖、USB、RS232及現場總線多種控制方式，可以實現對直線電機精準的位置控制，適用于工業環境下的系統集成。
【專利說明】
一種直線電機驅動器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電機驅動【技術領域】，特別是涉及到一種直線電機驅動器。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著超高速切削、超精密加工等先進制造技術的發展，對機床各項性能指標提出了越來越高的要求。同時也對機床進給系統的伺服性能提出了更高的要求:要有很高的驅動力、快速進給速度和極高的快速定位精度。高速度、高加速度和高精度是現代數控伺服驅動的要求及發展趨勢。直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置，具有高精度、高速度和“零傳動”特性，配合直線電機驅動器可以實現精準的位置控制及豐富的定位控制，因此直線電機及其驅動系統正在成為高檔數控機床的重要功能部件，是高端數控設備未來的發展趨勢，但是我國目前自主研制的直線電機驅動器在控制精度、響應速度方面與國外著名企業存在較大差距，且已成為制約我國發展高精度數控系統產業的瓶頸問題。傳統的直線電機驅動器控制板采用03？和兩個芯片，03？主要完成矢量變換、？10控制算法，主要完成邏輯處理，電路過于復雜導致驅動器控制板成本高、結構布局與走線難度大。113320？28335是II公司的一款113320(^28^系列浮點數字信號處理器。與以往的定點03？相比，該器件具有精度高、成本低、功耗小、性能高、外設集成度高、八/0轉換更精確快速等特點，具有150冊12的高速處理能力，具備32位浮點處理單元，6個0嫩通道支持八0(^1083？和211？，有多達18路的？麗輸出，其中有6路為丁1特有的更高精度的？麗輸出(冊?麗)，12位16通道八IX:，與前代03？相比，平均性能提高50^^并與定點^日工控制器軟件兼容，從而簡化軟件開發，縮短開發周期，降低開發成本。但是將113320？28335作為電機驅動主芯片的設計目前還并未完善。因此，現有技術當中亟需要一種新型的技術方案來解決這一問題。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種直線電機驅動器，具有豐富的定位控制功能，支持脈沖、舊8、83232及現場總線多種控制方式，可以實現對直線電機精準的位置控制，并支持總線和狀卜虹-…!'總線，適用于工業環境下的系統集成。
[0004]一種直線電機驅動器，包括113320？28335處理器、整流濾波模塊、1？1模塊、驅動模塊、故障檢測與保護模塊、電流反饋單元、位置和速度反饋單元、電源模塊、通信模塊、狀態指示單元、2價數字1/0接口、三相3807交流電源以及2價直流供電電源，所述2價直流供電電源的輸出端與電源模塊連接；所述電源模塊的輸出端與113320？28335處理器連接；所述113320？28335處理器的輸出端與故障檢測與保護模塊、驅動模塊、2價數字1/0接口、通信模塊雙向連接，與狀態指示單元單向連接；所述三相38(^交流電源的輸出端與整流濾波模塊連接，整流濾波模塊的輸出端與1？1模塊連接，所述1？1模塊的輸出端與直線電機和電流反饋單元連接，1？1模塊與驅動模塊雙向連接，所述驅動模塊與故障檢測與保護模塊雙向連接；所述電流反饋單元的輸出端與113320？28335處理器連接；所述直線電機的輸出端與位置和速度反饋單元連接，所述位置和速度反饋單元的輸出端與113320？28335處理器連接；
[0005]所述113320？28335處理器包括電源電路、復位電路、1X^6調試電路、外部擴展16位存儲空間為512X8的靜態隨機存儲器3狀1、外部擴展118的[匕也，所述外部擴展16位存儲空間為512X8的靜態隨機存儲器3狀1直接與113320？28335處理器的地址總線和數據總線連接。
[0006]所述位置和速度反饋單元包括331編碼器接口電路、正余弦編碼器接口電路以及編碼器電源電路，所述正余弦編碼器接口電路與113320？28335處理器的八IX:引腳聯通。
[0007]所述通信模塊包括控制器局域網絡…隊網絡協議、83232接口以及[382.0 接口。
[0008]所述狀態指示單元上設置有5個顏色各不相同的[￡0指示燈。
[0009]所述2價數字1/0接口包括6通道數字輸入接口和4通道數字輸出接口。
[0010]所述2價數字1/0接口內部設置有光耦隔離器。
[0011]通過上述設計方案，本實用新型可以帶來如下有益效果:一種直線電機驅動器，具有豐富的定位控制功能，支持脈沖、舊8、83232及現場總線多種控制方式，可以實現對直線電機精準的位置控制，并支持總線和狀卜虹-…!'總線，適用于工業環境下的系統集成。通信模塊內置的狀卜虹-…!'網絡協議運動控制總線及先進伺服驅動器所具備的智能保護功能，包括過壓保護、欠壓保護、過流保護、超速保護、過載保護、制動異常提示、位置超差及編碼器故障提示功，狀“!'-…!'通訊規范的設計與多種運動控制器完美結合，體現機械自動化領域高速同步的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]以下結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的說明:
[0013]圖1為本實用新型一種直線電機驅動器總體系統流程示意圖。
[0014]圖2為本實用新型位置和速度反饋單元正余弦磁柵尺差分輸入電路圖。
[0015]圖3為本實用新型直流母線電壓檢測電路圖。
[0016]圖4為本實用新型編碼器電源電路圖。
[0017]圖5為本實用新型113320？28335處理器最小系統電路圖。
[0018]圖6為本實用新型…8接口電路圖。
[0019]圖7為本實用新型狀1161~-0\1通信接口電路圖。
[0020]圖8為本實用新型2價數字1/0接口電路圖。
[0021]其中1-113320？28335處理器、2-整流濾波模塊、3-1？1模塊、4-驅動模塊、5-故障檢測與保護模塊、6-電流反饋單元、7-位置和速度反饋單元、8-電源模塊、9-通信模塊、10-狀態指示單元、11-247數字1/0接口、12-三相3807交流電源、13-2價直流供電電源、14-直線電機。
【具體實施方式】
[0022]本實用新型提供一種直線電機驅動器，本實用新型公開的直線電機驅動器是由丁13320？28335處理器(1)、整流濾波模塊(2)391模塊(3)、驅動模塊(4)、故障檢測與保護模塊(5)、電流反饋單元(6)、位置和速度反饋單元(7)、電源模塊(8)、通信模塊(9)、狀態指示單元(10)和2價數字1/0接口(11)組成，為使本實用新型的結構特點、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型的附圖對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整的描述。
[0023]如圖1所示，為本實用新型的總體系統框圖，本實用新型的驅動器的核心控制處理器為113320？28335處理器(1)，113320？28335處理器(1)接收電流反饋單元(6)和位置和速度反饋單元(7)提供的的電流、位置、速度數據通過矢量變換和？10閉環控制，然后提供控制信號給驅動模塊(4)，驅動模塊(4)將控制信號放大后驅動1？1模塊(3)輸出直線電機所需的電壓和電流，同時113320528335(1)可以通過故障檢測與保護模塊(5)傳送回來的信號判斷驅動器工作是否正常并通過狀態指示單元(10)顯示，若發生故障可立即關斷
模塊(3)輸出，可以避免驅動器各模塊收到損壞，118320^28335(1)還與通信模塊(9)連接可以實現與上位機通信，了13320828335(1)還擴展了 2價數字170接口(11),用于脈沖控制。在使用時1？1模塊⑶輸出連接到直線電機(14),電源供電需要三相3807交流電
(12)和2價直流供電電源(13)。
[0024]118320？28335處理器(1)是本實用新型的核心處理器，圖5為113320？28335處理器⑴的最小系統電路圖，包括電源電路、復位電路、II'‘調試電路、外部擴展16位存儲空間為512X8的3狀1、外部擴展118的[匕也，電源電路、復位電路和II調試電路是118320？28335工作時必需電路，外部擴展16位存儲空間為5121(8的3狀1是因為本實用新型的算法復雜、程序量大，外部擴展3狀1可以保證程序有足夠的運行空間，本電路外部擴展的3狀1直接與113320？28335處理器(1)的地址總線和數據總線連接，訪問速度快，外部擴展118的是為了存儲驅動器的配置參數和用戶程序。
[0025]故障檢測與保護模塊(5)包括過壓、欠壓保護電路部分、過流和1？1過熱檢測部分，以及超速、制動異常、位置超差、及編碼器故障處理部分，過壓、欠壓保護電路部分是通過檢測直流母線電壓判斷直流母線電壓是否在正常工作范圍內，當電壓過高時啟動制動電阻降低直流母線電壓，當電壓過低時報警并關閉驅動輸出，如圖3所示為直流母線電壓檢測電路圖，過流和1？1過熱檢測部分通過檢測1？1的過流和過熱反饋信號判斷是否過流或過熱，超速、制動異常、位置超差、及編碼器故障屬于軟件部分，在程序執行過程中可以對超速、制動異常、位置超差、及編碼器故障進行判斷并報警。
[0026]位置和速度反饋單元(7)包括331編碼器接口、正余弦編碼器接口和編碼器電源電路，113320？28335處理器(1)的多通道串行接口可以兼容331協議，331編碼器電路直接連接到113320？28335處理器(1)的多通道串行接口上實現對支持331協議的編碼器，如圖2所示，正余弦編碼器接口通過差分電路將正余弦差分信號采集并傳送到113320？28335處理器(1)的八IX:引腳，圖4所示為編碼器電源電路，通過此電源電路可以為編碼器提供穩定的訊直流電源。
[0027]通信模塊(9)提供…隊1？8232和…82.0四種通訊接口，因為丁13320？28335處理器(1)內部支持0^協議，因此只要在113320？28335處理器(1)的0^協議引腳添加總線收發器芯片皆可實現總線通信，同時113320？28335具有串行接口，通過113320？28335處理器(1)的串行接口連接83232轉換芯片嫩乂3232即可實現尺3232通信，圖6所示為…82.0接口電路，^882.0接口通過中間轉換芯片完成…82.0協議通信，圖7所示為2訪61~-0\1通信接口電路，采用倍福公司的2訪61~-0\1控制板，通過118320？28335處理器(1)的數據總線和地址總線與倍福公司的控制板連接實現對2^161-011協議的支持。
[0028]如圖8所示為2價數字1/0接口電路(11)，包括6通道數字輸入接口和4通道數字輸出接口，本實用新型所提供的2價數字1/0接口電路(11)均有有光耦隔離，提高了系統的抗干擾能力，并且以為113320？28335處理器(1)的1/0接口資源有限，本方案采用1?總線擴展1/0的方法，大大節省了 113320？28335處理器(1)的資源。
[0029]以上所述是本實用新型的優選實時方案，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種直線電機驅動器，其特征是:包括TMS320F28335處理器(I)、整流濾波模塊(2)、IPM模塊(3)、驅動模塊(4)、故障檢測與保護模塊(5)、電流反饋單元(6)、位置和速度反饋單元(7)、電源模塊(8)、通信模塊(9)、狀態指示單元(10)、24V數字I/O接口 (11)、三相380V交流電源(12)以及24V直流供電電源(13)，所述24V直流供電電源(13)的輸出端與電源模塊(8)連接；所述電源模塊(8)的輸出端與TMS320F28335處理器(I)連接；所述TMS320F28335處理器(I)的輸出端與故障檢測與保護模塊(5)、驅動模塊(4)、24V數字I/O接口(11)、通信模塊(9)雙向連接，與狀態指示單元(10)單向連接；所述三相380V交流電源(12)的輸出端與整流濾波模塊⑵連接，整流濾波模塊⑵的輸出端與IPM模塊(3)連接，所述IPM模塊(3)的輸出端與直線電機(14)和電流反饋單元(6)連接，IPM模塊(3)與驅動模塊⑷雙向連接，所述驅動模塊⑷與故障檢測與保護模塊(5)雙向連接；所述電流反饋單元(6)的輸出端與TMS320F28335處理器⑴連接；所述直線電機(14)的輸出端與位置和速度反饋單元(7)連接，所述位置和速度反饋單元(7)的輸出端與TMS320F28335處理器⑴連接； 所述TMS320F28335處理器(I)包括電源電路、復位電路、JTAG調試電路、外部擴展16位存儲空間為512KB的靜態隨機存儲器SRAM、外部擴展IMB的Flash，所述外部擴展16位存儲空間為512KB的靜態隨機存儲器SRAM直接與TMS320F28335處理器(I)的地址總線和數據總線連接。
2.根據權利要求1所述的一種直線電機驅動器，其特征是:所述位置和速度反饋單元(7)包括SSI編碼器接口電路、正余弦編碼器接口電路以及編碼器電源電路，所述正余弦編碼器接口電路與TMS320F28335處理器(I)的ADC引腳聯通。
3.根據權利要求1所述的一種直線電機驅動器，其特征是:所述通信模塊(9)包括控制器局域網絡CAN、Ether-CAT網絡協議、RS232接口以及USB2.0接口。
4.根據權利要求1所述的一種直線電機驅動器，其特征是:所述狀態指示單元(10)上設置有5個顏色各不相同的LED指示燈。
5.根據權利要求1所述的一種直線電機驅動器，其特征是:所述24V數字I/O接口(11)包括6通道數字輸入接口和4通道數字輸出接口。
6.根據權利要求1或5所述的一種直線電機驅動器，其特征是:所述24V數字I/O接口(11)內部設置有光耦隔離器。
【文檔編號】H02P25/06GK204145353SQ201420644545
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】陳明山, 高士紅, 閆云祝, 張帆, 劉帥 申請人:吉林恒隆控股集團有限公司