CN101846990A - 伺服动力刀塔控制装置 - Google Patents

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Abstract

伺服动力刀塔控制装置，涉及一种机床设备，该装置应用全数字DSP处理芯片，采用双CPU两大控制模块，嵌入式DSP主控模块是以TMS320LF2407为主处理器的伺服电机位置控制单元，在电机控制上采用电流、位置、速度进行三大闭环；刀塔逻辑DSP控制模块，以TMS320LF2406为协处理器的用户输入输出管理模块，总线驱动芯片采用74HC573，采用了MOFET的推挽式输出电路。伺服控制刀塔转位速度快，可减小刀塔的换刀时间，提高了机床的加工效率、转位精度、换刀准确率，还可提高控制的灵活性和通用性。

Description

伺服动力刀塔控制装置
技术领域
本发明涉及一种装备制造业的机床上的伺服动力刀塔，特别是一种伺服动力刀塔控制装置。
背景技术
目前，纯电动刀塔主要问题是结构复杂、故障率高、不易维修、刀盘锁紧力小不适宜重切削、驱动电机易过载烧损、译码系统在车削振动下易损坏、分度转位速度不易提高；纯液压刀塔存在刀塔对液压油源的质量要求较高、刀塔转位速度受油温的影响产生波动、调整维护较复杂，且价格较高的缺点。
发明内容
为解决已有技术存在的缺点，本发明的目的在于提出一种伺服动力控制定位时间、转位速度、精度的伺服动力刀塔控制装置。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：1.伺服动力刀塔控制装置，包括：嵌入式DSP主控模块、刀塔逻辑DSP控制模块、CAN总线、功率驱动模块、控制电源模块、动力电源模块、伺服电机。该控制装置应用全数字DSP处理芯片，采用双CPU两大控制模块，两大模块分别是嵌入式DSP主控模块和刀塔逻辑DSP控制模块，刀塔逻辑控制模块用于接收用户的输入信号并将该信号译码成转位信号，并将转位信号通过CAN总线发送到嵌入式DSP主控模块，并实时输出刀塔状态信号与故障检测结果，嵌入式DSP主控模块接收到刀塔逻辑DSP控制模块发出的转位信号后驱动伺服电机运转到目的位置，同时嵌入式DSP主控模块也将刀塔位置到达信号与故障检测结果以CAN总线发送到刀塔逻辑控制模块；
所述的嵌入式DSP主控模块，包括：主处理器、CAN总线通信模块、电流采样模块、RS232通信模块、编码器信号接收模块、故障检测模块、SPWM驱动模块，嵌入式DSP主控模块是以TMS320LF2407为主处理器的伺服电机位置控制单元，在电机控制上采用电流、位置、速度进行三大闭环；
所述的刀塔逻辑DSP控制模块，以TMS320LF2406为协处理器的用户输入输出管理模块，总线驱动芯片采用74HC573，采用了MOFET的推挽式输出电路；
所述的控制电源模块输入为两相AC220V，一级隔离变压分别为DC5V、DC15V、DC24V，二级变压为三路隔离DC15V；
总线驱动芯片采用八进制三态非反转透明74HC573锁存器；功率驱动器件采用集控制电源欠压锁定、过热、过流、短路等保护功能与一体的IPM30CSJ060智能功率驱动模块，该模块输出各桥臂的报警信号。
本发明的优点是：伺服控制刀塔转位速度快，可减小刀塔的换刀时间，提高了机床的加工效率、转位精度、换刀准确率。采用8421译码通讯形式，提高控制的灵活性和通用性。增加机械使用寿命，减少了机床的故障率，设定自动回零搜索，使刀塔零位定位更准确，可靠性更高。
附图说明
图1是本发明伺服动力刀塔控制装置的控制系统示意方框图；
图2是本发明中控制电源模块示意方框图；
图3是本发明中动力电源模块示意方框图；
图4是本发明中DSP主控模块示意方框图；
图5是本发明中刀塔逻辑控制模块示意方框图；
图6是本发明中功率驱动模块示意方框图。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
具体实施方式
如图1所示，本发明伺服动力刀塔控制装置的控制系统包括：控制电源模块、动力电源模块、嵌入式DSP主控模块、刀塔逻辑DSP控制模块、驱动模块。其中控制电源模块与动力电源模块分别给嵌入式DSP主控模块提供控制电源和动力电源。刀塔逻辑DSP控制模块负责接收用户的输入信号并将该信号译码成转位信号，然后将转位信号通过CAN总线方式发送到嵌入式DSP主控模块，并实时输出刀塔状态信号与故障检测结果。嵌入式DSP主控模块接收到刀塔逻辑DSP控制模块发出的转位信号后驱动伺服电机运转到目的位置。同时嵌入式DSP主控模块也将刀塔位置到达信号与故障检测结果等以CAN总线方式发送到刀塔逻辑控制模块。
如图2所示，控制电源模块主要负责为总系统的各个控制模块提供电源。控制电源模块输入为两相AC220V，经干扰抑制模块过滤了噪声、共模等干扰后输出给两相整流桥，整流桥整流后即可得到直流电源，这种情况输出的直流电源纹波比较大，经过下一级的电容滤波后就可以得到纹波极小的直流电源了。该直流电源经一级隔离变压后可以得到三种电源，分别为DC5V、DC15V、DC24V。其中DC24V经二级隔离变压后可以得到三路隔离DC15V，给功率驱动器的上桥臂供电。这样总个系统的控制电源就搭建完成。
如图3所示，动力电源模块主要负责给功率驱动器提供大电流的电源，动力电源模块输入为三相AC220，经三相整流桥后再电容滤波就可以得到DC450V左右的动力电源，也是整个系统的动力来源。
如图4所示，嵌入式DSP主控模块是以TMS320LF2407为主处理器的伺服电机位置控制单元。它具备两种通信方式，分别CAN总线与RS232通信块，即CAN总线通信模块与RS232通信块，CAN总线通信主要用于实时接收转位信号和发出电机的状态信号，RS232通信块主要用于连接PC机，进行参数设置与图形采集。在电机控制上采用电流、位置、速度进行三大闭环，并可以进行PID调节，优先级顺序也是按前到后的顺序排列。
电流环位于全闭环的第一环，为电阻采样方式实现，通过在伺服电机动力线上串连高精度大功率电阻来将伺服驱动的输入电流转换成电压信号，再将此电压信号经HCPL7840隔离放大转换成DSP内部的ADC模块所能接收的范围。为防止干扰信号串入采样信号导致闭环控制不稳定，采样信号经阻容滤波后再用肖特基二极管BAT54S嵌位在最大接收范围后送入DSP的ADC模块；位置环位于全闭环的第二环，采集信号来于装在电机轴上的OIH48-2500P-L6-5V光电编码器。0IH48-2500P-L6-5V光电编码器集位置、速度信号于一体，编码精度为2500线，输出信号为差分信号，可以有效仰制共模干扰，位置环信号接收电路采用AM26LS32四路差分线性接收器，将OIH48-2500P-L6-5V的U、V、W的差分信号转换成单端信号送入DSP，从而判断电机轴当前所在的位置，将电机相位角信号送入DSP后以软件四倍频，所以位置精度可达到1/10000转；速度环位于全闭环的第三环，与位置环的接收电路一样，信号来自OIH48-2500P-L6-5V光电编码器的速度采集信号。
在电机转动时电流采样模块负责将电机的实际电流反馈到TMS320LF2407里，这样才能完成上述所说的电流闭环控制。编码器接收模块负责接位置与速度闭环主要是靠电机轴上的光电编码器产生的差分信号来实现闭环的。TMS320LF2407采集到上述三种信号后才能计算出下一步功率驱动器的开关状态，并用SPWM信号体现出来，SPWM信号经驱动放大后发送到功率驱动模块。为保证电机可靠安全地运行，嵌入式DSP主控模块具备了过压，欠压，过流，温度等保护功能，并集成了故障检测模块。
如图5所示，DSP刀塔逻辑控制模块以TMS320LF2406为协处理器的用户输入输出管理模块。它负责用并行总线方式接收用户输入模块的信号与发送用户输出模块的信号，并解码用户输入信号，转换成正确的刀搭运转信息经CAN总线通信模块发送给嵌入式DSP主控模块。为实现用户I/O的并行总线控制方式，总线驱动芯片采用74HC573，来有效管理输入输出信号的正确导通，并锁存。这样既增加了电路的防干扰能力又简化的控制程序。为增加接口电路的驱动能力，采用了MOFET的推挽式输出电路。为防止用户接线短路，电路输出部分增加了智能断路功能，当用户输出电路大于200毫安时，电路会自动断路，直到电路恢复正常.为增加用户信号的透明度，每个输入输出信号都具备了LED指示功能，这样就可以更明确的了解系统的当前运行状态。
如图6所示，功率驱动模块接收到嵌入式DSP主控模块发出的SPWM后经光电耦合器隔离放大后变成驱动能力比较强的信号，然后由IPM信号驱动智能功率模块产生电机所需的三项正弦波。功率驱动器件采用IPM30CSJ060智能功率驱动模块，该模块集控制电源欠压锁定、过热、过流、短路等保护功能与一体，并可以输出各桥臂的报警信号。所以可以安全有效的控制伺服电机。

Claims (3)

1.伺服动力刀塔控制装置，包括：嵌入式DSP主控模块、刀塔逻辑DSP控制模块、CAN总线、功率驱动模块、控制电源模块、动力电源模块、伺服电机，其特征在于：应用全数字DSP处理芯片，采用双CPU两大控制模块，两大模块分别是嵌入式DSP主控模块和刀塔逻辑DSP控制模块，刀塔逻辑控制模块用于接收用户的输入信号并将该信号译码成转位信号，并将转位信号通过CAN总线发送到嵌入式DSP主控模块，并实时输出刀塔状态信号与故障检测结果，嵌入式DSP主控模块接收到刀塔逻辑DSP控制模块发出的转位信号后驱动伺服电机运转到目的位置，同时嵌入式DSP主控模块也将刀塔位置到达信号与故障检测结果以CAN总线发送到刀塔逻辑控制模块；
所述的嵌入式DSP主控模块，包括：主处理器、CAN总线通信模块、电流采样模块、RS232通信模块、编码器信号接收模块、故障检测模块、SPWM驱动模块，嵌入式DSP主控模块是以TMS320LF2407为主处理器的伺服电机位置控制单元，在电机控制上采用电流、位置、速度进行三大闭环；
所述的刀塔逻辑DSP控制模块，以TMS320LF2406为协处理器的用户输入输出管理模块，总线驱动芯片采用74HC573，采用了MOFET的推挽式输出电路；
所述的控制电源模块输入为两相AC220V，一级隔离变压分别为DC5V、DC15V、DC24V，二级变压为三路隔离DC15V。
2.根据权利要求1所述的伺服动力刀塔控制装置，其特征在于：总线驱动芯片采用八进制三态非反转透明74HC573锁存器。
3.根据权利要求1所述的伺服动力刀塔控制装置，其特征在于：功率驱动器件采用集控制电源欠压锁定、过热、过流、短路等保护功能与一体的IPM30CSJ060智能功率驱动模块，并且该模块能够输出各桥臂的报警信号。
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