CN103580554A - 辅助控制器控制伺服电机的方法、辅助控制器及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种辅助控制器控制伺服电机的方法、辅助控制器及系统，该方法可包括：辅助控制器接收上位机指令，并判断所述指令为功能指令，或者为定位指令；当所述指令为功能指令，执行功能指令并应答；当所述指令为定位指令，解析所述定位指令，计算反馈数据并实时计算同步调整输出。本发明通过使用辅助控制器可以更加简单、灵活的方式控制电机；使得回参考点、定位更加准确，减少对PLC的依赖，使其减低成本；适合长距离驱动，提高抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及到伺服电机控制技术领域，特别是涉及到一种辅助控制器控制伺服电机的方法、辅助控制器及系统。
背景技术
当前使用伺服电机有两种方法，低端使用采用逻辑控制器（PLC）脉冲驱动；高端则使用控制卡模拟量驱动或者数字驱动。针对低端用户采用的PLC脉冲驱动的系统，由于受PLC的功能限制，回参考点多用一个光电开关控制，他的偏差较大，稳定性差。同时很少读反馈，多数是考虑成本、计算难度及电压不匹配（PLC：24V，编码器：5V）等原因使之成为半闭环控制。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种辅助控制器控制伺服电机的方法，提升了控制的精度及稳定度。
本发明提出一种辅助控制器控制伺服电机的方法，包括：
辅助控制器接收上位机指令，并判断所述指令为功能指令，或者为定位指令；
当所述指令为功能指令，执行功能指令并应答；
当所述指令为定位指令，解析所述定位指令，计算反馈数据并实时计算同步调整输出。
优选地，所述功能指令包括：
回参考点以及状态查询或中断；
所述定位指令包括：
脉冲的数量、速度以及方向。
优选地，所述执行功能指令并应答的步骤包括：
发送脉冲等待参考点开关动作；
通过参考点开关动作等待Z相信号；
监测Z相信号动作参考点产生。
优选地，所述计算反馈数据并实时计算同步调整输出的步骤包括：
激活同步开关；同时，开启反馈正交计数；
发送同步脉冲，并启动同步计数；
根据同步计数以及反馈正交计数，计算调整输出。
本发明还提出一种辅助控制器，包括：
指令判断电路，接收上位机指令，并判断所述指令为功能指令或者为定位指令；
功能执行电路，当所述指令为功能指令，执行功能指令并应答；
定位执行电路，当所述指令为定位指令，解析所述定位指令，计算反馈数据并实时计算同步调整输出。
优选地，所述功能指令包括：
回参考点以及状态查询或中断；
所述定位指令包括：
脉冲的数量、速度以及方向。
优选地，所述功能执行电路包括：
脉冲发送单元，发送脉冲等待参考点开关动作；
开关单元，通过参考点开关动作等待Z相信号；
参考点产生单元，监测Z相信号动作参考点产生。
优选地，所述定位执行电路包括：
激活单元，激活同步开关；同时，开启反馈正交计数；
同步单元，发送同步脉冲，并启动同步计数；
运算单元，根据同步计数以及反馈正交计数，计算调整输出。
本发明还提出一种辅助控制器控制伺服电机的系统，包括：逻辑控制器、伺服电机以及辅助控制器；
所述辅助控制器包括：
指令判断电路，接收上位机指令，并判断所述指令为功能指令，或者为定位指令；
功能执行电路，当所述指令为功能指令，执行功能指令并应答；
定位执行电路，当所述指令为定位指令，解析所述定位指令，计算反馈数据并实时计算同步调整输出。
本发明通过使用辅助控制器可以更加简单、灵活的方式控制伺服电机或者带编码器的步进电机；使得回参考点、定位更加准确，减少对PLC的依赖，使其减低成本；适合长距离驱动，提高抗干扰能力。
附图说明
图1是现有技术中回参考点方式的示意图；
图2是本发明辅助控制器控制伺服电机的方法一实施例中的步骤流程示意图；
图3是本发明辅助控制器控制伺服电机的方法一实施例中的运行过程示意图；
图4是本发明辅助控制器控制伺服电机的方法一实施例中的回参考点示意图；
图5是本发明辅助控制器控制伺服电机的方法一实施例中的具体实例电路示意图；
图6是本发明辅助控制器一实施例中的功能模块示意图；
图7是本发明辅助控制器控制伺服电机的系统一实施例中的结构示意图；
图8是本发明辅助控制器控制伺服电机的系统另一实施例中的功能执行电路功能模块示意图；
图9是本发明辅助控制器控制伺服电机的系统另一实施例中的定位执行电路功能模块示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
伺服电机以高速高响应的优势，应用日益广泛，几乎渗透到各个领域，但是在高精度领域多数控制方式是以模拟量或者数字量，上位机多为板卡或者专用工控机，并非我们常用的逻辑控制器（PLC）脉冲驱动。
伺服电机虽然有脉冲定位模式，用PLC控制仅仅是在长距离、单一速度、精度要求不高的情况下尚可使用，特别在正反转频繁的场合无法体现它的性能。当前解决这个问题办法多是定时定量回“参考点”，况且无法实现真正意义上的参考点，两次回参考点误差较大。
逻辑控制器（PLC）顾名思义，用来控制逻辑开关状态的，虽然多数PLC有脉冲输出输入（定位）功能，但是有很多功能无法实现（参照图1）：
1、由于参考点重复精度取决于开关的灵敏度，当碰到参考点开关后此时即为参考点位置，参考点的位置取决于开关的灵敏度、温度、湿度等诸多条件，精度不大于0.1；2、不能读差分编码器信号；3、不能做全闭环的运动控制；4、运行中丢步；因此，PLC与伺服电机的定位系统，不适合精密、高速、正反转频繁的场合。
参照图2，提出本发明一种辅助控制器控制伺服电机的方法一实施例。该方法可包括：
步骤S11、辅助控制器接收上位机指令，并判断所述指令为功能指令，或者为定位指令；
步骤S12、当所述指令为功能指令，执行功能指令并应答；
步骤S13、当所述指令为定位指令，解析所述定位指令，计算反馈数据并实时计算同步调整输出。
上述功能指令可包括：回参考点、或回参考点以及状态查询或中断等；上述定位指令可包括：指令（脉冲）的数量、速度以及方向等。
上述执行功能指令并应答的具体可包括：发送脉冲等待参考点开关动作；通过参考点开关动作等待Z相信号；监测Z相信号动作参考点产生。
上述计算反馈数据并实时计算同步调整输出的具体可包括：激活同步开关；同时，开启反馈正交计数；发送同步脉冲，并启动同步计数；根据同步计数以及反馈正交计数，计算调整输出。
参照图3，本实施例中，针对逻辑控制器（PLC）与伺服电机组合系统的诸多缺陷改进而成，使用时将PLC的两条驱动（方向和脉冲），功能信号、或功能以及状态信号连接到电路中即可。其中，可采用0.15um大规模集成电路FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列），是将输入信号、反馈信号分析、计算，并同时输出同步脉冲，延迟不大于5ns，永不丢步，真正成为全闭环系统。
参照图4，上述回参考点方式可采用数控机床的回参考点方式；参考点重复精确度：分辨率*4：1；当碰到参考点开关后，辅助控制器前行或者后退（设定），1周内必遇Z相脉冲，此时即为参考点位置。可将限位信号、参考点信号予以集成，减少对PLC的依赖，使其减低成本；输出采用差分信号，适合长距离驱动，提高抗干扰能力；上述设计可适合任意一款PLC及伺服电机。
本实施例的一具体实例中，可将辅助控制器控制伺服电机的系统应用于三维锡焊机中，实现自动上锡、自动焊接等操作。该锡焊机具有256个焊接位置，并配备1个三菱FX1S32MT、2个辅助控制器以及2个伺服马达。
其中，PLC通过辅助控制器1、2分别联接伺服电机1、2，脉冲由Y0，Y2，Y1，Y3发送至辅助控制器，Y4，Y5为功能信号，其高低电位决定其定位还是回参考点；X0，X1是完成信号；辅助控制器信号全部差分输入输出；当PLC发出命令，辅助控制器解析是功能还是定位指令，若是返回参考点指令（功能指令），辅助控制器执行回参考点；若是定位指令，首先同步输入脉冲，并速度、加减速计算并根据编码器反馈进行增减脉冲数量，当回参考点或者定位完成后通过完成信号（图中FANC）通知PLC。（具体电路图可参照图5所示）
本具体实例中，其传动采用滚珠螺杆。通过图像分析连续48小时的运行测试，统计得出如下结果（行程200*200，脉冲频率25KHz/50KHz，返回参考点频率5KHz）：
同时，还进行了比较测试，即PLC与辅助控制器离驱动器距离测试，结果是在10米以内与上表数据无异常，20米时定位时间稍加延长，最长时间延长0.02ms。
上述辅助控制器控制伺服电机的方法，使用辅助控制器可以更加简单、灵活的方式控制电机；使得回参考点、定位更加准确，减少对PLC的依赖，使其减低成本；适合长距离驱动，提高抗干扰能力。
参照图6和图7，提出本发明一种辅助控制器及辅助控制器控制伺服电机的系统一实施例。该辅助控制器控制伺服电机的系统可包括：逻辑控制器30、伺服电机40以及辅助控制器20等。该辅助控制器20可包括：指令判断电路21、功能执行电路22以及定位执行电路23；该指令判断电路21，接收上位机指令，并判断所述指令为功能指令，或者为定位指令；该功能执行电路22，当所述指令为功能指令，执行功能指令并应答；该定位执行电路23，当所述指令为定位指令，解析所述定位指令，计算反馈数据并实时计算同步调整输出。
上述功能指令可包括：回参考点以及状态查询或中断等；上述定位指令可包括：脉冲的数量、速度以及方向等。
参照图8，在本发明另一实施例中，上述功能执行电路22可包括：脉冲发送单元221、开关单元222以及参考点产生单元223；该脉冲发送单元221，发送脉冲等待参考点开关动作；该开关单元222，通过参考点开关动作等待Z相信号；该参考点产生单元223，监测Z相信号动作参考点产生。
参照图9，在本发明另一实施例中，上述定位执行电路23可包括：激活单元231、同步单元232以及运算单元233；该激活单元231，激活同步开关；同时，开启反馈正交计数；该同步单元232，发送同步脉冲，并启动同步计数；该运算单元233，根据同步计数以及反馈正交计数，计算调整输出。
参照图3，本实施例中，针对逻辑控制器30（PLC）与伺服电机40组合系统的诸多缺陷改进而成，使用时将PLC的两条驱动（方向和脉冲），功能信号、或功能以及状态信号连接到电路中即可。其中，可采用0.15um大规模集成电路FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列），是将输入信号、反馈信号分析、计算，并同时输出同步脉冲，延迟不大于5ns，永不丢步，真正成为全闭环系统。
参照图4，上述回参考点方式可采用数控机床的回参考点方式；参考点重复精确度：分辨率*4：1；当碰到参考点开关后，辅助控制器20前行或者后退（设定），1周内必遇Z相脉冲，此时即为参考点位置。可将限位信号、参考点信号予以集成，减少对PLC的依赖，使其减低成本；输出采用差分信号，适合长距离驱动，提高抗干扰能力；上述设计可适合任意一款PLC及伺服电机40。
本实施例的一具体实例中，可将辅助控制器控制伺服电机的系统应用于三维锡焊机中，实现自动上锡、自动焊接等操作。该锡焊机具有256个焊接位置，并配备1个三菱FX1S32MT、2个辅助控制器20以及2个伺服马达。
其中，PLC通过辅助控制器1、2分别联接伺服电机1、2，脉冲由Y0，Y2，Y1，Y3发送至辅助控制器，Y4，Y5为功能信号，其高低电位决定其定位还是回参考点；X0，X1是完成信号；辅助控制器信号全部差分输入输出；当PLC发出命令，辅助控制器解析是功能还是定位指令，若是返回参考点指令（功能指令），辅助控制器执行回参考点；若是定位指令，首先同步输入脉冲，并速度、加减速计算并根据编码器反馈进行增减脉冲数量，当回参考点或者定位完成后通过完成信号（图中FANC）通知PLC。（具体电路图可参照图5所示）
本具体实例中，其传动采用滚珠螺杆。通过图像分析连续48小时的运行测试，统计得出如下结果（行程200*200，脉冲频率25KHz/50KHz，返回参考点频率5KHz）：
同时，还进行了比较测试，即PLC与辅助控制器20离驱动器距离测试，结果是在10米以内与上表数据无异常，20米时定位时间稍加延长，最长时间延长0.02ms。
上述辅助控制器控制伺服电机的系统，使用辅助控制器20可以更加简单、灵活的方式控制电机；使得回参考点、定位更加准确，减少对PLC的依赖，使其减低成本；适合长距离驱动，提高抗干扰能力。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种辅助控制器控制伺服电机的方法，其特征在于，包括：
辅助控制器接收上位机指令，并判断所述指令为功能指令，或者为定位指令；
当所述指令为功能指令，执行功能指令并应答；
当所述指令为定位指令，解析所述定位指令，计算反馈数据并实时计算同步调整输出。
2. 根据权利要求1所述的辅助控制器控制伺服电机的方法，其特征在于，所述功能指令包括：
回参考点以及状态查询或中断；
所述定位指令包括：
脉冲的数量、速度以及方向。
3. 根据权利要求2所述的辅助控制器控制伺服电机的方法，其特征在于，所述执行功能指令并应答的步骤包括：
发送脉冲等待参考点开关动作；
通过参考点开关动作等待Z相信号；
监测Z相信号动作参考点产生。
4. 根据权利要求2或3所述的辅助控制器控制伺服电机的方法，其特征在于，所述计算反馈数据并实时计算同步调整输出的步骤包括：
激活同步开关；同时，开启反馈正交计数；
发送同步脉冲，并启动同步计数；
根据同步计数以及反馈正交计数，计算调整输出。
5. 一种辅助控制器，其特征在于，包括：
指令判断电路，接收上位机指令，并判断所述指令为功能指令，或者为定位指令；
功能执行电路，当所述指令为功能指令，执行功能指令并应答；
定位执行电路，当所述指令为定位指令，解析所述定位指令，计算反馈数据并实时计算同步调整输出。
6. 根据权利要求5所述的辅助控制器，其特征在于，所述功能指令包括：
回参考点以及状态查询或中断；
所述定位指令包括：
脉冲的数量、速度以及方向。
7. 根据权利要求6所述的辅助控制器，其特征在于，所述功能执行电路包括：
脉冲发送单元，发送脉冲等待参考点开关动作；
开关单元，通过参考点开关动作等待Z相信号；
参考点产生单元，监测Z相信号动作参考点产生。
8. 根据权利要求6或8所述的辅助控制器，其特征在于，所述定位执行电路包括：
激活单元，激活同步开关；同时，开启反馈正交计数；
同步单元，发送同步脉冲，并启动同步计数；
运算单元，根据同步计数以及反馈正交计数，计算调整输出。
9. 一种辅助控制器控制伺服电机的系统，其特征在于，包括：逻辑控制器、伺服电机以及辅助控制器；
所述辅助控制器包括：
指令判断电路，接收上位机指令，并判断所述指令为功能指令，或者为定位指令；
功能执行电路，当所述指令为功能指令，执行功能指令并应答；
定位执行电路，当所述指令为定位指令，解析所述定位指令，计算反馈数据并实时计算同步调整输出。
10. 根据权利要求9所述的辅助控制器控制伺服电机的系统，其特征在于，所述辅助控制器为权利要求6至8中任一项所述的辅助控制器。
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