CN107526304A - 一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服 - Google Patents

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张龙飞
迟永琳
张斐泓
吴兵
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers

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Abstract

本发明公开了一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服，其包括，控制器，控制整个系统；上位通讯，用于提供上位命令输入；电源，输入为低压直流电压，直流电压低于100V，用于为系统提供功率输入；功率回路，由控制器输入控制信号，通过驱动电路实现对开关管的驱动，输出为低压直流电压，实现对电机的驱动。整体设备更加的轻型化,小型化，能够承受更加恶劣的环境要求，支持无刷直流电机，支持无线通信，能实现无线信息传输。

Description

一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服
技术领域
本发明具体涉及一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服。
背景技术
随着工业自动化水平的提高，自动化逐渐超出传统的工厂范围，在更加广泛的环境内实现，即向移动自动化方向发展，新型的伺服需要移动的能源供给，需要提供精确的位置信息，需要无线信息传输，需要轻型化,小型化，能承受更加恶劣的环境要求，这对传统的伺服提出了挑战。目前的交流伺服大都是面向工厂自动化的产品，输入电压为AC220V或者AC380V，这种伺服无法实现移动的电源供给，不能实现无线信息传输，无法做到轻型化小型化，只能承受稳定的工厂环境，且现有的伺服需要整流模块，电压等级高,很难做到小型化，不能满足移动自动化的可移动供电，移动通信，低压，轻型化，小型化的需求。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服，其特征在于：其包括，
控制器，控制整个系统；
上位通讯，用于提供上位命令输入，上位通讯支持EtherCAT，实现伺服系统的上位、组网和同步；
电源，输入为低压直流电压，直流电压低于100V，用于为系统提供功率输入；
功率回路，由控制器输入控制信号，通过驱动电路实现对开关管的驱动，输出为低压直流电压，实现对电机的驱动。
作为优选，上位通讯还支持，
无线通信，用于实现数据远程移动交互；
数字IO，通过数字信号IO的输入和输出实现伺服系统的上位。
作为优选，其还包括，
编码器，用于检测电机的位置信号，为位置和速度控制提供输入；模拟信号传感电路，提供系统的模拟信号采样调理；状态指示，用于提供系统运行状态指示；辅助电源，为控制器和驱动电路提供辅助电源，且通过辅助电源提供系统的供电；HALL（霍尔传感器），用于检测无刷直流电机的换相信号，为无刷直流电机换相控制提供输入。
作为优选，电机为无刷直流电机。
作为优选，编码器为绝对值编码器，用于检测电机的位置信号，为位置和速度控制提供输入；或为增量式编码器，用于检测电机的位置信号，为位置和速度控制提供输入。
作为优选，模拟信号传感电路包括，
母线电流检测电路，用于检测母线电流，为电机控制，短路保护和过载保护提供输入；母线电压检测电路，用于检测母线电压，为过压保护和欠压保护提供输入；温度检测电路，用于检测环境和功率元器件的表面温度，为温度校准和过温保护提供输入。
作为优选，电源与功率回路相连，控制器与功率回路相连，上位通讯与功率回路相连，功率回路与电机相连。
作为优选，模拟信号传感电路与控制器相连，编码器与控制器相连，状态指示与控制器相连，辅助电源与功率回路相连。
作为优选，EtherCAT通过通信引出端一个端口连接上位机，再通过通信引出端的另外一个端口连接下一个伺服，以此来实现伺服系统组网和同步；无线通信提供了无线通信的接头，通过SPI和UART连接无线通信发射模块，实现数据远程移动交互。
作为优选，控制器还双向连接有EtherCAT从站控制器，EtherCAT与EtherCAT从站控制器双向连接，系统通过EtherCAT从站控制器实现EtherCAT主站和伺服控制器的通信；辅助电源还单独设有电源。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.输入为低压直流电源，可以实现移动的能源供给，从而使整体设备可以更加的轻型化,小型化。
2.输出为直流电压，支持无刷直流电机；
3.支持无线通信，能实现无线信息传输；
4.支持EtherCAT，实现伺服系统的上位、组网和同步；
5.支持数字IO，实现数字信号IO的输入和输出。
附图说明
图1为本发明一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服的方框图。
图2为本发明一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服的细化方框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
一种基于EtherCAT(11,12)的小型数字化低压直流伺服，其特征在于：其包括，控制器1，控制整个系统；上位通讯，用于提供上位命令输入，上位通讯支持EtherCAT(11,12)，实现伺服系统的上位、组网和同步；电源2，输入为低压直流电压，直流电压低于100V，用于为系统提供功率输入；功率回路3，由控制器1输入控制信号，通过驱动电路实现对开关管的驱动，输出为低压直流电压，实现对电机的驱动。上位通讯还支持，无线通信14，用于实现数据远程移动交互；数字IO（13），通过数字信号IO（13）的输入和输出实现伺服系统的上位。其还包括，编码器，用于检测电机的位置信号，为位置和速度控制提供输入；模拟信号传感电路，提供系统的模拟信号采样调理；状态指示4，用于提供系统运行状态指示4；辅助电源5，为控制器1和驱动电路提供辅助电源，且通过辅助电源7提供系统的供电；HALL（霍尔传感器）6，用于检测无刷直流电机的换相信号，为无刷直流电机换相控制提供输入。电机为无刷直流电机。编码器为绝对值编码器7，用于检测电机的位置信号，为位置和速度控制提供输入；或为增量式编码器8，用于检测电机的位置信号，为位置和速度控制提供输入。模拟信号传感电路包括，母线电流检测电路9，用于检测母线电流，为电机控制，短路保护和过载保护提供输入；母线电压检测电路10，用于检测母线电压，为过压保护和欠压保护提供输入；温度检测电路11，用于检测环境和功率元器件的表面温度，为温度校准和过温保护提供输入。电源2与功率回路相连，控制器1与功率回路相连，上位通讯与功率回路相连，功率回路与电机相连。模拟信号传感电路与控制器1相连，编码器与控制器1相连，状态指示4与控制器1相连，辅助电源5与功率回路相连。EtherCAT(11,12)通过通信引出端一个端口连接上位机，再通过通信引出端的另外一个端口连接下一个伺服，以此来实现伺服系统组网和同步；无线通信14提供了无线通信14的接头，通过SPI和UART连接无线通信14发射模块，实现数据远程移动交互。控制器1还双向连接有EtherCAT(11,12)从站控制器1，EtherCAT(11,12)与EtherCAT(11,12)从站控制器1双向连接，系统通过EtherCAT(11,12)从站控制器1实现EtherCAT(11,12)主站和伺服控制器1的通信；辅助电源还单独设有电源。
在一个实施例中，设备同时支持两种编码器，设备启动后，会通过配置文件选择编码器，可以通过绝对值编码器7提供电机的位置回馈信息，通过增量式编码器8计算电机的速度回馈信息，通过HALL（霍尔传感器）6提供无刷直流电机的换相信息，在控制器1内进行位置和速度闭环控制；根据母线电压检测电路10检测的回馈信号进行过压欠压保护，根据母线电流检测电路9检测的回馈信号进行过流保护，根据温度检测电路11检测的回馈信号进行过温保护，通过状态指示41信号提供系统运行的状态信息，同时系统支持EtherCAT(11,12)通信上位和数字IO(13)控制，并把系统的数据通过无线通信14接头连接无线收发器，反馈给服务器云端。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。

Claims (9)

1.一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服，其特征在于：其包括，
控制器，控制整个系统；
上位通讯，用于提供上位命令输入，上位通讯支持EtherCAT，实现伺服系统的上位、组网和同步；
电源，输入为低压直流电压，直流电压低于100V，用于为系统提供功率输入；
功率回路，由控制器输入控制信号，通过驱动电路实现对开关管的驱动，输出为低压直流电压，实现对电机的驱动。
2.根据权利要求1所述的一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服，其特征在于：所述上位通讯还支持，
无线通信，用于实现数据远程移动交互；
数字IO，通过数字信号IO的输入和输出实现伺服系统的上位。
3.根据权利要求1所述的一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服，其特征在于：其还包括，
编码器，用于检测电机的位置信号，为位置和速度控制提供输入；
模拟信号传感电路，提供系统的模拟信号采样调理；
状态指示，用于提供系统运行状态指示；
辅助电源，为控制器和驱动电路提供辅助电源，且通过辅助电源提供系统的供电；
HALL（霍尔传感器），用于检测无刷直流电机的换相信号，为无刷直流电机换相控制提供输入。
4.根据权利要求1所述的一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服，其特征在于：所述电机为无刷直流电机。
5.根据权利要求2所述的一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服，其特征在于：所述编码器为绝对值编码器，用于检测电机的位置信号，为位置和速度控制提供输入；或为增量式编码器，用于检测电机的位置信号，为位置和速度控制提供输入。
6.根据权利要求3所述的一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服，其特征在于：所述模拟信号传感电路包括，
母线电流检测电路，用于检测母线电流，为电机控制，短路保护和过载保护提供输入；
母线电压检测电路，用于检测母线电压，为过压保护和欠压保护提供输入；
温度检测电路，用于检测环境和功率元器件的表面温度，为温度校准和过温保护提供输入。
7.根据权利要求1所述的一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服，其特征在于：所述电源与功率回路相连，控制器与功率回路相连，上位通讯与控制器相连，功率回路与电机相连。
8.根据权利要求3所述的一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服，其特征在于：所述模拟信号传感电路与控制器相连，编码器与控制器相连，状态指示与控制器相连，辅助电源与功率回路相连。
9.根据权利要求3所述的一种基于EtherCAT的小型数字化低压直流伺服，其特征在于：所述EtherCAT通过通信引出端一个端口连接上位机，再通过通信引出端的另外一个端口连接下一个伺服，以此来实现伺服系统组网和同步；所述无线通信提供了无线通信的接头，通过SPI和UART连接无线通信发射模块，实现数据远程移动交互。
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