CN107797493A - 伺服驱动器、伺服驱动系统及其自动检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伺服驱动器、驱动系统及其自动检测方法，伺服驱动器包括中央控制器及与之连接的逻辑处理器，该伺服驱动器兼容三种不同类型编码器的接口，该中央控制器包括检测模块、存储模块及设置模块，该检测模块用于通过接口检测编码器信号，该存储模块存储三种编码器类型参数及对应的功能码，该设置模块用于根据检测到的编码器信号所对应的编码器类型设置功能码。本发明的伺服驱动器更加智能化，省去了人工设置功能码带来的不便，极大的适应了工业设备智能化发展的趋势。

Description

伺服驱动器、伺服驱动系统及其自动检测方法

技术领域

本发明涉及一种伺服驱动器、伺服驱动系统及其自动检测方法，尤其涉及一种自动检测编码器类型并自动设置功能码的伺服驱动器及其自动检测方法。

背景技术

伺服电机及相应的伺服驱动器已经被用的越来越多，只要是需要动力源，且对精度有要求的，一般都可能涉及到，如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备。

为了反馈伺服电机的位置或速度等信息给伺服驱动器，一般伺服电机都会附加编码器。编码器是用来定位电机转角及测量转速的一种传感器。伺服电机主轴旋转时，带动编码器连接轴旋转，编码器输出编码信号给驱动器和上位机，从而使MCU控制单元可以实时的控制电机的位置或速度。目前主要包括以下三种编码器类型：光电增量式编码器、旋转变压器编码器、绝对值编码器。其中增量式编码器轴的每转动一周，输出一定数量的脉冲。通过周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可以测量电机的速度和位置。增量型编码器输出信号包括A、B两相相差90度的信号，可通过判断A相在前还是B相在前，来判别编码器的正转与反转，一个Z相脉冲以代表零位参考位，U、V和W信号，用于在电机启动时刻确定电机的电矢量角，每转输出U、V和W信号的个数与电机的极对数相关。增量型编码器的优点是原理构造简单，价格便宜.机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

绝对值编码器由机械位置确定编码，为每一个轴的位置提供一个独一无二的编码数字值。绝对值编码器一般采用串行通讯的方式与驱动器对接。绝对值编码器的优点有包括在一个检测周期内对不同的角度有不同的编码，因此编码器输出的位置数据是唯一的；此外在掉电时编码器的位置不会改变，上电后立即可以取得当前位置数据。

目前市场上伺服驱动器的编码器接口设计方案大致分为以下两类：(1)采用单一的编码器接口，仅支持指定的电机及编码器。这类伺服驱动器一般与电机及编码器捆绑整套销售，同一款伺服驱动器仅支持指定的一款或几款电机编码器。(2)采用混合式编码器接口，也可同时支持多种编码器,例如同时支持绝对值编码器和增量式编码器。这类伺服驱动器一般选用一种总线式通信协议，可以与支持相同总线协议的编码器配套使用。

对于支持多种编码器的伺服驱动器在使用时仍然存在一个问题，那就是需要用户识别并根据编码器的类型来手动设置功能码，以使得伺服驱动器与伺服电机匹配，否则将无法工作。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种伺服驱动器，驱动系统及其自动检测方法。一种伺服驱动器，包括中央控制器及与之连接的逻辑处理器，其特征在于：该伺服驱动器兼容三种不同类型编码器的接口，该中央控制器包括检测模块、存储模块及设置模块，该检测模块用于通过接口检测编码器信号，该存储模块存储三种编码器类型参数及对应的功能码，该设置模块用于根据检测到的编码器信号所对应的编码器类型设置功能码。

一种伺服驱动系统，包括如上所述的伺服驱动器。

一种伺服驱动器的自动检测方法，其包括如下步骤：初始设定编码器类型变量EncoderKind =0，依次检测三个接口的编码器状态值，当该值为0时该接口的编码器未接入，当状态值为1，伺服电机自动设置相应接口对应的编码器的功能码。

本发明的伺服驱动器、驱动系统及其自动检测方法更加智能化，省去了人工设置功能码带来的不便，极大的适应了工业设备智能化发展的趋势。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明伺服系统即伺服驱动器与伺服电机电连接的结构示意图；

图2是本发明伺服系统即伺服驱动器与伺服电机电连接的进一步的结构示意图；

图3是本发明伺服驱动器的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明伺服驱动系统包括伺服驱动器1及与其电连接的伺服电机2，其中伺服电机2内安装有编码器，编码器类型为光电增量式编码器、旋转编码器、绝对值编码器之一。该伺服驱动器1通过电源线向伺服电机2输送功率，该伺服电机2通过编码器信号线向伺服驱动器1反馈位置、速度等信号。

请参阅图2，图2是本发明伺服驱动系统的具体结构示意图。该伺服驱动器1包括中央控制器11和逻辑处理器13，以及通道电路（图未示）。该伺服驱动器1兼容伺服电机2中安装的三种编码器，该三种编码器分别为增量式光电编码器12、绝对值编码器14、以及旋变编码器15。其中增量式光电编码器12可由通道电路的接口接入并直接与中央控制器11连接，绝对值编码器14、以及旋变编码器15则由通道电路的接口接入并通过该逻辑处理器13与该中央控制器11电连接。

值得注意的是为方便说明，虽然图示中连接了包括了三种编码器，但是在实际使用中，一个伺服电机2中只设置有上述三种编码器之一，并且一个伺服驱动器1仅与一台伺服电机2连接，也就是说虽然该伺服驱动器1可以兼容三种编码器的伺服电机2，但是使用时只有一个接口是与带某种型号编码器（12、14、15）的伺服电机2连接的，另外两个接口是悬浮状态。当伺服驱动器1检测到某一个通道电路的接口与相应编码器的伺服电机2连接并且能够获取到相应的编码器中的参数值时，则自动设置与该型号编码器的伺服电机2对应的功能码，从而使得伺服驱动器1控制该伺服电机2运行。

同时需要说明的是仅仅是伺服驱动器1与伺服电机2连接尚不能表示伺服驱动器1可以对伺服电机2进行控制，还需要伺服电机2上电，并且使得伺服驱动器1能够读取伺服电机2中的编码器的参数值时才是有效的连接状态，在这种状态下伺服驱动器1自动设置对应于伺服电机2中的编码器的功能码，从而使得伺服驱动器1可以控制该伺服电机2运行。在现有技术中，即使伺服驱动器1与伺服电机2连接并且是有效连接，还需要人工手动在伺服驱动器1上正确的设置对应的功能码，伺服驱动器1才可以控制该伺服电机2运行，否则会出现故障，这需要工程人员熟练相关的技术，并且不会忘记设置功能码这一动作。

本发明的伺服驱动系统在上电时对其兼容的三个通道电路的接口启动轮询检测，当检测到其中一个接口与伺服电机2有效连接并获取到与之连接的伺服电机2中的编码器参数值时，则自动设置与该接口对应（也即与该接口连接的伺服电机2中的相应编码器对应）的功能码，从而使得伺服驱动器1可以驱动控制该伺服电机2。在现有技术中，当伺服电机与伺服驱动器连接后，还需要人工的获取该伺服电机的编码器型号，并查找用户手册，在伺服驱动器中设置正确的功能码，这样伺服驱动器才可以正确的驱动控制与之连接的伺服电机。如果功能码设置错误，则无法正确驱动。因此相比于现有技术，本发明的伺服驱动系统更加智能化，省去了人工设置功能码带来的不便，极大的适应了工业设备智能化发展的趋势。

进一步参阅图3，该中央控制器11包括检测模块111、存储模块113及设置模块115。该检测模块111用于检测伺服驱动器1的三个通道电路的接口接收到的信号，比如检测增量式光电编码器12的UVW电平状态，如果都为0，则表示断开，也就是说并没有带增量式光电编码器12的伺服电机与伺服电机有效连接，同时可以理解的是如果该通道电路的接口没有任何的物理连接即没有外挂伺服电机，即是悬浮或者说是断开状态，则检测结果即状态值也为0；或者该检测模块111经由逻辑处理器13检测并读取绝对值编码器14的状态位，如果该值全为0，则表示没有绝对值编码器的伺服电机与伺服驱动器电连接，同样可以理解的是如果该通道电路的接口没有任何的物理连接即没有外挂伺服电机，即是悬浮或者说是断开状态，则检测结果即状态值也为0；又或者该检测模块111通过SPI读取AD1205寄存器值，如果为0时则表示没有旋变编码器的伺服电机与伺服驱动器电连接，同样可以理解的是如果该通道电路的接口没有任何的物理连接即没有外挂伺服电机，即是悬浮或者说是断开状态，则检测结果即状态值也为0。当前有某一型号的编码器正确连接后，有唯一正确的状态标识，比如：

a、增量式编码器正确接入时，UVW3根线组成2进制数，伺服读入的数是B001、B010、B011、B101、B110、B110、B100这几种状态，当没有接入时UVW状态是B000或者B111两种状态。

b、旋变编码器有正确信号读入时，读入的位置数据是0到4096中一个数字。

C、当绝对值编码器正确接入时，伺服将读得一个绝对的数据，通讯状态显示正确，该串口通讯有一套严格厂家协议，如果通讯错误，通讯状态会报错。

因此，伺服检测到编码器类别出现误判情况基本不存在，准确率非常高。

该存储模块113用于存储检测到的增量式光电编码器12、绝对值编码器14、以及旋变编码器15的状态值以及对应的功能码，当相应接口没有连接伺服电机时，状态值为0。设置模块115用于根据该状态值是否有效（为1）来设置功能码。虽然该存储模块113在图示中为中央处理器11的一部分，但是可以理解的是该存储模块113可以是在中央处理器11内部或者外部，并视为中央处理器11的一部分，只要使得本发明的状态值、参数等有一个可供存储的单元即可。

以上实施例是以兼容三种类型的编码器为例，实际上也可以是兼容两种或者四种以及未来可能出现的更多种类型的编码器。

相比于现有技术，本发明的伺服驱动器及其驱动系统根据检测模块的结果自动设置有效接入的编码器的功能码，因而更加智能化，省去了人工设置功能码带来的不便，极大的适应了工业设备智能化发展的趋势。

该伺服驱动器1及该伺服驱动系统具体的自动检测方法如下：

初始设定编码器类型变量EncoderKind =0。

上电后，首先检测光电增量式编码器通道（接口）的状态值，即读取UVW状态，当同时为0时，表示该通道的编码器断线或未接入信号；如果状态值为1，则表示光电增量式编码器的伺服电机接入，编码器类型变量EncoderKind设置为1，伺服电机1设置相应的功能码，并停止继续检测其他通道。

当光电增量式编码器通道没有接入时，继续检测旋转编码器通道（接口），即通过spi口读取AD1205寄存器状态值，当为0时，该通道断线或没有接入；为1时则表示旋转编码器的伺服电机接入，编码器类型变量EncoderKind设置为2，则伺服电机1设置相应的功能码，并且停止继续检测下一通道。

当旋转编码器通道没有接入时，继续检测绝对值编码器通道，首选是中央处理器通过逻辑处理器13读取绝对值编码器状态值，当没有编码器接入信号时，该状态值为0。此外当发出的读取（检测）请求长时间得不到回复，则认为编码器断线即无接入。当该状态值为1时则表示绝对值编码器的伺服电机接入，编码器类型变量EncoderKind设置为3，则伺服电机1设置相应的功能码，并结束检测。

除上述检测步骤和顺序外，还可以调整相应的顺序，比如先检测绝对值编码器通道或者旋转编码器通道。或者如果有新型的编码器的伺服电机接入，也可以相应的增加检测步骤，直到轮询所有的通道。在一个轮询结束后可以设定结束轮询，也可以设置循环轮询。

此外当检测到一个通道有有效接入并设置功能码后也可以不停止检测下一通道，而继续检测完所有剩余通道。但是可以理解的是，一台伺服驱动器在实际使用时只会驱动一台伺服电机，因此工程人员只会选择在某一个接口接入伺服电机，而不会在其他接口也接入伺服电机，因此即使继续检测，实际的结果也是剩余通道没有接入。

以上检测方法使得伺服驱动器1或者伺服驱动系统可以根据通道检测到的通道接入情况自动设置于检测到相应型号的编码器对应的功能码，省却了在编码器接入后还需要人工手动的查找和设置编码器带来的不便，适应了未来工业智能化发展的趋势。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种伺服驱动器，包括中央控制器及与之连接的逻辑处理器，其特征在于：该伺服驱动器兼容三种不同类型编码器的接口，该中央控制器包括检测模块、存储模块及设置模块，该检测模块用于通过接口检测编码器信号，该存储模块存储三种编码器类型参数及对应的功能码，该设置模块用于根据检测到的编码器信号所对应的编码器类型设置功能码。

2.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于：三种不同类型的编码器包括增量式光电编码器、绝对值编码器、以及旋变编码器。

3.根据权利要求2所述的伺服驱动器，其特征在于：该检测模块直接检测增量式光电编码器接口的信号，该检测模块通过该逻辑处理器检测绝对值编码器、以及旋变编码器接口的信号。

4.根据权利要求3所述的伺服驱动器，其特征在于：该检测模块检测编码器的状态值，该状态值为0时表示相应的接口没有接入伺服电机，该状态值为1时表示相应的接口接入伺服电机，该设置模块自动设置相应的功能码。

5.一种伺服驱动系统，其特征在于：包括如权利要求1-4所述任一所述的伺服驱动器。

6.一种如权利要求1-4任一所述的伺服驱动器的自动检测方法，其包括如下步骤：初始设定编码器类型变量EncoderKind =0，依次检测三个接口的编码器状态值，当该值为0时该接口未接入编码器，当状态值为1，伺服电机自动设置相应的功能码。

7.根据权利要求6所述的自动检测方法，其特征在于：首先检测光电增量式编码器接口的状态值，其次检测旋转编码器接口的状态值，再其次检测绝对值编码器的的状态值。