CN111245314B - 一种直线多电机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直线多电机控制系统，包括控制器、上位机、激光传感器、若干步进驱动和贯穿式步进电机；控制器通过现场总线与上位机进行信息交换；激光传感器用于对若干贯穿式步进电机的初始位置进行零位标定；控制器通过模数变换实现对激光传感器的数据读取；控制器通过控制步进驱动，每个步进驱动对应驱动唯一贯穿式步进电机运动，实现多电机直线运动控制。本发明适用一种分时控制的多电机系统，通过脉冲、方向等控制信号的共用，达到减少控制信息的数字端口需求，电机数量越多，减少的数量越大；通过非接触式的激光传感器，采用倾斜安装，同时实现多电机的零位标定，减少零位传感器，提高系统可靠性，同时节省安装空间。
Description
技术领域
本发明属于直线多电机控制技术领域，具体涉及一种基于步进驱动的同一直线上多个运动控制系统。
背景技术
贯穿轴式直线步进电机将螺母与电机转子集成为一体，丝杆轴穿过电机转子中心，固定丝杆并做防转，当电机上电后转子旋转时，电机就会沿着丝杆做直线运动。选用外部驱动式直线步进电机做高速直线运动时，通常会被丝杆的临界转速所限制，使用贯穿轴式直线步进电机，固定丝杆并做防转，让电机带动线性导轨的滑块运行，不受到丝杆临界转速的限制。
贯穿轴式直线步进电机，螺母内置在电机里边的结构设计，不会额外占用丝杆长度之外的空间。可以在同一根丝杆上可安装多个电机，电机不能互相通过，每个电机的运动是互相独立的，因此对于同一直线的多个运动控制的应用具有明显优势。
同一直线的多个运动控制的应用用于小型测试系统、装配等，运动轴数较多，导致位置控制信号多及零位标定困难等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种直线多电机控制系统。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种直线多电机控制系统，包括控制器、上位机、激光传感器、若干步进驱动和若干贯穿式步进电机；
控制器通过现场总线与上位机进行信息交换，为上位机直线多电机运动控制提供信息交换通道；
所述激光传感器用于对若干贯穿式步进电机的初始位置进行零位标定；
所述控制器通过模数变换实现对激光传感器的数据读取；
所述控制器通过控制步进驱动，每个步进驱动对应驱动唯一贯穿式步进电机运动，实现多电机直线运动控制。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的控制器采用可编程序控制器，通过输出脉冲、方向和使能信号来控制贯穿式步进电机在丝杆上运行，实现多电机直线运动控制。
上述的控制器在某一时刻只控制若干步贯穿式步进电机中的一台，由使能信号决定。
上述的贯穿式步进电机贯穿在丝杠上，所述丝杆两端由固定器固定，在贯穿式步进电机运动过程中保持静止。
上述的激光传感器选取的测量范围为25毫米-250毫米，所选激光传感器的精度和贯穿式步进电机的零位标定精度相对应，依据零位标定精度选择激光传感器的精度。
上述的激光传感器的激光路线与水平方向的夹角为θ，同时以贯穿式步进电机的端面作为激光反射面，端面与激光传感器的水平距离L1与激光传感器的测量距离L的关系式为：
L1＝L×cosθ (1)
上述的θ＝45°，则
上述的若干贯穿式步进电机初始位置的零位标定过程为：
贯穿式步进电机均位移至丝杆的一侧，激光传感器此时无检测数据；
控制器通过步进驱动控制离丝杆的另一侧最近的贯穿式步进电机向丝杆的另一侧运行，直到激光传感器检测到数据，表明此时运动的贯穿式步进电机的端面与激光路线相交；
计算当前的L1，并记录为L1′，控制器控制该贯穿式步进电机向丝杆另一侧继续运行ΔL距离，以不超过该贯穿式步进电机的第二侧边为准，计算此时的L1，记录为L1″,此时得到ΔL＝L1″-L1′，确认该贯穿式步进电机的端面与激光路线相交；
依据L1″确定该贯穿式步进电机的绝对位置，完成该贯穿式步进电机的零位标定，完成该贯穿式步进电机的零位标定后，控制器控制该贯穿式步进电机向丝杆另一侧继续运行，为剩余贯穿式步进电机的零位标定留下空间，对剩余贯穿式步进电机进行零位标定，直到所有贯穿式步进电机均完成零位标定。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明适用一种分时控制的多电机系统，通过脉冲、方向等控制信号的共用，达到减少控制信息的数字端口需求，电机数量越多，减少的数量越大。
(2)本发明通过非接触式的激光传感器，采用倾斜安装，同时实现多电机的零位标定，减少零位传感器，提高系统可靠性，同时节省安装空间。
(3)本发明可以根据零位标定精度需求选择激光传感器，容易实现高性价比的精度标定需求。
附图说明
图1是本发明的一种直线多电机控制系统组成示意图；
图2是本发明的一种直线多电机控制系统的电机、丝杆、激光传感器的安装结构示意图；
图3是一种直线多电机控制系统的电机、丝杆、激光传感器的安装结构的右视图。
图中标记名称：控制器1、上位机2、激光传感器3、步进驱动4、贯穿式步进电机5、丝杠6、固定器7、端面8、第一侧边9、第二侧边10、激光路线11。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
本发明的一种直线多电机控制系统，包括控制器1、上位机2、激光传感器3、若干步进驱动4和若干贯穿式步进电机5；
控制器1是控制系统核心，通过现场总线与上位机2进行信息交换，为上位机2直线多电机运动控制提供信息交换通道；
所述激光传感器3用于对若干贯穿式步进电机5的初始位置进行零位标定；
所述控制器1通过模数变换实现对激光传感器3的数据读取；
所述控制器1通过控制步进驱动4，每个步进驱动4对应驱动唯一贯穿式步进电机5运动，实现多电机直线运动控制。
如图1所示，实施例中，所述控制器1采用可编程序控制器，通过输出脉冲、方向和使能信号来控制贯穿式步进电机5在丝杆6上运行，实现多电机直线运动控制。
例如控制需求是三个独立直线运动控制，三个独立直线运动在同一直线上，且同一时刻只有一个运动需要控制。
则涉及的步进驱动4和贯穿式步进电机5分别为：第一步进驱动4、第二步进驱动4、第三步进驱动4、第一贯穿式步进电机5、第二贯穿式步进电机5、第三贯穿式步进电机5；
所述控制器1输出脉冲、方向、第一使能、第二使能、第三使能信号；
控制器1的脉冲同时输出到第一步进驱动4的脉冲、第二步进驱动4的脉冲、第三步进驱动4的脉冲；
控制器1的方向同时输出到第一步进驱动4的方向、第二步进驱动4的方向、第三步进驱动4的方向；
控制器1的第一使能输出到第一步进驱动4的使能、控制器1的第二使能输出到第二步进驱动4的使能、控制器1的第三使能输出到第三步进驱动4的使能，分别实现对三台步进驱动的控制；
第一步进驱动4、第二步进驱动4、第三步进驱动4分别控制第一贯穿式步进电机5、第二贯穿式步进电机5、第三贯穿式步进电机5。
实施例中，所述控制器1在某一时刻只控制若干步贯穿式步进电机5中的一台，由使能信号决定。
以控制第一步进驱动4为例，控制配置第一使能为高电平，第二使能、第三使能为低电平；然后控制器1输出脉冲和方向信号，控制第一步进驱动4，第一步进驱动4控制第一贯穿式步进电机5运动，即控制哪台步进驱动，将该使能为配置为高电平，其他配置为低电平。
如图2所示，实施例中，所述贯穿式步进电机5贯穿在丝杠6上，所述丝杆6两端由固定器7固定，在贯穿式步进电机5运动过程中保持静止。
实施例中，所述激光传感器3具备一定的测量范围，在本实施例中，选取的测量范围为25毫米-250毫米，所选激光传感器3的精度和贯穿式步进电机5的零位标定精度相对应，可依据零位标定精度选择激光传感器3的精度。
实施例中，所述激光传感器3的激光路线11与水平方向的夹角为θ，同时以贯穿式步进电机5的端面8作为激光反射面，端面8与激光传感器3的水平距离L1与激光传感器3的测量距离L的关系式为：
'＝L×cosθ (1)
实施例中，θ＝45°，则
以图2和3为例，激光传感器3的安装需要满足如下要求。
1、如图2，激光传感器3的安装与水平方向夹角为θ，即激光路线11与水平方向夹角为θ，以避免第一贯穿式步进电机5、第二贯穿式步进电机5、第三贯穿式步进电机5在从图2的左侧向右运动过程中产生结构干涉，即避免碰撞，θ＝45°。
2、在分别对第一贯穿式步进电机5、第二贯穿式步进电机5、第三贯穿式步进电机5进行零位标定时，以第一贯穿式步进电机5、第二贯穿式步进电机5、第三贯穿式步进电机5的端面8，如图2中，标定第三贯穿式步进电机5时，第三贯穿式步进电机5的端面8作为激光反射面。
3、图3为图2的右视图，标定第三贯穿式步进电机5的零位，在第三贯穿式步进电机5自图2左侧向右运动过程中，激光传感器3的激光反射点自第三贯穿式步进电机5的第一侧边9向第三贯穿式步进电机5的第二侧边10运动。
4、如图3，激光传感器3安装避免激光路线11与丝杆6相交，避免丝杆6对极光传感器的反射影响，本实施例中，激光反射点位于丝杆6的上部。
5、如图2，激光传感器3安装水平位置，在第一贯穿式步进电机5、第二贯穿式步进电机5零位标定后，向丝杆6有足够的长度容纳，确保第一贯穿式步进电机5能够完成标定。
实施例中，若干贯穿式步进电机5初始位置的零位标定过程为：
贯穿式步进电机5均位移至丝杆6的一侧，激光传感器3此时无检测数据；
控制器1通过步进驱动4控制离丝杆6的另一侧最近的贯穿式步进电机5向丝杆6的另一侧运行，直到激光传感器3检测到有效数据，表明此时运动的贯穿式步进电机5的端面8与激光路线11相交；
通过式1计算当前的L1，并记录为L1′，控制器1控制该贯穿式步进电机5向丝杆6另一侧继续运行ΔL距离，以不超过该贯穿式步进电机5的第二侧边10为准，通过式1计算此时的L1，记录为L1″,此时得到ΔL＝L1″-L1′，确认该贯穿式步进电机5的端面8与激光路线11相交；
由于激光传感器3的位置确定，容易依据L1″确定该贯穿式步进电机5的绝对位置，完成该贯穿式步进电机5的零位标定，完成该贯穿式步进电机5的零位标定后，控制器控制该贯穿式步进电机5向丝杆6另一侧继续运行，为剩余贯穿式步进电机5的零位标定留下空间，对剩余贯穿式步进电机5进行零位标定，直到所有贯穿式步进电机5均完成零位标定。
以三台步进电机初始位置的零位标定为例，包括以下步骤：
步骤1：第一贯穿式步进电机5、第二贯穿式步进电机5、第三贯穿式步进电机5位移丝杆6左侧，激光传感器3此时无检测数据；
步骤2：控制器通过第三步进驱动4，控制第三贯穿式步进电机5向丝杆6右侧运行，直到激光传感器3检测到有效数据，表明此时第三贯穿式步进电机5的端面8与激光路线11相交；
步骤3：通过式1计算当前的L1，并记录为L1′，控制器通过第三步进驱动4，控制第三贯穿式步进电机5向丝杆6右侧运行继续运行一段距离ΔL，不超过第三贯穿式步进电机5的侧边10为准，通过式1计算此时的L1，记录L1″,本实施例中θ＝45°，此时ΔL＝L1″-L1′，确认第三贯穿式步进电机5的端面8与激光路线11相交；
步骤4：由于激光传感器3的位置确定，容易依据L1″确定第三贯穿式步进电机5的绝对位置，完成第三贯穿式步进电机5的零位标定，完成第三贯穿式步进电机5的零位标定后，控制器通过第三步进驱动4，控制第三贯穿式步进电机5向丝杆6右侧运行，为第一贯穿式步进电机5、第二贯穿式步进电机5的零位标定留下空间。
步骤5：依据上述相同的步骤，控制器依次进行第一贯穿式步进电机5，第二贯穿式步进电机5的零位标定。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种直线多电机控制系统，其特征在于，包括控制器(1)、上位机(2)、激光传感器(3)、若干步进驱动(4)和若干贯穿式步进电机(5)；
控制器(1)通过现场总线与上位机(2)进行信息交换，为上位机(2)直线多电机运动控制提供信息交换通道；
所述激光传感器(3)用于对若干贯穿式步进电机(5)的初始位置进行零位标定；
所述控制器(1)通过模数变换实现对激光传感器(3)的数据读取；
所述控制器(1)通过控制步进驱动(4)，每个步进驱动(4)对应驱动唯一贯穿式步进电机(5)运动，实现多电机直线运动控制；
若干贯穿式步进电机(5)初始位置的零位标定过程为：
贯穿式步进电机(5)均位移至丝杆(6)的一侧，激光传感器(3)此时无检测数据；
控制器(1)通过步进驱动(4)控制离丝杆(6)的另一侧最近的贯穿式步进电机(5)向丝杆(6)的另一侧运行，直到激光传感器(3)检测到数据，表明此时运动的贯穿式步进电机(5)的端面(8)与激光路线(11)相交；
计算当前的L1，并记录为L1′，控制器(1)控制该贯穿式步进电机(5)向丝杆(6)另一侧继续运行ΔL距离，以不超过该贯穿式步进电机(5)的第二侧边(10)为准，计算此时的L1，记录为L1″，此时得到ΔL＝L1″-L1′，确认该贯穿式步进电机(5)的端面(8)与激光路线(11)相交；
依据L1″确定该贯穿式步进电机(5)的绝对位置，完成该贯穿式步进电机(5)的零位标定，完成该贯穿式步进电机(5)的零位标定后，控制器控制该贯穿式步进电机(5)向丝杆(6)另一侧继续运行，为剩余贯穿式步进电机(5)的零位标定留下空间，对剩余贯穿式步进电机(5)进行零位标定，直到所有贯穿式步进电机(5)均完成零位标定。
2.根据权利要求1所述的一种直线多电机控制系统，其特征在于，所述控制器(1)采用可编程序控制器，通过输出脉冲、方向和使能信号来控制贯穿式步进电机(5)在丝杆(6)上运行，实现多电机直线运动控制。
3.根据权利要求1所述的一种直线多电机控制系统，其特征在于，所述控制器(1)在某一时刻只控制若干步贯穿式步进电机(5)中的一台，由使能信号决定。
4.根据权利要求1所述的一种直线多电机控制系统，其特征在于，所述贯穿式步进电机(5)贯穿在丝杠(6)上，所述丝杆(6)两端由固定器(7)固定，在贯穿式步进电机(5)运动过程中保持静止。
5.根据权利要求1所述的一种直线多电机控制系统，其特征在于，所述激光传感器(3)选取的测量范围为25毫米-250毫米，所选激光传感器(3)的精度和贯穿式步进电机(5)的零位标定精度相对应，依据零位标定精度选择激光传感器(3)的精度。
6.根据权利要求1所述的一种直线多电机控制系统，其特征在于，所述激光传感器(3)的激光路线(11)与水平方向的夹角为θ，同时以贯穿式步进电机(5)的端面(8)作为激光反射面，端面(8)与激光传感器(3)的水平距离L1与激光传感器(3)的测量距离L的关系式为：
L1＝L×cosθ (1)。
7.根据权利要求6所述的一种直线多电机控制系统，其特征在于，θ＝45°，则
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