CN111342709A - 多伺服电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种多伺服电机控制系统，其包括：与一个或一个以上伺服电机一一对应连接的一个或一个以上伺服驱动器，与一个或多个所述伺服驱动器总线连接的上位机；以及，信号采集器，设置在所述伺服电机所在端并与每个所述伺服电机的编码器连接、采集所述伺服电机的编码器数据；所述信号采集器，与每个所述伺服驱动器通过总线连接并将采集的编码器数据传输到对应所述伺服电机的所述伺服驱动器，以推送到所述上位机。本发明用总线结构，将伺服电机的编码器通过信号采集器统一采集编码数据后，总线连接到驱动器和上位机克服了多伺服电机联动带来的布线复杂、成本高的缺陷，解决了如何简化布线设计和数据传输控制设计，降低成本的技术问题。

Description

多伺服电机控制系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种多伺服电机控制系统。

背景技术

电机作为一种基础的工业设备已经广泛应用到工业生产等诸多领域，如工业机器人、数控机床等对于电机的控制速度以及位置精度要求非常高，因此在这些领域中多采用伺服电机。伺服电机通过将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，进而能够针对控制信号快速做出响应，从而能够满足特殊领域对控制速度以及位置精度的需求。

现有伺服电机多采用闭环运行的模式，即在伺服电机与伺服驱动器之间采用伺服电机编码器(以下称编码器)进行反馈。编码器能够通过测量电机磁极位置以及伺服电机的转角和转速，并将上述参数反馈给驱动器，由驱动器以及驱动器所属上位机进行调整。现有伺服电机及电机驱动器之间多采用编码器线缆及动力线缆进行连接。

但现有连接布线方式在需要多个伺服电机与多个驱动器进行联动时，驱动器和电机之间的布线复杂且线缆尤其是远程控制需要的编码器线缆的成本高，加上如果电机有抱闸机构则增加抱闸逻辑控制，多个驱动器和多个伺服电机的布线将更复杂、成本更高，既加大了工业布线的难度，还增加工业生产的成本。

相应地，本领域需要一种新的多伺服电机控制系统来解决上述问题。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种多伺服电机控制系统，至少部分地解决如何简化多伺服驱动器与多伺服电机联动控制时的布线，进而简化数据传输控制方式、并降低成本。本发明提供的一种用于多伺服电机的控制系统，包括：与一个或一个以上伺服电机一一对应连接的一个或一个以上伺服驱动器，与一个或多个所述伺服驱动器总线连接的上位机；以及，信号采集器，设置在所述伺服电机所在端并与每个所述伺服电机的编码器连接、采集所述伺服电机的编码器数据；所述信号采集器，与每个所述伺服驱动器通过总线连接并将采集的编码器数据传输到对应所述伺服电机的所述伺服驱动器，以推送到所述上位机。

其中，所述信号采集器具体包括：一个或多个编码器接口、处理单元、输入/输出单元；一个或多个所述编码器接口一一对应连接一个或多个所述伺服电机的编码器；所述处理单元根据每个总线同步中断所产生的触发信号，经输入/输出单元发送采集信号给对应的一个或多个所述伺服电机；一个或多个所述伺服电机根据所述采集信号，通过对应连接的一个或多个所述编码器接口发送伺服电机的编码器数据到所述信号采集器，以完成所述信号采集器对伺服电机的编码器数据采集。

其中，所述信号采集器具体还包括：寄存器，用于暂存所述信号采集器采集到的编码器数据；所述上位机控制总线同步时钟以在所述上位机进行控制时产生总线同步中断；每次总线同步中断会产生一个触发信号给所述信号采集器；所述信号采集器中的所述处理单元检测到所述触发信号，所述处理单元根据所述触发信号，产生采集编码器数据的采集信号，经输入/输出单元发送给对应的一个或多个伺服电机；一个或多个伺服电机根据所述采集信号、通过对应连接的所述一个或多个编码器接口发送伺服电机的编码器数据到所述信号采集器；所述处理单元控制所述信号采集器将采集的所述编码器数据存储到指定的所述寄存器中。

其中，所述信号采集器具体还包括：所述上位机预先设置有总线通信周期；所述信号采集器在每次到达总线通信周期时，由所述处理单元控制将存储在所述寄存器中的所述编码器数据从输入/输出单元输出、经由总线分发给所述编码器数据所属的所述伺服电机对应的所述伺服驱动器；并由所述伺服驱动器通过总线推送到所述上位机。

其中，所述信号采集器具体还包括：供电单元，连接外部电源，为所述信号采集器供电；其中，经过所述供电单元输入的外部电源的电压为所述信号采集器供电，并由所述信号采集单元转化后产生更小的电压，作为所述伺服电机的编码器电源，提供给所述一个或多个编码器接口、为连接到所述编码器接口的所述伺服电机的编码器供电。

其中，所述供电单元具体还包括：辅助电源，当外部电源断开不供电时，为连接到所述一个或多个编码器接口上的所述伺服电机的编码器供电，以确保每个编码器的绝对位置不丢失。

其中，所述信号采集器具体还包括：对应每个所述伺服电机的抱闸机构的抱闸继电器；每个抱闸继电器与每个伺服电机相对应；所述处理单元，根据总线传来的所述上位机的抱闸控制信号，向对应所述抱闸控制信号指示的所述伺服电机的所述抱闸继电器提供请求中断电机运行的指令；获得所述指令的所述抱闸继电器，根据所述指令产生指示的中断电机运行的抱闸信号，经由所述抱闸继电器的抱闸控制线从输入/输出单元向对应的所述伺服电机输出所述抱闸信号，以控制对应的所述伺服电机中断电机运行。

其中，还包括：所述信号采集器采用总线IO盒；所述输入/输出单元为所述总线IO盒的数字输入I点盒数字输出O点；所述编码器接口为编码器插头，插入编码器线缆实现与所述伺服电机的编码器的连接；所述处理单元采用FPGA，为所述总线IO盒的逻辑中心；所述供电单元包括连接外部电源的外部开关电源接口，所述供电单元的辅助电源包括对应一个或多个所述伺服电机的一个或多个电池插座以放置电池组；所述抱闸继电器的抱闸控制逻辑线连接到所述数字输出O点。

其中，所述总线IO盒还包括：具有24路数字I点、16路数字O点，每个所述总线IO盒能够同时采集六路编码器数据；所述外部开关电源接口输入的为所述总线IO盒供电的电压为DC24V，所述电压由总线IO盒转化产生更低的电压DC5V，向连接到编码器插头的所述伺服电机的编码器供电；所述电池组的每个电池供电为3.6V，在外部电源断开时向连接到编码器插头的所述伺服电机的编码器供电，确保编码器绝对位置不丢失，避免编码器数据采集错误。

其中，还包括：所述上位机为EtherCAT主站；所述信号采集器与所述伺服驱动器之间采用以太网控制自动化技术EtherCAT总线连接以传输控制信号和数据；所述伺服驱动器与所述EtherCAT主站之间采用以太网控制自动化技术EtherCAT总线连接以传输控制信号和数据；所述编码器数据传输到对应所述伺服电机的所述伺服驱动器，被推送到所述EtherCAT主站。每个所述伺服电机与其对应的每个所述伺服驱动器之间采用动力线缆连接，以由所述伺服驱动器根据所述EtherCAT主站的控制信号驱动对应的所述伺服电机的运行。

本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：通过设置信号采集器将多个伺服电机的编码器数据进行采集并利用EtherCAT总线传输到对应的多个驱动器，完成与EtherCAT主站的数据交换，最终实现对伺服电机编码器数据的反馈，从而实现了多伺服电机的远程控制和数据传输，利用集中采集、以及总线数据传输控制，减少了线缆过多的布线方式，简化了布线设计，简化了数据传输控制，节省了线缆，降低了工业布线的复杂程度，进而降低了工业生产的成本。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施例，附图中：

图1是根据本发明的用于多伺服电机控制系统的一个实施例的结构示意图。

图2是根据本发明的用于多伺服电机控制系统的一个实施例中6个伺服电机联动的结构示意图。

图3是根据本发明的用于多伺服电机控制系统中信号采集器的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管这里结合多伺服电机的控制系统来描述本发明的优选实施方式，但是这并不是限制性的，对于不偏离本发明的基本原理的调整性改进方案，因此也将落入本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于区分相同性质的几个技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现有技术中，驱动器例如可以为伺服驱动器。伺服驱动器控制伺服电机运行，如闭环运行。伺服驱动器控制伺服电机运行，需要在二者之间连接编码器线缆和动力线缆，如果伺服电机有抱闸机构还需要增加抱闸控制逻辑(例如集成电路中的逻辑电路等)，多伺服驱动器与多伺服电机的情况下，驱动器和电机之间的连线太多，线缆复杂且成本高。

首先参阅图1，该图是根据本发明的用于多伺服电机控制系统的一个实施例的结构示意图。该系统能够克服上述现有技术缺陷。如图1所示，该控制系统至少包括：

至少两个伺服电机100、与伺服电机100一一对应连接的驱动器200以及与驱动器200驱动连接的上位机300。

该控制系统具体还包括：

与伺服电机100连接的信号采集器400，用于采集伺服电机100的编码器数据(或者说编码器信号)，并传输至驱动器200；所述信号采集器400与驱动器200之间采用总线连接，进一步驱动器200与上位机300之间采用总线连接。

一个实施方式中，优选可以采用以太网控制自动化技术EtherCAT总线连接上述信号采集器400及驱动器200，以进一步满足系统的开放性以及其数据传输的同步性。进一步，上位机300可以为EtherCAT主站300。EtherCAT主站300与驱动器200之间采用EtherCAT总线连接，用以向驱动器200发送驱动伺服电机100的信号以及从驱动器200接收信号采集器400经EtherCAT总线所反馈的信号。进一步，EtherCAT主站通过该总线实现了与伺服电机100之间的控制和数据传输。一个例子中，EtherCAT总线主要用于传输信号：控制信号、数据信号等。

一个实施方式中，驱动器200与伺服电机100之间还可以采用动力线缆连接，动力线缆线径较大，绝缘较厚，主要用于对伺服电机100进行能量输送，驱动伺服电机运行。EtherCAT主站通过总线发送控制驱动电机的信号到驱动器200，驱动器200通过动力线缆驱动伺服电机100执行对应控制的运行。

一个实施方式中，伺服电机100一端与信号采集器400通过编码器的编码器线缆连接，例如：将信号采集器400设置在伺服电机100处，通过编码器的短线缆插入到该信号采集器400、由该信号采集器400按照来自EtherCAT主站通过控制信号产生的每个总线同步中断来触发每次信号采集器400对伺服电机100中编码器的编码器信号/编码器数据的采集。

本申请的多伺服电机100的控制系统优选地，可以采用6个伺服电机100联动，如图2所示，图2是是根据本发明的用于多伺服电机控制系统的一个实施例中6个伺服电机联动的结构示意图。其中，与伺服电机100所对应的6个驱动器200按照3个一组的形式集成到两个驱动器200控制柜中。EtherCAT主站300通过EtherCAT总线分别向两个控制柜中的驱动器200发送控制信息。6个伺服电机100被6个对应的伺服驱动器200按照控制信息通过动力线缆连接而提供能量、从而驱动运行，并在信号采集器400进行编码器数据采集时通过编码器线缆将编码器数据发送至信号采集器400，信号采集器400例如数据采集卡经过对伺服电机100的编码器信号采集、存储后，在EtherCAT主站300的调度下，每个通信周期，将通过EtherCAT总线反馈(例如：分发)到控制柜中的驱动器200中，进而再由驱动器200将编码器数据等采集信息(进一步还可以包括对应驱动器的伺服电机的信息)推送至EtherCAT主站300，由EtherCAT主站300根据编码器数据等采集信息进行调整。

例1：对一个机器人装置或数控机床进行控制，以机器人手臂装置为例，该机器人手臂装置的主体可以配置6个伺服电机100，每个伺服电机100都有一个编码器，即有6个编码器；数据采集卡400设置在机器人手臂装置一端，与6个伺服电机100的编码器连接，可以同时采集6路编码器440的编码器信号，获得编码器数据；分别控制6个伺服电机100的6个伺服驱动器200可以平分为两组设置在外部控制柜(如两个外部控制柜)中，每个伺服电机100与对应的驱动器200之间一一对应、分别通过动力线缆连接，由动力线缆为伺服电机100提供能量以驱动对应的电机100运行；数据采集卡400、伺服驱动器200、EtherCAT主站300之间，通过网线进行级联，例如：总线相连、进一步可以采用EtherCAT总线连接；数据采集卡400经EtherCAT总线连接到驱动器200再由驱动器200经EtherCAT总线推送到EtherCAT主站通过。在EtherCAT主站300的调度下，每个通信周期(例如可以将EtherCAT总线通信周期固定为125us等)，数据采集卡400都将采集到的6路编码器信号/编码器数据分发给与6个伺服电机一一对应的6个伺服驱动器。

进一步地，6个驱动器200可以串接起来，如：第一个驱动器200A的一个接口通过总线连接EtherCAT主站，另一个接口连接第二个驱动器200B的一个接口，驱动器200B的另一个接口与第三个驱动器200C的一个接口连接，驱动器200C的另一个接口与第四个驱动器200D的一个接口连接，驱动器200D的另一个接口与第五个驱动器200E的一个接口连接，驱动器200E的另一个接口与第六个驱动器200F的一个接口连接，驱动器200F的另一个接口通过EtherCAT总线与数据采集卡400连接，更多个伺服电机和更多个伺服驱动器的设计，以此类推。

进一步地，通常对驱动器200是工业交流电供电(380V等)，若停止外部交流供电，还可以为驱动器200设置其他辅助电源，从驱动器T3接口输入24V电压，保证高压电断开后其CPU仍然能够工作。驱动器100可以使用D18B-E(400V级)，单芯片设计，其主频高运行速度快。

由此，能够简化机器人装置/数控机床与控制柜之间的接线。更加容易实现远程控制和数据传输，在更换装置或机床位置时，也更方便，即便于设备的移动。

上述例1中，优选地，数据采集卡400使用总线IO盒。例如：采用的IO盒为每个IO盒包含24路数字I点、16路数字O点，可以同时采集六路编码器数据，配置一个总线IO盒就能实现同时采集六路编码器数据。

上述例1中，优选地，伺服驱动器200可以为单芯片设计、主频高运行速度快的驱动器，进一步，当外部高压的交流供电断电时，驱动器200还可以保留外部直流24V电压供电，可以保证高压断电后CPU也能运行。更具体地，可以选用D18B-E(400V级)驱动器，24V电压供电从T3口接入驱动器200。

进一步，在信号采集器400将编码器数据反馈到驱动器200的过程中，会将伺服电机的编码器数据等信息传输至与伺服电机100所对应的驱动器200中，并由驱动器200推送至EtherCAT主站300。

本发明的控制系统的实施例中，总线可以是采用EtherCAT总线，对信号采集器400与驱动器200、驱动器200与EtherCAT主站300分别进行连接，实现信号采集器、驱动器、主站的网线级联，完成信号采集器400、驱动器200与EtherCAT主站300进行数据交换，实现了对伺服电机100编码器数据的传输反馈。本发明的控制系统的实施例，减少了编码器线缆与较远的驱动器200和主站的连接控制，且通过一根网线来代替多根(比如多伺服电机多驱动器情况下，6-8个电机和驱动器需要6-8根)高成本的编码器线缆，降低了编码器电缆的高成本，同时也降低了整体布线的复杂度，避免了又多又长的布线在机器人或机床使用中所带来很多不便，包括移动装置或设备到别的位置由于布线复杂设置复杂带来的各种工作量增加的问题。因而从整体上降低了工业布线的复杂程度，节约了生产成本。

继续参照图3对本发明做进一步说明。图3是根据本发明的用于多伺服电机100控制系统中信号采集器400的一个实施例的结构示意图。其中，信号采集器400包括：供电单元410、处理单元420、寄存器430、编码器接口440、输入/输出单元450。

一个实施方式中，供电单元410与外部电源连接，用以向信号采集器400供电。进一步，供电单元410还包括一辅助电源单元，在外部断电时继续为编码器供电。

一个实施方式中，经过供电单元410进入信号采集器400的电压能够串到信号采集器400上，由信号采集器400转换而产生编码器更小的直流电压作为编码器电源电压，通过编码器接口400为编码器供电。进一步，辅助电源单元可以为电池组，外部没有电源时可以继续为编码器供电，确保外部断电时为编码器供电。

一个实施方式中，编码器接口440连接电机100的编码器线缆。EtherCAT主站300通过控制时钟信号控制总线同步中断，如设置总线连接设备的时钟，可以在主站300有控制信号时产生总线同步中断。每个总线同步中断产生都会给信号采集器400的处理单元420传达一个触发信号，而处理单元420检测到该触发信号，控制输入/输出单元450、寄存器430、编码器接口440协同完成编码器数据采集。进一步，信号采集器400可以定期(例如每个通信周期到达时)将寄存器430中暂存的编码器数据通过总线传输到驱动器200一端、推送到上位机300进行处理和完成调整。

所述信号采集器的数量根据需要增加或减少，或者所述信号采集器在设计成板卡时增加或减少编码器接口个数、输入/输出单元的输入口、输出口，以适应同时采集多个伺服电机的编码器数据的需求。进而，其在设计成板卡时，其电池组、继电器等也随着伺服电机的个数可以进行改变。同样，处理单元、寄存器、总线座也根据需要发生个数的改变。

承上述例1，信号采集器400可以采用集成电路的板卡结构设计，如数据采集卡400，更具体地，该数据采集卡400可以是总线IO盒。其供电单元410至少包括外部开关电源接口，连接外部电源例如外部DC24V开关电源，为数据采集卡供电，该数据采集卡400完成直流DC24V转换为DC5V，进而通过编码器插头为其连接的伺服电机编码器供电，保证编码器绝对位置不丢失。进一步，外部供电给数据采集卡400即总线IO盒，该DC24V串到该总线IO盒上，其产生DC5V电压，通过编码器插头440给编码器提供DC5V电压供电。进一步，供电单元410除了外部开关电源接口，还有一组电池组，电池组可以提供继续通过编码器插头440为编码器供电，保证编码器绝对位置不丢失。电池组具体设计例如：6个电机100，对应6个电机100的编码器接口440为6个编码器插头440，即一一对应，每个编码器插入编码器线缆到插头440中连接伺服电机100的编码器与数据采集卡400，而每个插头440对应设置有一个电池插头，用来放置电池，即有6个电池插头放置电池作为电池组。每个电池可以是3.6V、14500Ah等。进一步，每个电机100的编码器插头440例如可以包含485+、485-、电池+、电池-、电源+、电源-、抱闸+、抱闸-，共九根线。

上述例1中，EtherCAT主站300通过控制时钟信号控制总线同步中断，每个总线同步中断的产生都会传到数据采集卡400、给数据采集卡400(总线IO盒)的现场可编程门阵列FPGA420一个触发信号，而FPGA420检测到该触发信号，控制输入/输出单元450(如前述例子中的总线IO盒的24路数字I点、16路数字O点)、寄存器430、编码器接口440协同完成编码器数据采集。例如：数字I点、O点接收和发送对应的总线控制指令和要传输的数据等信息、包括主站300由总线传来的采集编码器数据的触发信号，FPGA420根据该信号控制执行逻辑，即控制采集与编码器插头440连接的对应的6个电机100的编码器的六路编码器数据，尤其是各种实时数据，进而，还可以控制将采集的编码器数据放到指定寄存器430。

上述例1中，该总线IO盒400的IO点即输入输出端口，该总线IO盒输入输出端口(I点、O点)接收经总线来的主站300的控制指令、并输出FPGA420根据该控制指令而输出给对应电机100的采集编码器数据的采集指令。对应的电机100则根据该采集指令将其编码器数据由连接的编码器插头440发送到该总线IO盒，再由FPGA420指示采集到的编码器数据存储到指定的寄存器430中。这类24路数字I点和16路数字O点的总线IO盒400，能满足同时采集六路编码器数据的需求，例1中的六个电机100用一个总线IO盒即可，如果有更多的电机100，可以考虑增加总线IO盒，或者选择更多IO点的总线IO盒。

上述例1中，EtherCAT主站300可以将总线的通信周期设置为125us，则每到一个通信周期，就可以通过数据采集卡/总线IO盒400的IO点450，将寄存器430中暂存的六路编码器数据、经EtherCAT总线分发到对应的6个驱动器200并由驱动器200推送到EtherCAT主站。数据采集卡400能够采集多路电机编码器的编码器数据，利用EtherCAT总线的高实时、高同步的特点，能够及时将编码器数据传输给对应的驱动器200并提供给其上位机/EtherCAT主站300调整控制和完成数据传输交换。

这样，总线远程连接控制数据采集卡400完成电机编码器数据采集并反馈到驱动器进而到主站，不必再采用长的编码器线缆连接远程驱动器，利用总线就实现了远程控制和数据传输，用简单的远程总线方式实现电机驱动控制，布线大大减少、复杂度也大大减少，并避免了电机端的设备如数控机床、机器人装置等不能移动或移动困难的问题，既减少了设备设计困难、又减少成本，简化了电机控制和数据采集，简化了布线设计，既能更远程地控制和传输，又降低成本。

进一步，有的伺服电机还具有安全保护的抱闸机构，这样就需要增加抱闸控制逻辑，而该抱闸逻辑的增加，对于多伺服电机与多伺服驱动器的控制系统来说，驱动器和电机之间的布线复杂度会更大，布线的数量增加也增加更多的成本，并且难以实现远程控制和数据传输。而现有的电机抱闸逻辑工业总线远程控制也只能解决输入/输出IO的传输而不能解决远程控制和布线复杂度降低的问题。

而本发明的控制系统的一个实施例中，信号采集器400还可以包括：抱闸电路(如电机抱闸继电器)460、配合采用分布式输入/输出单元450，实现电机抱闸的远程控制和数字输入输出IO信号的远程传输。

承上述例1，数据采集卡400，如总线IO盒中，IO点即输入/输入单元450可以为分布式的。总线IO盒400中，设置电机抱闸继电器460，此例子中6个伺服电机，可以有6个抱闸继电器。总线可以提供数据总线DB15座，包含3路编码器通信线，3路所述继电器控制线，连接到总线IO盒。其中，伺服电机100抱闸控制线接到总线IO盒450的O点上。EtherCAT主站300提供抱闸控制逻辑，其发出抱闸控制信号由驱动器200经该继电器控制线送到总线IO盒400中执行控制逻辑的处理单元如FPGA420，例如：通过总线的3路继电器控制线送达FPGA420。FPGA420会根据抱闸控制信号所提供的、EtherCAT主站300要求对某个电机100进行中断运行的控制逻辑，而向对应该电机100的某个抱闸继电器460提供请求中断对应电机100运行的指令，该某个抱闸继电器460根据该指令，发送中断运行的抱闸信号，从IO450中连接抱闸控制逻辑线的O点、输出该抱闸信号到对应的伺服电机100上，控制对应的电机抱闸、闭锁。

根据前面的描述，下面结合例子完整地说明该控制系统的结构和工作实施过程。

承上述例1，本申请的多伺服电机100控制系统的一个工作实施过程如下：

以6个驱动器200对应6个伺服电机100为例；6个伺服电机设置在数控机床或机器人等装置一端，与6个伺服驱动器200通过动力线连接。6个伺服驱动器200平均分为两组，放入两个控制柜中，简化结构设计。

EtherCAT主站300通过EtherCAT总线连接6个伺服驱动器200，6个伺服驱动器200通过EtherCAT总线连接设置在6个伺服电机100所在装置一端的数据采集卡400(具体例如总线IO盒)。

EtherCAT主站300提供控制信号给伺服驱动器200，伺服驱动器200根据控制信号通过动力线提供能量给对应的伺服电机100，驱动伺服电机100运行。

EtherCAT主站300设置有总线通信周期，例如125us；并可以设置系统的总线同步时钟以在需要执行某些控制逻辑时产生总线同步中断。

由主站300设置的总线同步时钟，在电机100运行起来后，产生每个总线同步中断时就会产生一个触发信号，并发送给总线IO盒400中的FPGA420。如果FPGA420检测到该触发信号，就会发送采集某个或某几个电机100的编码器数据的采集信号，通过IO点450的一个输出O点发送到对应的某个或某几个伺服电机100。6个伺服电机100的6个编码器的线缆插入到总线IO盒400中对应的6个编码器插头440中，从而连接伺服电机100和总线IO盒400、完成编码器数据采集。当对应的伺服电机100接收到该采集信号就通过编码器插头440将编码器数据传送到总线IO盒400，并由FPGA420控制，暂存到指定的寄存器430中。总线IO盒400在每次总线通信周期到达时，总线IO盒400将寄存器430中存储的编码器数据通过O点即输出口，经由总线传输回相应的伺服驱动器200，进而再由伺服驱动器200推送到EtherCAT主站。

如果EtherCAT主站300需要控制某个伺服电机100抱闸停机，则EtherCAT主站300输出抱闸控制信号，经总线、伺服驱动器200、总线到达总线IO盒400中的FPGA420。总线IO盒400对于由抱闸机构的伺服电机设置有抱闸继电器460，6个伺服电机则对应有6个抱闸继电器460。FPGA420会根据抱闸控制信号提供的、主站300要求对某个伺服电机100执行中断运行的控制逻辑，向对应该伺服电机100的抱闸继电器460提供请求中断电机运行的指令。该获得指令的抱闸继电器460根据该指令发送中断运行的抱闸信号，从输入输出IO点450中连接的抱闸控制逻辑线的O点即输出口，输出该抱闸信号到对应的伺服电机100上，控制该伺服电机中断运行、抱闸闭锁。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多伺服电机控制系统，其特征在于，包括：

与一个或一个以上伺服电机一一对应连接的一个或一个以上伺服驱动器，与一个或多个所述伺服驱动器总线连接的上位机；以及，

信号采集器，设置在所述伺服电机所在端并与每个所述伺服电机的编码器连接、采集所述伺服电机的编码器数据；所述信号采集器，与每个所述伺服驱动器通过总线连接并将采集的编码器数据传输到对应所述伺服电机的所述伺服驱动器，以推送到所述上位机。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号采集器具体包括：

一个或多个编码器接口、处理单元、输入/输出单元；

一个或多个所述编码器接口一一对应连接一个或多个所述伺服电机的编码器；

所述处理单元根据每个总线同步中断所产生的触发信号，经输入/输出单元发送采集信号给对应的一个或多个所述伺服电机；

一个或多个所述伺服电机根据所述采集信号，通过对应连接的一个或多个所述编码器接口发送伺服电机的编码器数据到所述信号采集器，以完成所述信号采集器对伺服电机的编码器数据采集。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述信号采集器具体还包括：

寄存器，用于暂存所述信号采集器采集到的编码器数据；

所述上位机控制总线同步时钟以在所述上位机进行控制时产生总线同步中断；

每次总线同步中断会产生一个触发信号给所述信号采集器；

所述信号采集器中的所述处理单元检测到所述触发信号，所述处理单元根据所述触发信号，产生采集编码器数据的采集信号，经输入/输出单元发送给对应的一个或多个伺服电机；

一个或多个伺服电机根据所述采集信号、通过对应连接的所述一个或多个编码器接口发送伺服电机的编码器数据到所述信号采集器；

所述处理单元控制所述信号采集器将采集的所述编码器数据存储到指定的所述寄存器中。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述信号采集器具体还包括：

所述上位机预先设置有总线通信周期；

所述信号采集器在每次到达总线通信周期时，由所述处理单元控制将存储在所述寄存器中的所述编码器数据从输入/输出单元输出、经由总线分发给所述编码器数据所属的所述伺服电机对应的所述伺服驱动器；并由所述伺服驱动器通过总线推送到所述上位机。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述信号采集器具体还包括：

供电单元，连接外部电源，为所述信号采集器供电；

其中，经过所述供电单元输入的外部电源的电压为所述信号采集器供电，并由所述信号采集单元转化后产生更小的电压，作为所述伺服电机的编码器电源，提供给所述一个或多个编码器接口、为连接到所述编码器接口的所述伺服电机的编码器供电。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述供电单元具体还包括：

辅助电源，当外部电源断开不供电时，为连接到所述一个或多个编码器接口上的所述伺服电机的编码器供电，以确保每个编码器的绝对位置不丢失。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述信号采集器具体还包括：

对应每个所述伺服电机的抱闸机构的抱闸继电器；

每个抱闸继电器与每个伺服电机相对应；

所述处理单元，根据总线传来的所述上位机的抱闸控制信号，向对应所述抱闸控制信号指示的所述伺服电机的所述抱闸继电器提供请求中断电机运行的指令；

获得所述指令的所述抱闸继电器，根据所述指令产生指示的中断电机运行的抱闸信号，经由所述抱闸继电器的抱闸控制线从输入/输出单元向对应的所述伺服电机输出所述抱闸信号，以控制对应的所述伺服电机中断电机运行。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，还包括：

所述信号采集器采用总线IO盒；

所述输入/输出单元为所述总线IO盒的数字输入I点盒数字输出O点；

所述编码器接口为编码器插头，插入编码器线缆实现与所述伺服电机的编码器的连接；

所述处理单元采用FPGA，为所述总线IO盒的逻辑中心；

所述供电单元包括连接外部电源的外部开关电源接口，所述供电单元的辅助电源包括对应一个或多个所述伺服电机的一个或多个电池插座以放置电池组；

所述抱闸继电器的抱闸控制逻辑线连接到所述数字输出O点。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述总线IO盒还包括：

具有24路数字I点、16路数字O点，每个所述总线IO盒能够同时采集六路编码器数据；

所述外部开关电源接口输入的为所述总线IO盒供电的电压为DC24V，所述电压由总线IO盒转化产生更低的电压DC5V，向连接到编码器插头的所述伺服电机的编码器供电；

所述电池组的每个电池供电为3.6V，在外部电源断开时向连接到编码器插头的所述伺服电机的编码器供电，确保编码器绝对位置不丢失，避免编码器数据采集错误。

10.根据权利要求1至9任一项所述的系统，其中，还包括：

所述上位机为EtherCAT主站；

所述信号采集器与所述伺服驱动器之间采用以太网控制自动化技术EtherCAT总线连接以传输控制信号和数据；

所述伺服驱动器与所述EtherCAT主站之间采用以太网控制自动化技术EtherCAT总线连接以传输控制信号和数据；

所述编码器数据传输到对应所述伺服电机的所述伺服驱动器，被推送到所述EtherCAT主站。

每个所述伺服电机与其对应的每个所述伺服驱动器之间采用动力线缆连接，以由所述伺服驱动器根据所述EtherCAT主站的控制信号驱动对应的所述伺服电机的运行。

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