CN116068932A - 一种基于光纤can网络的伺服系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于光纤CAN网络的伺服系统,包括:上位机、第一控制器、第二控制器、多个控制信号端通过光纤级联的第一轴驱动器和多个控制信号端通过光纤级联的第二轴驱动器;还包括用于实现光信号和CAN报文之间互相转换的CAN转换模块。本发明利用光纤CAN转换模块在上位机、控制器和驱动器之间通过光纤进行通信,提高了伺服系统CAN网络抗电磁干扰能力。发生故障时能够在多种控制模式中进行切换,以实现第一轴驱动器和第二轴驱动器正常运动,实现伺服系统的冗余控制。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域。更具体地,涉及一种基于光纤CAN网络的伺服系统。
背景技术
控制器局域网CAN(Controller Area Network)是一种成熟的工业总线,凭借其高稳定性、高通信效率在伺服系统等领域中得到广泛的应用。目前CAN总线大多数以双绞屏蔽线作为组网传输介质,而现有伺服系统往往存在着电磁环境恶劣、高电压、强磁场等情况,在这种复杂的控制现场中,CAN总线容易被强电磁干扰所影响而无法正常工作。而光纤具有抗电磁干扰能力强、不导电等优点,正适用于电磁信号复杂的系统。
随着近年来电子制造、机器人等行业的发展,设备的复杂程度越来越高,需要的伺服驱动器轴数逐渐增加,单个轴也通常需要多个电机协同控制。而现有工业控制现场环境复杂,设备容易受到干扰,影响系统正常工作。为了确保设备稳定运行,在发生故障后,要求系统能够及时隔离故障,因此对伺服系统的可靠性提出了更高的要求。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种基于光纤CAN网络的伺服系统冗余控制方法,目的是为了解决现有技术中CAN网络抗电磁干扰能力差的问题,并进一步提高伺服系统的可靠性。
为达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种基于光纤CAN网络的伺服系统,包括:上位机、第一控制器、第二控制器、多个控制信号端通过光纤级联的第一轴驱动器和多个控制信号端通过光纤级联的第二轴驱动器;
所述上位机的第一控制指令端与所述第一控制器的控制指令端通过光纤连接,所述第一控制器的第一控制信号端与所述多个通过光纤级联的第一轴驱动器中的位于首端的第一轴驱动器的控制信号端通过光纤连接,所述多个通过光纤级联的第一轴驱动器中的位于末端的第一轴驱动器的控制信号端与所述第二控制器的第一控制信号端通过光纤连接;
所述上位机的第二控制指令端与所述第二控制器的控制指令端通过光纤连接,所述第二控制器的第二控制信号端与所述多个通过光纤级联的第二轴驱动器中的位于首端的第二轴驱动器的控制信号端通过光纤连接,所述多个通过光纤级联的第二轴驱动器中的位于末端的第二轴驱动器的控制信号端与所述第一控制器的第二控制信号端通过光纤连接。
优选地,还包括用于实现光信号和CAN报文之间互相转换的CAN转换模块。
优选地,所述上位机、第一控制器、第二控制器、多个第一轴驱动器和多个第二轴驱动器都包括多个光纤CAN转换模块。
优选地,其特征在于,所述伺服系统内,
发送端的CAN报文通过所述光纤CAN转换模块转换成光信号,通过光纤进行传输给接收端;
所述接收端将光信号通过所述光纤CAN转换模块转换为CAN报文进行接收。
优选地,所述伺服系统具有多种控制模式,所述多种控制模式包括:第一控制模式,所述上位机控制第一控制器和第二控制器,第一控制器控制多个第一轴驱动器,第二控制器控制多个第二轴驱动器。
优选地,所述多种控制模式还包括:
第二控制模式,所述上位机控制第一控制器,第一控制器分别控制多个第一轴驱动器和多个第二轴驱动器。
优选地,所述多种控制模式还包括:
第三控制模式,所述上位机控制第二控制器,第二控制器分别控制多个第一轴驱动器和多个第二轴驱动器。
优选地,所述多种控制模式还包括:
第四控制模式,所述上位机控制第二控制器,第二控制器控制多个第一轴驱动器,所述上位机控制第一控制器,第一控制器控制和多个第二轴驱动器。
优选地,所述上位机,用于判定是否发生故障,并在判定发生故障时在所述多种控制模式中进行切换,以实现第一轴驱动器和第二轴驱动器正常运动。
本发明的有益效果如下:
本发明利用光纤CAN转换模块在上位机、控制器和驱动器之间通过光纤进行通信,提高了伺服系统CAN网络抗电磁干扰能力。发生故障时能够在多种控制模式中进行切换,以实现第一轴驱动器和第二轴驱动器正常运动,实现伺服系统的冗余控制。
附图说明
图1示出本发明一个具体实施例的系统框图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
一种基于光纤CAN网络的伺服系统,包括:上位机、第一控制器、第二控制器、多个控制信号端通过光纤级联的第一轴驱动器和多个控制信号端通过光纤级联的第二轴驱动器;
所述上位机的第一控制指令端与所述第一控制器的控制指令端通过光纤连接,所述第一控制器的第一控制信号端与所述多个通过光纤级联的第一轴驱动器中的位于首端的第一轴驱动器的控制信号端通过光纤连接,所述多个通过光纤级联的第一轴驱动器中的位于末端的第一轴驱动器的控制信号端与所述第二控制器的第一控制信号端通过光纤连接;
所述上位机的第二控制指令端与所述第二控制器的控制指令端通过光纤连接,所述第二控制器的第二控制信号端与所述多个通过光纤级联的第二轴驱动器中的位于首端的第二轴驱动器的控制信号端通过光纤连接,所述多个通过光纤级联的第二轴驱动器中的位于末端的第二轴驱动器的控制信号端与所述第一控制器的第二控制信号端通过光纤连接。
优选地,还包括用于实现光信号和CAN报文之间互相转换的CAN转换模块。
优选地,所述上位机、第一控制器、第二控制器、多个第一轴驱动器和多个第二轴驱动器都包括多个光纤CAN转换模块。
优选地,其特征在于,所述伺服系统内,
发送端的CAN报文通过所述光纤CAN转换模块转换成光信号,通过光纤进行传输给接收端;
所述接收端将光信号通过所述光纤CAN转换模块转换为CAN报文进行接收。
优选地,所述伺服系统具有多种控制模式,所述多种控制模式包括:第一控制模式,所述上位机控制第一控制器和第二控制器,第一控制器控制多个第一轴驱动器,第二控制器控制多个第二轴驱动器。
优选地,所述多种控制模式还包括:
第二控制模式,所述上位机控制第一控制器,第一控制器分别控制多个第一轴驱动器和多个第二轴驱动器。
优选地,所述多种控制模式还包括:
第三控制模式,所述上位机控制第二控制器,第二控制器分别控制多个第一轴驱动器和多个第二轴驱动器。
优选地,所述多种控制模式还包括:
第四控制模式,所述上位机控制第二控制器,第二控制器控制多个第一轴驱动器,所述上位机控制第一控制器,第一控制器控制和多个第二轴驱动器。
优选地,所述上位机,用于判定是否发生故障,并在判定发生故障时在所述多种控制模式中进行切换,以实现第一轴驱动器和第二轴驱动器正常运动。
具体的一个实施例
如图1所示,
一种基于光纤CAN网络的伺服系统,包括含有光纤CAN转换模块的上位机、含有光纤CAN转换模块的控制器A、含有光纤CAN转换模块的控制器B、含有光纤CAN转换模块的A轴驱动器A1到An、含有光纤CAN转换模块的B轴驱动器B1到Bn和光纤。
上位机的光纤CAN转换模块和控制器A的光纤CAN转换模块之间通过光纤连接,控制器A的光纤CAN转换模块和A轴驱动器A1的光纤CAN转换模块之间通过光纤连接,A轴驱动器A1到An的光纤CAN转换模块之间通过光纤级联,A轴级联末端驱动器An的光纤CAN转换模块和所述控制器B的光纤CAN转换模块之间通过光纤连接;上位机的光纤CAN转换模块和控制器B的光纤CAN转换模块之间通过光纤连接,控制器B的光纤CAN转换模块和B轴驱动器B1的光纤CAN转换模块之间通过光纤连接,B轴驱动器B1到Bn的光纤CAN转换模块之间通过光纤级联,B轴级联末端驱动器Bn的光纤CAN转换模块和所述控制器A的光纤CAN转换模块之间通过光纤连接。
光纤CAN转换模块的功能是实现光信号和CAN报文之间的互相转换,发送端的CAN报文通过光纤CAN转换模块转换成光信号,然后通过光纤进行传输,接受端将光信号通过光纤CAN转换模块转换为CAN报文进行接受。利用光纤CAN转换模块在上位机、控制器和驱动器之间通过光纤进行通信,提高了伺服系统CAN网络抗电磁干扰能力。
该伺服系统的主要功能是通过控制器A和控制器B来控制A轴和B轴的运动,在上述光纤CAN网络中,通过上位机、控制器A、控制器B、驱动器A1到An、驱动器B1到Bn之间的不同组合,组成完整的A轴控制系统和B轴控制系统,可实现伺服系统的四种控制模式:
控制模式一为:上位机、控制器A和驱动器A1到An组成A轴控制系统,上位机、控制器B和驱动器B1到Bn组成B轴控制系统;
控制模式二为:上位机、控制器A和驱动器A1到An组成A轴控制系统,上位机、控制器A和驱动器B1到Bn组成B轴控制系统;
控制模式三为:上位机、控制器B和驱动器A1到An组成A轴控制系统,上位机、控制器B和驱动器B1到Bn组成B轴控制系统;
控制模式四为:上位机、控制器B和驱动器A1到An组成A轴控制系统,上位机、控制器A和驱动器B1到Bn组成B轴控制系统。
当发生故障时,伺服系统在上述四种控制模式下进行切换,以保证A轴和B轴可以继续正常运动,实现了伺服系统的冗余控制。
以控制模式一和控制模式二为例来阐述工作原理:
上位机通过光纤CAN转换模块将A轴控制命令传递给控制器A的光纤CAN转换模块;控制器A接受A轴控制命令,并将A轴控制算法处理后的A轴驱动器控制信息通过光纤CAN转换模块传递给驱动器A1的光纤CAN转换模块;驱动器A1接受A轴驱动器控制信息,并通过光纤CAN转换模块将A轴驱动器控制信息在级联驱动器A1到An之间传递,控制A轴运动;级联驱动器A1到An通过光纤CAN转换模块将A轴驱动器运行状态传递给控制器A的光纤CAN转换模块;控制器A接受A轴驱动器运行状态,将A轴驱动器运行状态参与到A轴控制算法运算中,并将A轴系统控制状态通过光纤CAN转换模块传递给上位机的光纤CAN转换模块;上位机接受A轴系统控制状态,并经过处理后显示于控制界面。以上为通过控制器A控制A轴运动的A轴控制系统,通过控制器B控制B轴运动的B轴控制系统同理可得。二者组成了伺服系统的控制模式一。上位机、控制器和驱动器之间通过光纤进行通信,提高了伺服系统CAN网络抗电磁干扰能力。
当控制器B发生故障时,可切换为控制模式二。此时A轴控制系统不变,B轴由控制器A进行控制。上位机将B轴控制命令通过光纤CAN转换模块传递给控制器A,在控制器A中进行B轴控制算法运算,控制器A将B轴控制算法处理后的B轴驱动器控制信息通过光纤CAN转换模块传递给驱动器Bn;驱动器Bn通过光纤CAN转换模块将B轴驱动器控制信息在级联驱动器Bn到B1之间传递,控制B轴运动;级联驱动器Bn到B1通过光纤CAN转换模块将B轴驱动器运行状态传递给控制器A;控制器A将B轴系统控制状态通过光纤CAN转换模块传递给上位机进行显示。由此构成了通过控制器A控制B轴运动的B轴控制系统。发生故障后,由控制模式一切换为控制模式二,保证了A轴和B轴继续正常运动,实现了伺服系统的冗余控制。
本实施例利用光纤CAN转换模块在上位机、控制器和驱动器之间通过光纤进行通信,并搭建了伺服系统光纤CAN网络,实现了伺服系统的冗余控制,提高了伺服系统CAN网络抗电磁干扰能力和系统可靠性。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种基于光纤CAN网络的伺服系统,其特征在于,包括:上位机、第一控制器、第二控制器、多个控制信号端通过光纤级联的第一轴驱动器和多个控制信号端通过光纤级联的第二轴驱动器;
所述上位机的第一控制指令端与所述第一控制器的控制指令端通过光纤连接,所述第一控制器的第一控制信号端与所述多个通过光纤级联的第一轴驱动器中的位于首端的第一轴驱动器的控制信号端通过光纤连接,所述多个通过光纤级联的第一轴驱动器中的位于末端的第一轴驱动器的控制信号端与所述第二控制器的第一控制信号端通过光纤连接;
所述上位机的第二控制指令端与所述第二控制器的控制指令端通过光纤连接,所述第二控制器的第二控制信号端与所述多个通过光纤级联的第二轴驱动器中的位于首端的第二轴驱动器的控制信号端通过光纤连接,所述多个通过光纤级联的第二轴驱动器中的位于末端的第二轴驱动器的控制信号端与所述第一控制器的第二控制信号端通过光纤连接。
2.根据权利要求1所述的基于光纤CAN网络的伺服系统,其特征在于,还包括用于实现光信号和CAN报文之间互相转换的CAN转换模块。
3.根据权利要求2所述的基于光纤CAN网络的伺服系统,其特征在于,所述上位机、第一控制器、第二控制器、多个第一轴驱动器和多个第二轴驱动器都包括多个光纤CAN转换模块。
4.根据权利要求3所述的基于光纤CAN网络的伺服系统,其特征在于,所述伺服系统内,
发送端的CAN报文通过所述光纤CAN转换模块转换成光信号,通过光纤进行传输给接收端;
所述接收端将光信号通过所述光纤CAN转换模块转换为CAN报文进行接收。
5.根据权利要求1所述的基于光纤CAN网络的伺服系统,其特征在于,所述伺服系统具有多种控制模式,所述多种控制模式包括:第一控制模式,所述上位机控制第一控制器和第二控制器,第一控制器控制多个第一轴驱动器,第二控制器控制多个第二轴驱动器。
6.根据权利要求1所述的基于光纤CAN网络的伺服系统,其特征在于,所述多种控制模式还包括:
第二控制模式,所述上位机控制第一控制器,第一控制器分别控制多个第一轴驱动器和多个第二轴驱动器。
7.根据权利要求1所述的基于光纤CAN网络的伺服系统,其特征在于,所述多种控制模式还包括:
第三控制模式,所述上位机控制第二控制器,第二控制器分别控制多个第一轴驱动器和多个第二轴驱动器。
8.根据权利要求1所述的基于光纤CAN网络的伺服系统,其特征在于,所述多种控制模式还包括:
第四控制模式,所述上位机控制第二控制器,第二控制器控制多个第一轴驱动器,所述上位机控制第一控制器,第一控制器控制和多个第二轴驱动器。
9.根据权利要求8所述的基于光纤CAN网络的伺服系统,其特征在于,所述上位机,用于判定是否发生故障,并在判定发生故障时在所述多种控制模式中进行切换,以实现第一轴驱动器和第二轴驱动器正常运动。
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