CN201654533U - 可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块，其包括CPU控制单元、轴定位控制单元、以太网通信单元、输入信号隔离单元、输出信号隔离单元、LED面板指示单元。轴定位控制单元U2采用日本NPM高性能运动脉冲控制LSI PCL6000系列IC，以太网通信单元U3采用内嵌硬件TCP/IP内核的网络集成电路，输出信号隔离单元U5的伺服脉冲频率可达1MHz。10/100M标准以太网接口使得本实用新型兼容具有Modbus TCP/IP协议的不同厂家的PLC以组成灵活的运动控制方案，该模块具有很强的数控组态能力，是一种高可靠性、低成本、兼容性好的运动控制模块。

Description

可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块

技术领域

本实用新型涉及一种多轴定位控制模块，尤其是一种可编程逻辑控制器使用的以太网多轴定位控制模块。

背景技术

可编程逻辑控制器(PLC)、机器人和CAD/CAM成为现代工业生产的三大支柱。随着现在生产的自动化水平的不断提高，PLC轴定位功能的应用领域更加广泛，尤其在CAM领域的应用发展迅速。轴定位控制是指PLC在机电高速运行条件下，使运动物体在指定精度范围内停止于目标位置。在全球PLC制造商中西门子、施奈德、三菱、欧姆龙等公司的轴定位模块都有各自的系列产品，都能达到速度与精度的协调。随着机电产品更新换代速度加快，对机械加工精度、速度和连续运行、协调性和成本方面的要求也愈来愈高，这些定位模块显现出了不足之处：

1、只能在专用的PLC上使用，不能与其他公司的PLC共享控制资源；

2、一般采用RS-232与上位计算机通信，实时性不太理想；

3、伺服脉冲频率一般都在100KHz～200KHz左右，对于速度很高的数控领域不太适用；

4、硬件设计线路复杂，成本很高，例如：三菱的FX2N-10GM单轴定位控制单元市场价要四千多元，FX2N-20GM两轴定位控制单元市场价要八千多元。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种以太网多轴定位控制模块，该模块既可以通过普通网线与计算机PC或者工业计算机IPC连接，也可以与所有支持Modbus TCP/IP协议的PLC连接，使得该模块具有很强的数控组态能力。

按照本实用新型提供的技术方案，所述可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块包括CPU控制单元，轴定位控制单元通过地址总线、数据总线和控制总线连接到CPU控制单元，输入信号隔离单元的输入端连接X、Y、Z轴反馈信号，输入信号隔离单元的输出端连接轴定位控制单元的输入，轴定位控制单元的输出端连接输出信号隔离单元，输出信号隔离单元输出X、Y、Z轴驱动信号；CPU控制单元连接以太网通信单元，以太网通信单元的端口连接到RJ-45接口。

所述CPU控制单元的输出连接到指示多轴定位控制模块工作状态的LED面板指示单元。

所述轴定位控制单元采用日本NPM的LSI PCL6000系列IC。

所述以太网通信单元采用内嵌硬件TCP/IP内核的网络集成电路。

本实用新型的优点是：本实用新型是一种高可靠性、低成本、开发周期短、兼容性好的工业运动控制方案。采用日本NPM高性能运动脉冲控制LSIPCL6000系列IC，设计的伺服脉冲频率可达1MHz，以太网10/100M标准接口使得本实用新型兼容具有Modbus TCP/IP协议的不同厂家的PLC，而且可以与工控机(IPC)或者计算机(PC)组成运动控制方案。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图。

图2是本实用新型进行运动控制的一种实施方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示：本实用新型包括6个单元：CPU控制单元U1、轴定位控制单元U2、以太网通信单元U3、输入信号隔离单元U4、输出信号隔离单元U5、LED面板指示单元U6。其中，轴定位控制单元U2通过三种总线(地址总线、数据总线、控制总线)连接到CPU控制单元U1，X、Y、Z轴反馈信号经过输入信号隔离单元U4后，连接到轴定位控制单元U2，U2的输出信号经过输出信号隔离单元U5处理后输出X、Y、Z轴驱动信号；CPU控制单元U1连接到以太网通信单元U3，以太网通信单元U3的端口连接到RJ-45接口，多轴定位模块的工作状态通过CPU控制单元U1输出到LED面板指示单元U6。

各模块详细介绍如下：

CPU控制单元U1主要任务是对轴定位控制单元U2的PCL6000系列IC的寄存器进行预置运动指令参数、设定工作环境参数、读取各轴工作状态、接收轴定位控制单元U2的中断请求信号、接收EMST(外部紧急停止输入)和EINT(外部中断输入)信号，以实现对轴定位控制单元U2的实时控制；所述EMST、EINT信号是CPU控制单元U1直接接入的外部控制信号。

轴定位控制单元U2采用日本NPM高性能运动脉冲控制LSI PCL6000系列IC，它可控制4轴运动，具有预置寄存器(2段)、UP-DOWN计数器(4个/轴)以及比较器(5个/轴)、圆弧/直线插补功能、内置伺服电机接口，可实现电机高精度控制。轴定位控制单元U2通过三种总线(地址总线、数据总线、控制总线)连接到CPU控制单元U1，执行CPU控制单元U1的运动指令控制、反馈当前的工作状态给CPU控制单元U1，CPU控制单元U1、轴定位控制单元U2协同工作从而完成各种复杂的定位控制。

以太网通信单元U3采用内嵌硬件TCP/IP内核的网络集成电路，该硬件TCP/IP内核电路能自动解码通信数据，CPU控制单元U1只要操作内核电路的相关寄存器即可实现与外部设备的网络连接，以太网通信单元U3的端口连接到RJ-45接口。

输入信号隔离单元U4、输出信号隔离单元U5都是通过光电转换器对信号进行光电隔离，使得本实用新型具有很好的电磁兼容特性。X、Y、Z轴反馈信号经过输入信号隔离单元U4后，连接到轴定位控制单元U2，轴定位控制单元U2的输出信号经过输出信号隔离单元U5处理后输出X、Y、Z轴驱动信号，输出信号隔离单元U5的伺服脉冲频率可达1MHz。其中，X、Y、Z轴的各个轴反馈信号有：SVR(驱动器准备就绪输入)、INP(到位信号输入)、Z(轴Z相输入)、HOME(原点输入)、OVT+(正方向限位输入)、OVT-(负方向限位输入)；X、Y、Z轴的各个轴驱动信号有：CW(正转脉冲输出)、CCW(反转脉冲输出)、SVCLR(偏差脉冲清零输出)、SVON(伺服ON输出)。

多轴定位模块的工作状态通过CPU控制单元U1输出到LED面板指示单元U6，指示的工作状态有：OK：系统自诊断；ERR：系统错误或数据错误；DIAG：CPU监控；24V：外部供给电源；

各轴公用信号有：0：动作状态；1：EMST；2：EINT；3：未使用；4：未使用；5：X轴HOME；6：Y轴HOME；7：Z轴HOME；

X、Y、Z轴各轴信号：0：SVR；1：INP；2：Z相；3：OVT+；4：OVT-；5：SVON；6：CW；7：CCW。

图2是本实用新型针对交流伺服电机的运动控制实施例，图中左边是以太网多轴控制模块的面板图，M1即U6单元的LED透明面板，M2即以太网接口RJ-45，M3即X、Y、Z轴反馈信号和驱动信号的接口，这些信号分布在左右两个接线端子台上，M4即24V工作电源的接入端子。图中右下部的X、Y、Z轴的每个轴由一台伺服驱动器和一个伺服电机构成，伺服驱动器根据定位控制模块的驱动信号控制伺服电机的U/V/W三相频率，伺服电机自带的编码器反馈信号给伺服驱动器，伺服驱动器把反馈值与目标值进行比较，闭环调整电机的转动角度，从而达到精确定位的目的。图中PLC即可编程逻辑控制器，只要支持Modbus TCP/IP协议的PLC都可以与本模块组建成数控局域网。如按图例建立的数控机床，通过PLC或者PC把数控加工指令(G代码)通过RJ-45下载到多轴定位控制器，控制器对数控加工指令进行解码，执行诸如圆弧插补、直线插补、快速定位等各种复杂的运动控制功能。

Claims (4)

1.可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块，其特征是：包括CPU控制单元(U1)，轴定位控制单元(U2)通过地址总线、数据总线和控制总线连接到CPU控制单元(U1)，输入信号隔离单元(U4)的输入端连接X、Y、Z轴反馈信号，输入信号隔离单元(U4)的输出端连接轴定位控制单元(U2)的输入，轴定位控制单元(U2)的输出端连接输出信号隔离单元(U5)，输出信号隔离单元(U5)输出X、Y、Z轴驱动信号；CPU控制单元(U1)连接以太网通信单元(U3)，以太网通信单元(U3)的端口连接到RJ-45接口。

2.如权利要求1所述的可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块，其特征是所述CPU控制单元(U1)的输出连接到指示多轴定位控制模块工作状态的LED面板指示单元(U6)。

3.如权利要求1所述的可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块，其特征是所述轴定位控制单元(U2)采用日本NPM的LSI PCL6000系列IC。

4.如权利要求1所述的可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块，其特征是所述以太网通信单元(U3)采用内嵌硬件TCP/IP内核的网络集成电路。

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