CN201853110U

CN201853110U - 伺服控制系统

Info

Publication number: CN201853110U
Application number: CN2010205221205U
Authority: CN
Inventors: 毕建波; 吴绍海
Original assignee: Chengdu Vista CNC Manufacture Co Ltd
Current assignee: Chengdu Vista CNC Manufacture Co Ltd
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2020-09-09

Abstract

本实用新型公开了应用于精密数控机床加工设备的伺服控制系统，包括可编程控制单元，伺服驱动单元，总线通讯单元尤其是CANopen通讯单元。通讯单元将接收的伺服驱动单元的数据传送给可编程控制单元，并将可编程控制单元的输出信号发送给伺服驱动单元。本实用新型取消可编程控制器的定位模块，用CANopen通讯单元取代脉冲信号线与控制线，用线减少了三分之二，节约了成本，同时大大降低了线路的故障率；CANopen总线传送的数字信号解决了现有技术中脉冲频率太高而限制速度的问题和个别脉冲信号伺服驱动器无法识别的问题，可以将速度提高1.5倍，提高加工效率，将精度从原来的0.5mm提高0.3mm。

Description

伺服控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种伺服控制系统，尤其是一种采用CANopen总线通信的用于精密数控加工设备的伺服控制系统。

背景技术

随着国家的进步及发展，钢结构产业越来越受到重视，同时钢结构生产所需要的设备也得到较快发展，用于钢结构方面的机床品种越来越多，其中尤其以平面钻孔设备和三维钻孔设备最受欢迎。在一些行业用钢结构中，例如在桥梁所用H型钢和汽车平衡轴的钻孔加工中，对孔的位置精度要求相当高，对加工效率要求越来越高。现有技术的钻孔设备中普遍采用的伺服控制系统的控制模式是发送脉冲定位，即伺服控制系统的可编程控制器包含有定位模块，可编程控制器的定位模块通过控制线向伺服驱动器发送脉冲信号和方向信号，通过设置确定将脉冲信号上升信号或者高电平作为脉冲计数基准，如图5所示，伺服驱动器根据读取的脉冲信号数量来确定定位长度，伺服驱动器将脉冲信号乘上倍率后就直接发送给伺服电机；可以通过改变可编程控制器的定位模块脉冲的发送频率以控制伺服电机的运动速度；方向信号是作为伺服电机正反转的依据。

现有技术采用脉冲信号确定定位长度的技术，存在以下的缺点：

1）脉冲信号在传输过程中很容易受到干扰，特别在传输线路较长时，变频器线路、手机信号和其它信号线都很容易使脉冲信号产生尖峰的干扰脉冲，驱动器就会将干扰脉冲其作为一个有效脉冲信号处理，如图6所示，驱动器会将干扰脉冲1作为一个有效脉冲，干扰脉冲2将正常的脉冲信号分为两个脉冲，直接造成的将是定位误差；

2）可编程控制器的定位模块发送的脉冲信号将经过伺服驱动器处理后传送至伺服电机，脉冲信号传输与处理时间将反映在伺服电机旋转上，造成设备行走滞后；

3）因为所有伺服驱动器对脉冲信号频率都有一个限制值，所以当脉冲信号频率太高时，伺服驱动器将无法识别到脉冲信号，因此设备运动速度将受到限制，降低加工效率；

4）当脉冲信号频率较高但在伺服驱动器限制值以下，很容易出现个别脉冲伺服驱动器无法识别，造成脉冲丢失，从而造成定位不准确；

5）接线复杂，除了脉冲信号线以外还需要很多控制线，线路故障率高；

6）可扩展性差，当需增加数控轴时，必须更改硬件配置。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的存在的缺点，提供一种采用CANopen总线通信的用于精密数控加工设备的伺服控制系统，本实用新型的伺服控制系统可以有效的解决现有技术存在的缺点。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种伺服控制系统，包括可编程控制单元和伺服驱动单元，其特征在于，还包括总线通讯单元，所述总线通讯单元将接收的伺服驱动单元的数据传送给可编程控制单元，并将可编程控制单元的输出信号发送给伺服驱动单元。

上述总线通讯单元为CANopen总线通讯模块。

更进一步的改进是，所述伺服驱动单元包括伺服驱动模块和变频模块；所述CANopen总线通讯模块由CANopen总线分线模块组成，所述CANopen总线分线模块将接收的伺服驱动模块和变频模块的数字信号传送给可编程控制单元，并将可编程控制单元的输出信号发送给伺服驱动模块和变频模块。

更进一步的改进是，所述伺服驱动模块包括固定侧X轴伺服驱动器、固定侧Y轴伺服驱动器、上单元X轴伺服驱动器、上单元Y轴伺服驱动器、移动侧X轴伺服驱动器、移动侧Y轴伺服驱动器、移动托板伺服驱动器、送料小车伺服驱动器和送料小车夹钳升降伺服驱动器；所述变频模块包括固定侧变频器、上单元变频器和移动侧变频器。

更进一步的改进是，所述固定侧X轴伺服驱动器、固定侧Y轴伺服驱动器、上单元X轴伺服驱动器、上单元Y轴伺服驱动器、移动侧X轴伺服驱动器、移动侧Y轴伺服驱动器、移动托板伺服驱动器、送料小车伺服驱动器和送料小车夹钳升降伺服驱动器均为施耐德Lexium05伺服驱动器；所述固定侧变频器、上单元变频器和移动侧变频器均为施耐德ATV31变频器；所述可编程控制器为施耐德M340可编程控制器。

更进一步的改进是，所述CANopen总线分线模块包括三个CANopen总线分线器，第一CANopen总线分线器的总线输入端口（IN）通过CANopen总线与可编程控制器电联接，其总线输出端口（OUT）与第二CANopen总线分线器的总线输入端口（IN）电联接，第二CANopen总线分线器的总线输出端口（OUT）与第三CANopen总线分线器的总线输入端口（IN）电联接。

本实用新型通过以上的技术方案可以实现以下有益效果：

1、取消可编程控制器的定位模块，用CANopen总线取代脉冲信号线与控制线，用线减少了三分之二，节约了成本，同时大大降低了线路的故障率；

2、CANopen总线传送的数字信号替代了现有技术的脉冲信号，解决了现有技术中脉冲频率太高而限制速度的问题，可以将速度提高到原来的1.5倍，提高加工效率；

3、CANopen总线传送的数字信号替代了现有技术的脉冲信号，解决了现有技术中个别脉冲信号伺服驱动器无法识别的问题，将精度从原来的0.5mm提高0.3mm。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型伺服控制系统的原理框图。

图2是图1伺服控制系统的更进一步详细的原理图。

图3是本实用新型伺服控制系统M340可编程控制器的内部存储字与本实用新型伺服控制系统的原理框图和ATV31变频器的确参数存储地址建立连接的配置图。

图4是本实用新型伺服控制系统的CANopen总线通信流程图。

图5是现有技术伺服控制系统的原理框图。

图6是现有技术干扰信号产生的干扰脉冲原理图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1和图2所示，本实用新型的一种伺服控制系统，用于精密数控加工设备。在本实用新型的实施例中，以用于钢结构的三维钻孔机床的伺服控制系统予以对本实用新型进行详细说明。

本实用新型伺服控制系统，包括可编程控制单元、伺服驱动单元和总线通讯单元，所述总线通讯单元将接收的伺服驱动单元的数据传送给可编程控制单元，并将可编程控制单元的输出信号发送给伺服驱动单元。可编程控制单元与伺服驱动单元通过总线通讯单元通讯，尤其是采用CANopen总线通信模块通讯。本实用新型中，所述伺服驱动单元包括伺服驱动模块和变频模块。还包括CANopen总线分线模块。所述伺服驱动模块和变频模块通过CANopen总线分线模块与可编程控制单元实现CANopen总线通信，即CANopen总线分线模块将接收的伺服驱动模块和变频模块的数字信号传送给可编程控制单元，并将可编程控制单元的输出信号发送给伺服驱动模块和变频模块。所述CANopen总线分线模块包括三个CANopen总线分线器，第一CANopen总线分线器的总线输入端口（IN）通过CANopen总线与可编程控制器电联接，其总线输出端口（OUT）与第二CANopen总线分线器的总线输入端口（IN）电联接，第二CANopen总线分线器的总线输出端口（OUT）与第三CANopen总线分线器的总线输入端口（IN）电联接。

本实用新型的实例中，上述的伺服控制模块包括固定侧X轴伺服驱动器、固定侧Y轴伺服驱动器、上单元X轴伺服驱动器、上单元Y轴伺服驱动器、移动侧X轴伺服驱动器、移动侧Y轴伺服驱动器、移动托板伺服驱动器、送料小车伺服驱动器和送料小车夹钳升降伺服驱动器；所述变频模块包括固定侧变频器、上单元变频器和移动侧变频器。其中固定侧X轴伺服驱动器、固定侧Y轴伺服驱动器、上单元X轴伺服驱动器和上单元Y轴伺服驱动器与第一CANopen总线分线器电联接，移动侧X轴伺服驱动器、移动侧Y轴伺服驱动器、移动托板伺服驱动器和送料小车伺服驱动器与第二CANopen总线分线器电联接，送料小车夹钳升降伺服驱动器、固定侧变频器、上单元变频器和移动侧变频器与第三CANopen总线分线器电联接。

CANopen总线为差分方式控制的两线总线，由CAN-high、CAN-low和接地线组成，利用伺服驱动器的120欧姆终端电阻在CAN-high和CAN-low之间建立电平差，即CANopen通信信号。

本实用新型的实施例中的可编程控制器优选采用施耐德M340可编程控制器，9个伺服驱动器均优选采用施耐德Lexium05伺服驱动器；3个变频器优选采用施耐德ATV31变频器。为了保证CANopen通讯总线连接完整性与CANopen通讯正确性，M340可编程控制器定义了与CANopen总线连接完整性与CANopen通讯正确性的内部状态字，可以显示总线状态、通讯状态、从站状态和当前通讯步骤等信息。CANopen通讯分为SDO和PDO两种类型的交换，PDO是与过程数据的通讯接口对象，它允许数据实时交换。本实用新型使用PDO交换进行循环读写数据，主要用于读取伺服驱动器状态字、伺服电机位置、伺服电机极限状态、伺服驱动器运行方式，写入伺服驱动器控制字、伺服电机运行目标位置与速度、启动手动运行。要使用此CANopen总线通信，就需要进行配置，将M340可编程控制器的内部存储字与Lexium05伺服驱动器和ATV31变频器的确参数存储地址建立关联，其关联配置如图3所示。SDO允许通过请求访问设备数据，本实用新型主要用此种交换进行数据一次写入，主要用于写入伺服驱动器转速、伺服驱动器运行方式、伺服驱动器找基准运行方式、伺服驱动器基准数据。此种交换用M340可编程控制器命令Write_var执行。通讯流程如图4，M340可编程控制器实时检查CANopen通讯总线运行状况，出现异常产生报警让设备停止运转，M340根据通讯配置与Write_var命令分别通过SDO和PDO交换运行读写数据，伺服驱动器与变频器接受数据进行分析处理后回传数据，M340可编程控制器对回传数据进行分析，检查是否通讯正确完成，如果数据错误将产生报警让设备停止运转，如果数据正确将根据要求进行下一次通讯。

通过本实用新型的技术方案，取消可编程控制器定位模块，用CANopen通讯总线取代脉冲信号线与控制线，用线减少了三分之二，节约了成本。将速度提高到原来的1.5倍，提高加工效率。将精度从原来的0.5mm提高0.3mm, 将我国精密数控加工设备的加工精度提高一个台阶。可靠性，抗干扰性大大增强。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.伺服控制系统，包括可编程控制单元和伺服驱动单元，其特征在于，还包括总线通讯单元，所述总线通讯单元将接收的伺服驱动单元的数据传送给可编程控制单元，并将可编程控制单元的输出信号发送给伺服驱动单元。

2.根据权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，所述总线通讯单元为CANopen总线通讯模块。

3.根据权利要求2所述的伺服控制系统，其特征在于，所述伺服驱动单元包括伺服驱动模块和变频模块；所述CANopen总线通讯模块由CANopen总线分线模块组成，所述CANopen总线分线模块将接收的伺服驱动模块和变频模块的数字信号传送给可编程控制单元，并将可编程控制单元的输出信号发送给伺服驱动模块和变频模块。

4.根据权利要求3所述的伺服控制系统，其特征在于，所述伺服驱动模块包括固定侧X轴伺服驱动器、固定侧Y轴伺服驱动器、上单元X轴伺服驱动器、上单元Y轴伺服驱动器、移动侧X轴伺服驱动器、移动侧Y轴伺服驱动器、移动托板伺服驱动器、送料小车伺服驱动器和送料小车夹钳升降伺服驱动器；所述变频模块包括固定侧变频器、上单元变频器和移动侧变频器。

5.根据权利要求4所述的伺服控制系统，其特征在于，所述固定侧X轴伺服驱动器、固定侧Y轴伺服驱动器、上单元X轴伺服驱动器、上单元Y轴伺服驱动器、移动侧X轴伺服驱动器、移动侧Y轴伺服驱动器、移动托板伺服驱动器、送料小车伺服驱动器和送料小车夹钳升降伺服驱动器均为施耐德Lexium05伺服驱动器；所述固定侧变频器、上单元变频器和移动侧变频器均为施耐德ATV31变频器。

6.根据权利要求3所述的伺服控制系统，其特征在于，所述CANopen总线分线模块包括三个CANopen总线分线器，第一CANopen总线分线器的总线输入端口（IN）通过CANopen总线与可编程控制器电联接，其总线输出端口（OUT）与第二CANopen总线分线器的总线输入端口（IN）电联接，第二CANopen总线分线器的总线输出端口（OUT）与第三CANopen总线分线器的总线输入端口（IN）电联接。

7.根据权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，所述可编程控制器为施耐德M340可编程控制器。