CN202583811U - 一种基于EtherCAT总线技术的多轴同步运动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于EtherCAT总线技术的多轴同步运动控制系统，该控制系统包括收线卷轴和缠绕有切割线的放线卷轴，切割线依次绕过放线张力轮、多个主轴、收线张力轮后连接在收线卷轴上；所述多个主轴分别与相应的同步伺服电机相联，控制同步伺服电机运转的工业PC的信号输入端分别与温度测量与控制模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块和数字量输出模块相连。本实用新型保证了此种太阳能设备的自动化程度的精准度，提高了生产质量和效率。

Description

一种基于EtherCAT总线技术的多轴同步运动控制系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池制造自动化设备领域，尤其涉及一种用于太阳能硅(方碇、圆棒)剖方设备的高速、实时定位系统。

背景技术

太阳能电池作为可再生的环保能源已经越来越受到人们的关注，与其相关的生产工艺及生产设备也得到了迅猛的发展。长期以来太阳能硅(方碇、圆棒)工序采用单片或工业PC集中控制、下级再集成运动控制模块或者专门用于运动控制的第三方定位产品，通讯能力及定位精准性受控，工业现场易受到电气信号干扰(模拟电压/电流技术)，多种通讯协议混杂等的限制，造成控制多样且繁杂，控制成本高，系统拓展性、移植性差。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型旨在提供一种基于EtherCAT总线技术的多轴同步运动控制系统，该控制系统使用自动化软件TwinCAT提供的运动控制解决方案与德国倍福公司的驱动放大器相结合，实现高动态需求的单轴和多轴定位，系统具有几近无限的拓展能力(65535个下位受控终端)和良好的可移植性(基于以太网的EtherCAT总线技术及上位自动化软件TwinCAT)。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于EtherCAT总线技术的多轴同步运动控制系统，包括收线卷轴和缠绕有切割线的放线卷轴，切割线依次绕过放线张力轮、多个主轴、收线张力轮后连接在收线卷轴上；其结构特点是，所述多个主轴分别与相应的同步伺服电机相联，控制同步伺服电机运转的工业PC的信号输入端分别与温度测量与控制模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块和数字量输出模块相连。

为了保证收线同步，所述收线张力轮和收线卷轴之间设有收线同步轮。

进一步地，所述主轴为四根，其中两根分别与两个转速相同的伺服电机相联。

籍由上述结构，本实用新型主要由工业PC、AX5000伺服驱动器、AM2^＊＊＊系列同步伺服电机、张力检测反馈机构等组成，基于以太网的高速现场工业总线：EtherCAT。集成了EtherCAT总线技术的伺服放大模块具有如此高的通讯速度(最快31.25μS的电流控制周期实现高速动态定位技术)完全可以满足系统对多轴定位的动态响应要求。

本实用新型的控制系统能提供高速精准和极强的纠错能力，标准以太网MAC或者更便宜的标准网卡(NIC)足以作为控制器中的硬件使用。DMA(直接存储器存取)用于将数据传输到PC。这意味着网络访问对CPU性能没有影响。在BECKHOFF多端口卡中运用了相同的原理，他在一个PCI插槽中捆绑最多4个以太网通道。

所述的EtherCAT协议对过程数据进行了优化，它被直接传送到以太网帧，或被压缩到UDP/IP报文中。UDP协议在其他子网中的EtherCAT网段由路由器进行寻址的情况下使用。以太网中可能包含若干个EtherCAT报文，每个报文专门用于特定存储区域，该存储区域可以编制大小达4GB的逻辑过程映像。由于数据链独立于网络中EtherCAT端子模块的物理顺序可进行任意寻址。从站之间可进行广播、多点传输和通讯。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：利用上述的高速、准确通讯方式及协议，所述的AX5000系列伺服放大器和PC之间以及各个运动模块之间可进行各种同步或联动定位、速度控制任务，最快31.25μS的电流控制周期实现高速动态定位。系统运行时4个主轴之间执行完全的同步控制任务，主、辅助给进轴亦执行完全的同步速度控制任务，而收放线轴执行同线速度的控制任务，排丝电机则执行基于收放线轴的有某种函数关系的联动位置控制任务，2个张力控制轴执行钢线张力的力矩控制任务。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的控制框图。

在图中：

1-温度测量与控制模块；2-模拟量输入模块；3-模拟量输出模块；4-数字量输入模块；5-数字量输出模块；6-主轴；7-放线卷轴；8-收线卷轴；9-收线张力轮；10-放线张力轮；11-收线同步轮。

具体实施方式

一种基于EtherCAT总线技术的多轴同步运动控制系统，包括收线卷轴8和缠绕有切割线的放线卷轴7，切割线依次绕过放线张力轮10、四根主轴6、收线张力轮9、收线同步轮11后连接在收线卷轴8上；所述多个主轴6分别与相应的同步伺服电机相联，控制同步伺服电机运转的工业PC的信号输入端分别与温度测量与控制模块1、模拟量输入模块2、模拟量输出模块3、数字量输入模块4和数字量输出模块5相连。

所述四根主轴中的两根分别与两个转速相同的伺服电机相联。

如图1所示，本实用新型的控制系统控制软件TwinCAT采集温度信号、压力信号、开关量信号和各个伺服驱动器状态信号，在确定系统处于可自动运行状态后开始安装事先预设的钢线速度、钢线加速度、进刀速度、张力等开始自动运行。如图1所示，运行过程中4个主轴按照预设的速度、加速度进行完全同步的启动、加速、减速停止这3个动作的周期往复运动。

与此同时收、放线轴也执行完全同步的同线速度的启动、加速、停止的运动，排丝电机则执行相对收放线电机的具有一定函数关系的上下往复运动，且该电机轴具有自动校正、自动纠错功能。而同时张力控制电机轴则驱动张力臂对整根钢线进行力矩的闭环控制，从而实现整个系统钢线的张力均衡。2个进刀电机轴执行完全同步的预设速度，匀速推动工件直线运动。

由上描述可见系统有多达10电机轴进行同步或联动运动，如何保持各个轴之间的快速响应、消除误差、迅速纠错成为控制任务的核心，而基于EtherCAT总线技术运动控制系统很好的解决了这些问题，实现了工程预想。

Claims (3)

1.一种基于EtherCAT总线技术的多轴同步运动控制系统，包括收线卷轴(8)和缠绕有切割线的放线卷轴(7)，切割线依次绕过放线张力轮(10)、多个主轴(6)、收线张力轮(9)后连接在收线卷轴(8)上；其特征是，所述多个主轴(6)分别与相应的同步伺服电机相联，控制同步伺服电机运转的工业P C的信号输入端分别与温度测量与控制模块(1)、模拟量输入模块(2)、模拟量输出模块(3)、数字量输入模块(4)和数字量输出模块(5)相连。

2.根据权利要求1所述的基于EtherCAT总线技术的多轴同步运动控制系统，其特征是，所述收线张力轮(9)和收线卷轴(8)之间设有收线同步轮(11)。

3.根据权利要求1所述的基于EtherCAT总线技术的多轴同步运动控制系统，其特征是，所述主轴(6)为四根，其中两根分别与两个转速相同的伺服电机相联。

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