CN207281544U - 基于EtherCAT总线的通用型实时运动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于EtherCAT总线的通用型实时运动控制系统，包括主站和从站，其主要改进之处在于：主站与从站之间通过EtherCAT总线连接；从站连接电机的驱动器，并接收电机和/或装配于电机上编码器的反馈信号；主站提供人机交互界面和运动控制功能；运动控制功能主要由运动控制单元和通信单元组成；从站包括从站控制微处理器和脉冲发生微控制器；从站控制微处理器用作从站的通信单元以及处理单元，负责处理EtherCAT通信和解析数据的任务；每个从站包含一个或多个脉冲发生微控制器，每个脉冲发生微控制器包含多个脉冲发生单元，每个脉冲发生单元都能够独立的发送脉冲控制驱动器。具有实时性强、控制精度高、开放性强等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种运动控制系统，尤其是一种基于EtherCAT总线的高精度、高实时性的通用型运动控制系统。
背景技术
现有的运动控制系统一般是基于专用运动控制芯片或者FPGA芯片，由主控制器根据运动过程产生运动数据和指令，并将运动控制数据发送至运动控制芯片或者FPGA芯片。接收到数据和命令后，运动控制芯片或者FPGA芯片将其解析为脉冲信号，进而控制驱动器驱动电机按照主控制器规划的过程运动。这类运动控制系统存在以下问题：虽然最终的运动控制都是通过脉冲控制实现，但是各个厂商都使用独家的指令系统进行通信，导致这些运动控制系统的开放性差、移植困难，需要专业的人员进行开发和维护；主控制器一般为嵌入式系统或者PC系统，嵌入式系统实时性好，但是运算能力和存储容量有限，难以实现多轴的精确控制；PC系统的运算能力强，存储容量大，但PC系统是非实时系统，无法实现精确控制。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种基于EtherCAT总线的通用型实时运动控制系统，具有集成度高、实时性强、控制精度高、开放性强、易于移植的特点。本实用新型采用的技术方案是：
一种基于EtherCAT总线的通用型实时运动控制系统，包括主站和从站，其主要改进之处在于：主站与从站之间通过EtherCAT总线连接；
从站连接电机的驱动器，并接收电机和/或装配于电机上编码器的反馈信号；
主站提供人机交互界面和运动控制功能；运动控制功能主要由运动控制单元和通信单元组成；
从站包括从站控制微处理器和脉冲发生微控制器；从站控制微处理器用作从站的通信单元以及处理单元，负责处理EtherCAT通信和解析数据的任务；每个从站包含一个或多个脉冲发生微控制器，每个脉冲发生微控制器包含多个脉冲发生单元，每个脉冲发生单元都能够独立的发送脉冲控制驱动器。
进一步地，一个主站连接并控制多个从站。
更进一步地，多个从站级联连接。
具体地，主站是包括工控机、显示屏、键盘和鼠标组成的PC系统，或者是主要由单片机构成的嵌入式系统。
本实用新型的优点在于：本实用新型采用EtherCAT通讯总线，提高了系统的传输速率和实时性；同时所有符合EtherCAT协议的主站均可以作为运动控制系统的主控制器，提高了系统开放性，降低了系统的移植难度；采用脉冲发生单元发出的脉冲信号控制驱动器，这兼容目前大部分的电机驱动器，使得现有的系统在不更换驱动器的情况下，可以直接更换运动控制系统实现高实时性、高精度的运动控制；采用通讯与脉冲发生分离的方式，这使得系统可以同时进行通信和脉冲发生，这既能提高通信速率，又使得运动控制过程更加平顺，有利于提高控制精度；采用独立的脉冲发生单元，各脉冲发生单元相互独立，从通信单元中获得数据，然后分别独立并行产生脉冲数据，提高了系统集程度。这使得单个运动控制从站便可以控制至少6个驱动器。
附图说明
图1为本实用新型的结构组成示意图。
图2为本实用新型的主站与从站连接示意图。
图3为本实用新型的数据通信示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型提供一种基于EtherCAT总线的通用型实时运动控制系统，如图1和图2所示，包括主站和从站，一个主站可以控制多个从站；主站与从站之间通过EtherCAT总线连接；每个从站至少可以控制6个驱动器；从站连接电机的驱动器，并接收电机和/或装配于电机上编码器的反馈信号；多个从站可以级联连接，以便可以连接更多的驱动器，如图1所示。
主站可以是包括工控机、显示屏、键盘和鼠标组成的PC系统，也可以是主要由单片机构成的嵌入式系统；基于PC的主站通常使用网络接口卡，其中的网卡芯片集成了以太网通信控制器和物理数据收发器；嵌入式主站通常将通信控制器集成到微处理器中；从站采用单片机通信和控制脉冲发生；数据传输采用EtherCAT数据帧格式，数据帧经过从站节点时，从站从数据帧中读取数据，并将送给主站的数据添加至数据帧。从站中通信单元和脉冲发生单元由各自单片机控制，互不影响，实现通信和脉冲发生的同步进行。脉冲发生单元相互独立，互不发生影响，每个脉冲发生单元独立控制一个驱动器。
主站提供人机交互界面和运动控制功能；运动控制功能由运动控制单元和通信单元组成，运动控制单元实现运动的规划和监测，通信单元负责将运动控制数据和命令下发至从站；从站包含通信单元和脉冲发生单元，通信单元在接收到主站发送的数据和指令后，经过解析发送给各个脉冲发生单元，脉冲发生单元在接收待数据后经过计算产生脉冲数据，并发生脉冲信号。
从站包含从站控制微处理器和脉冲发生微控制器，从站控制微处理器用作从站的通信单元以及处理单元，负责处理EtherCAT通信和解析数据的任务；从站控制微处理器获得数据之后，对数据进行解析，并将解析之后的结果下发至脉冲发生微控制器；每个从站包含一个或多个脉冲发生微控制器，每个脉冲发生微控制器包含多个脉冲发生单元，每个脉冲发生单元都可以独立的发送脉冲控制驱动器；脉冲发生微处理器在接受到从站控制微处理器的数据后，根据这些数据计算脉冲数据，并将脉冲数据缓存至存储器中，然后等待脉冲发生信号，在脉冲发生信号到达之后，所有的脉冲发生单元同步同时开始发生脉冲信号，精确的同步保证了运动控制的精度。
在图3的例子中，一个从站包括两个从站控制微处理器，每个从站控制微处理器又包括3个脉冲发生单元。
Claims (4)
1.一种基于EtherCAT总线的通用型实时运动控制系统，包括主站和从站，其特征在于：主站与从站之间通过EtherCAT总线连接；
从站连接电机的驱动器，并接收电机和/或装配于电机上编码器的反馈信号；
主站提供人机交互界面和运动控制功能；运动控制功能主要由运动控制单元和通信单元组成；
从站包括从站控制微处理器和脉冲发生微控制器；从站控制微处理器用作从站的通信单元以及处理单元，负责处理EtherCAT通信和解析数据的任务；每个从站包含一个或多个脉冲发生微控制器，每个脉冲发生微控制器包含多个脉冲发生单元，每个脉冲发生单元都能够独立的发送脉冲控制驱动器。
2.如权利要求1所述的基于EtherCAT总线的通用型实时运动控制系统，其特征在于：
一个主站连接并控制多个从站。
3.如权利要求2所述的基于EtherCAT总线的通用型实时运动控制系统，其特征在于：
多个从站级联连接。
4.如权利要求1、2或3所述的基于EtherCAT总线的通用型实时运动控制系统，其特征在于：
主站是包括工控机、显示屏、键盘和鼠标组成的PC系统，或者是主要由单片机构成的嵌入式系统。
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