CN207782691U - 一种基于EtherCat总线的步进驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种基于EtherCat总线的步进驱动器，若干个步进驱动器串联，第一个步进驱动器与主机连接，各步进驱动器分别连接一步进电机；步进驱动器包括一电路板，电路板上设置有：第一水晶头、第二水晶头、驱动器和微处理器；第一水晶头连接主机或其他步进驱动器的第二水晶头，第二水晶头连接其他步进驱动器的第一水晶头，驱动器连接第一水晶头、第二水晶头和微处理器；驱动器与主机进行EtherCat通讯，将控制指令传输给微处理器和所接的步进驱动器；微处理器输出PWM脉冲给驱动器驱动步进电机工作。多个步进驱动器同时控制工作，解决了现有不能实现一台主机同时对多台步进伺服驱动器进行控制的问题。

Description

一种基于EtherCat总线的步进驱动器

技术领域

本实用新型涉及电机控制领域，尤其涉及一种基于EtherCat总线的步进驱动器。

背景技术

目前，步进控制系统大多不具备EtherCat总线的功能。在多轴步进伺服电机的场合下，EtherCat总线与传统的步进伺服驱动器相比，不需要大量的信号发生器，节约成本且少了繁琐的操作。但国内电机控制领域对EtherCat总线的开发和应用尚处于起步阶段，技术不够成熟，在高速运转时效果不理想，还不能实现一台主机同时对多台步进伺服驱动器进行控制。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种基于EtherCat总线的步进驱动器，以解决现有不能实现一台主机同时对多台步进伺服驱动器进行控制的问题。

本实用新型实施例提供一种基于EtherCat总线的步进驱动器，若干个步进驱动器串联，第一个步进驱动器与主机连接，各步进驱动器分别连接一步进电机；所述步进驱动器包括一电路板，所述电路板上设置有：第一水晶头、第二水晶头、驱动器和微处理器；所述第一水晶头连接主机或其他步进驱动器的第二水晶头，第二水晶头连接其他步进驱动器的第一水晶头，驱动器连接第一水晶头、第二水晶头和微处理器；

所述驱动器通过第一水晶头与主机进行EtherCat通讯，将主机输出的控制指令传输给微处理器、还通过第二水晶头传输给所连接的步进驱动器；微处理器根据控制指令对相应的工作参数进行设置和调整，输出对应的PWM脉冲给驱动器；驱动器根据PWM脉冲驱动步进电机工作。

可选地，所述的基于EtherCat总线的步进驱动器中，所述驱动器的型号为lan9252，使用以太网数据帧传输控制指令。

可选地，所述的基于EtherCat总线的步进驱动器中，所述步进驱动器还包括存储器，用于设置存储区域存储EtherCat数据帧的子报文。

可选地，所述的基于EtherCat总线的步进驱动器中，所述微处理器还接收用户设置的细分的时间对PWM脉冲的电流进行细分。

可选地，所述的基于EtherCat总线的步进驱动器中，所述水晶头为RJ45水晶头。

可选地，所述的基于EtherCat总线的步进驱动器中，所述RJ45水晶头的外壳通过一个电阻连接至电路板的接地脚。

本实用新型实施例提供的技术方案中，若干个基于EtherCat总线的步进驱动器串联，第一个步进驱动器与主机连接，各步进驱动器分别连接一步进电机；所述步进驱动器包括一电路板，所述电路板上设置有：第一水晶头、第二水晶头、驱动器和微处理器；所述第一水晶头连接主机或其他步进驱动器的第二水晶头，第二水晶头连接其他步进驱动器的第一水晶头，驱动器连接第一水晶头、第二水晶头和微处理器；所述驱动器通过第一水晶头与主机进行EtherCat通讯，将主机输出的控制指令传输给微处理器、还通过第二水晶头传输给所连接的步进驱动器；微处理器根据控制指令对相应的工作参数进行设置和调整，输出对应的PWM脉冲给驱动器；驱动器根据PWM脉冲驱动步进电机工作。多个步进驱动器同时控制工作，解决了现有不能实现一台主机同时对多台步进伺服驱动器进行控制的问题。并且相比现有的脉冲加方向式步进驱动器，大大节约了成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例中基于EtherCat总线的步进驱动器的结构框图。

图2为本实用新型实施例中基于EtherCat总线的步进驱动器中的EtherCat数据帧的结构图。

图3为本实用新型实施例中步进电机的细分示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例中提供的基于EtherCat总线的步进驱动器，若干个基于EtherCat总线的步进驱动器(图中示出步进驱动器1～3)串联，其中的第一个步进驱动器(即步进驱动器1)与主机连接，各步进驱动器分别连接一步进电机；所述步进驱动器包括一电路板，所述电路板上设置有：第一水晶头10、第二水晶头20、驱动器30和微处理器40；所述第一水晶头10连接主机或其他步进驱动器的第二水晶头20，第二水晶头20连接其他步进驱动器的第一水晶头10，驱动器30连接第一水晶头10、第二水晶头20和微处理器40。驱动器30通过第一水晶头10与主机进行EtherCat通讯，将主机输出的控制指令传输给微处理器40、还通过第二水晶头20传输给所连接的步进驱动器；微处理器40根据控制指令对相应的工作参数进行设置和调整，输出对应的PWM脉冲给驱动器30；驱动器30根据PWM脉冲驱动步进电机工作。

以步进驱动器1～3为例，步进驱动器与主机之间，各步进驱动器之间的连接具体为：步进驱动器1的第一水晶头连接主机，步进驱动器1的第二水晶头连接步进驱动器2的第一水晶头，步进驱动器2的第二水晶头连接步进驱动器3的第一水晶头，以此类推。各个步进驱动器之间通过相应的水晶头串行连接，这样只需一个主机一个接口便可以同时控制多个步进驱动器。多个步进驱动器同时控制工作，相比现有的脉冲加方向式步进驱动器，大大节约了成本；并且在主机上设置好每一个步进驱动器的参数即可同时运行，操作非常方便。

其中，所述驱动器30采用型号为lan9252的芯片及其外围电路(其为现有技术，包括2.5MHZ的晶振)构成EtherCAT总线电路。所述微处理器40的型号可以使DSP或者arm内核的32位单片机。驱动器30和微处理器40采用EtherCat总线技术，EtherCat使用以太网数据帧进行传输。如图2所示，帧的类型固定为0x88a4，EtherCat数据帧中包含两个字节的EtherCat帧头和44～1498字节的EtherCat数据。则所述步进驱动器还包括存储器50，用于设置存储区域存储EtherCat数据帧的子报文。EtherCat数据区域由一个或者多个子报文组成，每一个子报文对应一个从站的存储区域。在EtherCAT伺服驱动控制协议中使用的是COE控制应用协议，支持CANopen协议中的CIA 402和SERCOS协议的应用层，可兼容性强。现有的一些PLC(可编程逻辑控制器)均支持EtherCAT总线技术，因此在步进驱动器上还可以由PLC控制。

本实施例的步进电机为两相步进电机，其运行时如果不做电流处理就会一步一步非常震动的运行。需将AB两相的电流做成正弦相位差90°的方式，通过矢量合成将每一步平稳的运行下去。理想情况下，电流符合正弦函数，但是实际情况电流的设置是离散的。为了让电流趋于平稳，本实施例的微处理器40能进行细分设置，如图3所示，t0便是每一个细分使用的时间，当t0趋于无穷小，可认为其是正弦信号，最大电流Imax为正弦信号的峰值。微处理器40根据用户设定的细分的时间进行细分，即接收用户设置的细分的时间对PWM脉冲的电流进行细分，这样采用纯正弦电流矢量控制步进电机能有效降低步进电机的发热。

进一步实施例中，还可加入微细分，在t0中再次细分，以解决用户在步进电机运行速度小、设置细分小的情况下造成的步进电机运行不平滑的问题。当速度较快，用户设置细分足够的情况下，再设置微细分会造成微处理器负荷过大，进而出现丢帧的现象。在具体实施时，对所有细分档位在步进电机驱动器1内部构建一个公共的细分档位，这个公共细分档位为外部用户设定细分档位的最小公倍数的整数倍。根据用户设置的速度(频率)以及用户设定细分计算出每个PWM周期需要输出的脉冲数再乘以公倍数，得到真正每个PWM周期要输出的内部微细分脉冲数，每个内部微细分所用的时间即t0比上公倍数，它对应的电流值也即是t0这个区间内与之对应的电流值，这样就可以达到电机在小细分低速运行时性能达到最大细分运行时一样的平稳度和静音效果，电流波形为完全的正弦波，即使在极低的速度段也不存在阶梯。

进一步实施例中，所述水晶头采用内置隔离的RJ45水晶头，该RJ45水晶头的外壳通过一个电阻连接至电路板的接地脚GND，这样可以有效的减少外壳静电对总线造成的干扰。

综上所述，本实用新型提供的基于EtherCat总线的步进驱动器使用EtherCAT总线技术，支持CANopen协议中的CIA 402和SERCOS协议，一台主机可同时控制多个步进驱动器，进而控制多台设备，可兼容性强；内置细分和微细分，能保证在低速低细分时步进电机平稳运行，从而达到多轴控制时平稳、高效、精准的效果。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于EtherCat总线的步进驱动器，其特征在于，若干个步进驱动器串联，第一个步进驱动器与主机连接，各步进驱动器分别连接一步进电机；所述步进驱动器包括一电路板，所述电路板上设置有：第一水晶头、第二水晶头、驱动器和微处理器；所述第一水晶头连接主机或其他步进驱动器的第二水晶头，第二水晶头连接其他步进驱动器的第一水晶头，驱动器30连接第一水晶头、第二水晶头和微处理器；

所述驱动器通过第一水晶头与主机进行EtherCat通讯，将主机输出的控制指令传输给微处理器、还通过第二水晶头传输给所连接的步进驱动器；微处理器根据控制指令对相应的工作参数进行设置和调整，输出对应的PWM脉冲给驱动器；驱动器根据PWM脉冲驱动步进电机工作。

2.根据权利要求1所述的基于EtherCat总线的步进驱动器，其特征在于，所述驱动器的型号为lan9252，使用以太网数据帧传输控制指令。

3.根据权利要求2所述的基于EtherCat总线的步进驱动器，其特征在于，所述步进驱动器还包括存储器，用于设置存储区域存储EtherCat数据帧的子报文。

4.根据权利要求1所述的基于EtherCat总线的步进驱动器，其特征在于，所述微处理器还接收用户设置的细分的时间对PWM脉冲的电流进行细分。

5.根据权利要求1所述的基于EtherCat总线的步进驱动器，其特征在于，所述水晶头为RJ45水晶头。

6.根据权利要求5所述的基于EtherCat总线的步进驱动器，其特征在于，所述RJ45水晶头的外壳通过一个电阻连接至电路板的接地脚。