CN208283750U - 分布式伺服控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种分布式伺服控制系统，包括主控部分、与所述主控部分电气相连的控制器、由所述控制器驱动的执行机构、与所述执行机构相连的被控对象以及与所述控制器电气相连的检测机构。所述主控部分与所述控制器之间通过四芯电缆连接。所述四芯电缆包括一组电源线和一组CAN总线。如此设置，通过使用四芯电缆代替复杂的接线方式，使得所述分布式伺服控制系统各部分之间的连接一目了然，将原本复杂的布线方式简单化，在有效减少布线的同时提高了系统稳定性，减少了原本占系统硬件成本一大部分的线量，降低了系统在实际应用中的开发成本。

Description

分布式伺服控制系统

技术领域

本实用新型涉及运动控制领域，尤其涉及一种减少布线、提高稳定性、降低成本的分布式伺服控制系统。

背景技术

伺服系统(servo system)又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下，伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角)。

采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：1)以小功率指令信号去控制大功率负载；2)在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动；3)使输出机械位移精确地跟踪电信号。系统精度、稳定性、响应特性及工作频率是衡量伺服控制系统的主要性能指标。

目前，伺服控制系统已广泛应用于工业自动化，其方便、快速、灵活、准确的驱动在机电设备中发挥了重要作用，伺服控制技术已成为工业自动化的支撑性技术之一。但在应用于生产现场时，通常发现系统的布线复杂，数量庞大的线缆导致现场显得很不整洁，一旦出现故障不容易及时查到原因快速解决，而且现场布线过多，现场人员难免不小心碰到某根线缆，导致系统不够稳定，因此生产厂商往往不敢随意改动系统，不利于产线的改造升级。

在如今倡导“工业4.0”的背景下，所有工业控制设备发展的大趋势是智能化，工业4.0概念包含由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。伺服系统发展的方向是为了满足产业应用的要求，伺服控制系统也向着智能化、数字化、集成化、网络化的方向发展，以便更好地为工业自动化高效产能服务。

有鉴于此，有必要设计一种改进的分布式伺服控制系统，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够有效减少自动化控制系统的布线数量，提高系统稳定性，降低开发的生产成本的分布式伺服控制系统。

为实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种分布式伺服控制系统，包括主控部分、与所述主控部分电气相连的控制器、由所述控制器驱动的执行机构、与所述执行机构相连的被控对象以及与所述控制器电气相连的检测机构，所述主控部分与所述控制器之间通过四芯电缆连接，所述四芯电缆包括一组电源线和一组CAN总线。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控部分包括控制主机以及与所述控制主机电气相连的微控机，所述控制主机与所述微控机之间通过TCP/IP协议通讯，以实现信号传输。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控部分包括与所述控制器电气相连的微控机和与所述微控机相连的智能终端。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制器包括运动控制卡和与所述运动控制卡电气相连的驱动器，所述运动控制卡与所述微控机之间通过所述四芯电缆相连，所述运动控制卡与所述驱动器之间通过第一电缆连接，所述驱动器通过第二电缆与所述执行机构相连、通过第三电缆与所述检测机构相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制器还包括用于收容所述运动控制卡和所述驱动器的外壳，所述外壳上靠近所述运动控制卡的一侧开设有供所述四芯电缆进出的第一开孔和第二开孔，所述外壳上靠近所述驱动器的一侧开设有供所述第二电缆穿过的第三开孔和供所述第三电缆穿过的第四开孔。

作为本实用新型的进一步改进，所述执行机构为电机，所述运动控制卡接收所述微控机发出的指令信号，并控制所述驱动器驱动所述电机进行运动。

作为本实用新型的进一步改进，所述检测机构包括与所述控制器电气相连的传感器和与所述驱动器电气相连的编码器，所述电机与所述驱动器电气相连，且与同一个所述驱动器电气相连的所述电机与所述编码器为一体化安装。

作为本实用新型的进一步改进，所述外壳上还开设有传感器接口，以便所述传感器与所述控制器通过所述传感器接口电气相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述外壳上还开设有开关电源接口，以便通过所述开关电源接口将所述控制器与开关电源相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述分布式伺服控制系统包括多个控制器，且多个所述控制器之间通过所述四芯电缆并联连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的分布式伺服控制系统利用四芯电缆连接主控部分和控制器，通过四芯电缆代替复杂的接线方式，使得系统各部分之间的连接一目了然，将原本复杂的布线方式简单化，一旦出现故障，检修相应的线路即可，有助于快速排除系统故障；且CAN总线具有支持长距离传输、高抗干扰性、网络节点个数不受限制、节点之间自由通信等特点，使本实用新型的分布式伺服控制系统适应高性能运动控制对数据传输实时性、可靠性、同步性的要求，实现网络化，在有效减少布线的同时提高了系统稳定性，减少了原本占系统硬件成本一大部分的线量，降低了系统在实际应用中的开发成本。

附图说明

图1为本实用新型分布式伺服控制系统的实施例一的结构示意图。

图2为本实用新型中控制器的结构及接线示意图。

图3为本实用新型中控制器的外壳的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

请参阅图1所示，本实用新型提供了一种分布式伺服控制系统100，包括主控部分1、与所述主控部分1电气相连的控制器2、由所述控制器2驱动的执行机构3、与所述执行机构3相连的被控对象(未图示)以及与所述控制器2电气相连的检测机构5。

在本实用新型中，所述主控部分1与所述控制器2之间通过PowerCAN四芯电缆4连接。所述PowerCAN四芯电缆4包括一组电源线和一组CAN总线。所述CAN总线支持分布式控制，并具备可靠性、实时性和灵活性，结合所述CAN总线的特点，所述分布式伺服控制系统100可以实现分布式控制。

请参阅图1所示，在本实用新型的实施例一中，所述主控部分1包括负责信号分配和调度的控制主机12、与所述控制主机12电气相连的微控机11以及实现所述控制主机12与所述微控机11之间通讯的网线。

所述控制主机12与所述微控机11之间通过TCP/IP协议通讯，具体来说是通过网线将所述控制主机12与所述微控机11的网络接口相连，以实现信号传输。

在该实施方式中，所述微控机11为控制配件，用于完成不同网络之间的协议转换，与所述控制器2实现信号通讯，从而控制适用于不同协议的所述被控对象。

所述控制主机12具有工控PC功能，通过简单操作所述控制主机12的操作界面以实现对所述被控对象的控制，同时可以查询获取整个所述分布式伺服控制系统100的运行参数，实时了解系统状态。

在本实用新型的实施例二中，所述主控部分1包括与所述控制器2电气相连的微控机11和与所述微控机11相连的智能终端(未图示)。根据实际需要，还可以将所述微控机11与显示屏(未图示)、键盘(未图示)等其他外设连接。

在该实施例二中，所述微控机11为主控制器，无需控制主机。所述智能终端可以为手机、平板等常规的智能终端设备。通过简单操作所述智能终端的操作界面以实现对所述被控对象的控制，同时可以查询获取整个所述分布式伺服控制系统100的运行参数，实时了解系统状态。

在实际应用中，可以根据现场应用需求来决定是否将所述微控机11作为主控制器。比如，对于现有的分布式伺服控制系统而言，若主要的改进目的是解决布线复杂的问题，希望快速改造产线，提高系统稳定性，那么，所述微控机11应作为控制配件使用，即，可以采用实施例一所述的分布式伺服控制系统100，无需改动原分布式伺服控制系统中的控制主机，达成无差别使用，使所述分布式伺服控制系统100更可靠。而对于尚未搭建的全新的分布式伺服控制系统而言，建议将所述微控机11作为主控制器使用，按需求在所述微控机11上连接智能终端、显示屏、外设等，即，可以采用实施例二所述的分布式伺服控制系统100。

在本实用新型中，所述执行机构3为电机，用于带动所述被控对象按照指令信号进行运动。

在本实用新型中，所述被控对象为各种工控设备，由所述电机3带动完成各种动作。

在本实用新型中，所述检测机构5包括与所述控制器2电气相连的传感器51和编码器52。所述传感器51将检测到的所述被控对象的反馈信号反馈至所述控制器2。

所述控制器2具有参数记忆、故障自诊断和分析功能，以使所述控制主机12可以获取系统参数及运行状态，并将运动控制功能和驱动结合在一起，满足智能化需求。所述控制器2集成了运动控制、通讯、驱动、反馈功能，符合伺服控制系统集成化的发展需求。

请参阅图2和图3并结合图1所示，所述控制器2包括运动控制卡21、与所述运动控制卡21电气相连的驱动器22以及用于收容所述运动控制卡21和所述驱动器22的外壳20。所述运动控制卡21与所述驱动器22之间通过第一电缆连接，在本实施方式中，所述第一电缆为50芯电缆。

所述运动控制卡21将实现运动控制的底层软件和硬件集成在一起，使其具有伺服电机控制所需的各种速度、位置控制功能，这些功能可以通过所述控制主机12或所述微控机11方便地调用。

所述驱动器22通过读取所述编码器52的数据，获得所述电机3的转子速度、转子位置和机械位置，从而完成对所述电机3的速度控制、转矩控制、机械位置同步跟踪以及定点停车。

所述外壳20上靠近所述运动控制卡21的一侧开设有第一开孔201和第二开孔202，分别用于进出所述PowerCAN四芯电缆4。所述PowerCAN四芯电缆4的一端连接于所述微控机11的电源接口和CAN接口，另一端连接于所述运动控制卡21，以实现所述运动控制卡21与所述微控机11之间的电气连接，达成信号通讯。

所述外壳20上靠近所述驱动器22的一侧开设有第三开孔203和第四开孔204，所述第三开孔203用于供第二电缆穿过，从而将所述驱动器22与所述执行机构3相连，所述第四开孔204用于供第三电缆穿过，从而将所述驱动器22与所述检测机构5相连。具体的，所述驱动器22通过所述第二电缆与所述电机3电气相连、通过所述第三电缆与所述编码器52电气相连。在本实施方式中，所述第二电缆为3芯电缆，所述第三电缆为6芯电缆。

所述电机3与所述驱动器22电气相连，还可以采用航空插头将电缆内外相连，且与同一个所述驱动器22电气相连的所述电机3与所述编码器52是一体化安装的。

所述外壳20上还开设有传感器接口205，以便所述传感器51与所述控制器2通过所述传感器接口205电气相连。

所述外壳20上还开设有开关电源接口206，以便通过所述开关电源接口206将所述控制器2与开关电源7相连，以实现为所述控制器2供电。

所述外壳20上还开设有一个供网线通过的Ethernet孔207，网线一端连接于Ethernet协议控制器6，另一端连接于所述运动控制卡21，以实现所述运动控制卡21与所述Ethernet协议控制器6之间的信号传输。如此设置，便于用户在不改变硬件配置的条件下，方便地设置成不同的现场总线控制的工作方式，适用于各种场合，可以驱动不同类型的电机，适应不同的用户需求，满足所述分布式伺服控制系统100通用化的发展需求。

所述分布式伺服控制系统100的信号传输的逻辑过程如下：所述运动控制卡21接收经由所述微控机11及所述PowerCAN四芯电缆4传输而来的指令信号，所述驱动器22通过读取所述运动控制卡21的数据获得所述主控部分1输入的指令信号，按照运动控制算法的运动轨迹驱动所述电机3进行运动，从而带动所述被控对象运动，实现对所述被控对象的运动控制；所述驱动器22通过读取所述编码器52的数据，获得所述电机3的转子速度、转子位置和机械位置，从而完成对所述电机3的速度控制、转矩控制、机械位置同步跟踪以及定点停车；所述传感器51将检测到的所述被控对象的反馈信号反馈至所述控制器2，所述控制器2将所述反馈信号与所述指令信号进行比较，获得所述指令信号与所述反馈信号之间的偏差信号，根据所述偏差信号调整控制策略，以达成对所述被控对象更精准的控制。

在本实用新型中，所述分布式伺服控制系统100包括多个所述控制器2。每一个所述控制器2分别对应一个所述电机3和一个所述编码器52。对于具有多个电机3的分布式伺服控制系统100，多个所述控制器2之间通过所述PowerCAN四芯电缆4并联连接。

综上所述，本实用新型的分布式伺服控制系统100通过PowerCAN四芯电缆4连接所述主控部分1和所述控制器2，通过使用所述PowerCAN四芯电缆4代替复杂的接线方式，使得所述分布式伺服控制系统100各部分之间的连接一目了然，将原本复杂的布线方式简单化，一旦出现故障，检修相应的线路即可，有助于快速排除系统故障；且CAN总线具有支持长距离传输、高抗干扰性、网络节点个数不受限制、节点之间自由通信等特点，使本实用新型的分布式伺服控制系统100适应高性能运动控制对数据传输实时性、可靠性、同步性的要求，符合智能化、网络化、通用化的发展趋势，在有效减少布线的同时提高了系统稳定性，减少了原本占系统硬件成本一大部分的线量，降低了系统在实际应用中的开发成本。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种分布式伺服控制系统，其特征在于：包括主控部分、与所述主控部分电气相连的控制器、由所述控制器驱动的执行机构、与所述执行机构相连的被控对象以及与所述控制器电气相连的检测机构，所述主控部分与所述控制器之间通过四芯电缆连接，所述四芯电缆包括一组电源线和一组CAN总线。

2.根据权利要求1所述的分布式伺服控制系统，其特征在于：所述主控部分包括控制主机以及与所述控制主机电气相连的微控机，所述控制主机与所述微控机之间通过TCP/IP协议通讯，以实现信号传输。

3.根据权利要求1所述的分布式伺服控制系统，其特征在于：所述主控部分包括与所述控制器电气相连的微控机和与所述微控机相连的智能终端。

4.根据权利要求2或3所述的分布式伺服控制系统，其特征在于：所述控制器包括运动控制卡和与所述运动控制卡电气相连的驱动器，所述运动控制卡与所述微控机之间通过所述四芯电缆相连，所述运动控制卡与所述驱动器之间通过第一电缆连接，所述驱动器通过第二电缆与所述执行机构相连、通过第三电缆与所述检测机构相连。

5.根据权利要求4所述的分布式伺服控制系统，其特征在于：所述控制器还包括用于收容所述运动控制卡和所述驱动器的外壳，所述外壳上靠近所述运动控制卡的一侧开设有供所述四芯电缆进出的第一开孔和第二开孔，所述外壳上靠近所述驱动器的一侧开设有供所述第二电缆穿过的第三开孔和供所述第三电缆穿过的第四开孔。

6.根据权利要求4所述的分布式伺服控制系统，其特征在于：所述执行机构为电机，所述运动控制卡接收所述微控机发出的指令信号，并控制所述驱动器驱动所述电机进行运动。

7.根据权利要求6所述的分布式伺服控制系统，其特征在于：所述检测机构包括与所述控制器电气相连的传感器和与所述驱动器电气相连的编码器，所述电机与所述驱动器电气相连，且与同一个所述驱动器电气相连的所述电机与所述编码器为一体化安装。

8.根据权利要求7所述的分布式伺服控制系统，其特征在于：所述外壳上还开设有传感器接口，以便所述传感器与所述控制器通过所述传感器接口电气相连。

9.根据权利要求7所述的分布式伺服控制系统，其特征在于：所述外壳上还开设有开关电源接口，以便通过所述开关电源接口将所述控制器与开关电源相连。

10.根据权利要求1所述的分布式伺服控制系统，其特征在于：所述分布式伺服控制系统包括多个控制器，且多个所述控制器之间通过所述四芯电缆并联连接。