CN212256094U - 基于5g通信的运动控制卡和驱动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于5G通信的运动控制卡和驱动控制系统。其中运动控制卡包括依次连接的控制功能模块、第一现场总线模块、第一协议转换模块和第一5G通信模块，所述控制功能模块与外部工控机连接，所述第一协议转换模块用于进行所述第一现场总线模块的现场总线协议和所述第一5G通信模块的5G协议之间的转换；所述第一5G通信模块与至少一个外部驱动器连接，用于进行所述控制功能模块与对应的所述驱动器之间的信息传输。本实用新型通过第一5G通信模块实现控制功能模块与外部驱动器之间的5G无线通信连接，无需布线，使得驱动器的部署范围不受距离限制；同时可以控制不同空间分布的驱动器，使得部署和调试驱动器方便，极大地减小了使用难度。

Description

基于5G通信的运动控制卡和驱动控制系统

技术领域

本实用新型涉及电机驱动控制技术领域，更具体而言，涉及一种基于5G通信的运动控制卡和包含该基于5G通信的运动控制卡的驱动控制系统。

背景技术

运动控制卡用于将预定的控制方案和规划指令发送给驱动器，通过驱动器来驱动电机进行期望的机械运动，并实现机械运动精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制。运动控制卡一般都支持方向+脉冲、现场总线等控制方式。现有的运动控制卡都是通过复杂的物理线缆连接到驱动器，一般一个运动控制卡可以连接并控制一组驱动器。当将这种运动控制卡在工业上规模使用时，需要做大量复杂的布线设计和安装工作。而且因为控制信号频率高，线缆越长，阻抗越大，会影响信号质量，所以布线长度受限。此外，受限于物理连接线缆限制，驱动器网络扩展范围和规模也受限制，导致运动控制卡的资源利用率有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种基于5G通信的运动控制卡和驱动控制系统，通过利用5G无线通信技术的大容量和低延时特性以解决现有的运动控制卡在工业上规模使用时存在的上述问题中的至少一个问题。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供了一种基于5G通信的运动控制卡，包括依次连接的控制功能模块、第一现场总线模块、第一协议转换模块和第一5G通信模块，所述控制功能模块与外部工控机连接，所述第一协议转换模块用于进行所述第一现场总线模块的现场总线协议和所述第一5G通信模块的5G协议之间的转换；所述第一5G通信模块与至少一个外部驱动器连接，用于进行所述控制功能模块与对应的所述驱动器之间的信息传输。

优选的，所述控制功能模块通过所述工控机的PCIe接口供电。

优选的，所述第一5G通信模块、所述第一协议转换模块和所述第一现场总线模块均通过所述控制功能模块供电。

为了进一步实现上述目的，本实用新型另一方面提供了一种驱动控制系统，包括工控机、与所述工控机连接的运动控制卡以及若干个与所述运动控制卡连接的驱动器，各个所述驱动器分别连接对应的电机，所述运动控制卡为上述任一实施例所述的基于5G通信的运动控制卡。

优选的，所述驱动器包括依次连接的电机驱动电路板、第二现场总线模块、第二协议转换模块和第二5G通信模块，所述电机驱动电路板与对应的所述电机连接；所述第二协议转换模块用于进行所述第二5G通信模块的5G协议和所述第二现场总线模块的现场总线协议之间的转换；所述第二5G通信模块与所述第一5G通信模块连接，用于进行所述控制功能模块与所述电机驱动电路板之间的信息传输。

优选的，所述驱动器还包括与外接供电电源连接的电源模块，所述第二5G通信模块和所述电机驱动电路板通过所述电源模块供电。

优选的，所述第二现场总线模块和所述第二协议转换模块通过所述电机驱动电路板供电。

优选的，所述电机驱动电路板包括控制处理单元以及与所述控制处理单元连接的驱动单元，所述控制处理单元与所述第二现场总线模块连接，所述驱动单元与对应的所述电机连接。

优选的，所述驱动单元上集成有驱动电路。

与现有技术相比，本实用新型提供的基于5G通信的运动控制卡通过第一5G通信模块实现控制功能模块与外部驱动器之间的5G无线通信连接，一方面无需布线，使得驱动器的部署范围不受距离限制；另一方面可以控制不同空间分布的驱动器，使得部署和调试驱动器方便，极大地减小了使用难度；并且维修更换时，运动控制卡端和驱动器端可以隔离操作，不存在耦合，简单便捷。此外，还可以支持后续运动控制中心云端化。

附图说明

图1是本实用新型实施例基于5G通信的运动控制卡的结构框图；

图2是本实用新型实施例驱动控制系统的结构框图；

图3是本实用新型实施例驱动控制系统中驱动器的结构框图；

图4是本实用新型实施例驱动控制系统中电机驱动电路板的结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1所示，本实用新型实施例提供了一种基于5G通信的运动控制卡10，包括依次连接的控制功能模块11、第一现场总线模块12、第一协议转换模块13和第一5G通信模块14。所述控制功能模块11与外部工控机连接，用于接收所述工控机发送的运动控制信息，根据所述运动控制信息生成所述控制指令并将所述控制指令传输至所述第一现场总线模块12。所述第一协议转换模块13用于进行所述第一5G通信模块14的5G协议和所述第一现场总线模块12的现场总线协议之间的转换。所述第一5G通信模块14与至少一个外部驱动器连接。所述第一5G通信模块14用于接收所述控制功能模块11发送的控制指令并将所述控制指令发送至对应的所述驱动器，以及用于接收所述驱动器反馈的信号并将所述信号发送至所述控制功能模块11。

本实施例中的控制功能模块11用于运动规划和运动状态控制，当接收到上位机程序发送过来的运动控制任务后，通过运行运动轨迹规划、插补算法计算等功能，生成控制指令，然后将所述控制指令传输至所述第一现场总线模块12。

本实施例中的第一现场总线模块12包括但不限于CANOpen总线、EtherCAT总线，所述第一现场总线模块12用于所述控制功能模块11与各个所述驱动器之间的信息传输，如用于所述控制功能模块11将控制指令中包含的控制信息传输至对应的所述驱动器，以及用于将所述驱动器反馈的信号中包括的反馈信息传输至所述控制功能模块11。

本实施例中的第一协议转换模块13能够实现所述第一5G通信模块14与所述控制功能模块11之间的兼容性。

本实施例中的第一5G通信模块14具有高宽带(10Gbps)、低延时(<1ms)的特性，能够满足运动控制卡与驱动器之间的控制通信要求。并且，本实施例中的第一5G通信模块14所使用的5G技术支持每10万-100万连接每平方千米，可以控制不同空间分布的驱动器，能够支持构建驱动器的大规模使用阵列。

本实用新型实施例提供的基于5G通信的运动控制卡10通过第一5G通信模块14实现控制功能模块11与驱动器之间的5G无线通信连接，一方面无需布线，使得驱动器的部署范围不受距离限制；另一方面可以控制不同空间分布的驱动器，使得部署和调试驱动器方便，极大地减小了使用难度；并且维修更换时，运动控制卡端和驱动器端可以隔离操作，不存在耦合，简单便捷。此外，还可以支持后续运动控制中心云端化。

具体的，所述控制功能模块11通过所述工控机的PCIe接口供电。所述控制功能模块11对内分三路分别向所述第一5G通信模块14、所述第一协议转换模块13和所述第一现场总线模块12供电。

本实施例的运动控制卡使用时，只需将运动控制卡插入工控机PCIe插槽中，完成安装，运动控制卡通过5G无线通信方式连接到驱动器工作。

进一步的，请参阅图2所示，本实用新型实施例还提供了一种驱动控制系统100，包括工控机20、与所述工控机20连接的运动控制卡10以及若干个与所述运动控制卡10连接的驱动器30。其中，各个所述驱动器30用于分别连接对应的电机，所述运动控制卡10为上述任一实施例所述的基于5G通信的运动控制卡10。

具体的，请参阅图3所示，所述驱动器30包括依次连接的电机驱动电路板31、第二现场总线模块32、第二协议转换模块33和第二5G通信模块34。所述第二5G通信模块34与所述第一5G通信模块14连接，所述第二5G通信模块34用于接收所述控制指令并将所述控制指令发送至所述电机驱动电路板31；所述电机驱动电路板31与对应的所述电机连接，用于根据所述控制指令驱动对应的所述电机运动以及用于接收所述电机运动反馈的信号；所述第二5G通信模块34还用于接收所述电机驱动电路31板发送的所述信号并将所述信号发送至所述第一5G通信模块14。所述第二协议转换模块33用于进行所述第二5G通信模块34的5G协议和所述第二现场总线模块32的现场总线协议之间的转换。通过第二协议转换模块33能够实现所述第二5G通信模块34与所述电机驱动电路板31之间的兼容性。

本实施例中的第二现场总线模块32包括但不限于CANOpen总线、EtherCAT总线，用于所述电机驱动电路板31与运动控制卡之间的信息传输，如用于运动控制卡10将控制指令中包含的控制信息传输至对应的电机驱动电路板31，以及用于将所述电机驱动电路板31反馈的信号传输至运动控制卡。

本实施例的第二5G通信模块34也具有高宽带(10Gbps)、低延时(<1ms)的特性，能够满足运动控制卡10与驱动器30之间的控制通信要求。并且，本实施例中的第二5G通信模块34所使用的5G技术支持每10万-100万连接每平方千米，能够支持构建驱动器30的大规模使用阵列。通过第一5G通信模块14和第二5G通信模块34实现运动控制卡10与驱动器30之间的无线通信连接，无需布线，使得驱动器30的部署范围不受距离限制，方便快速部署、调试、应用以及维修和调整。同时，维修更换时，控制器端和驱动器端可以隔离操作，不存在耦合，简单便捷。

可选的，所述电机驱动电路板31根据所述电机反馈的信号闭环控制对应的所述电机运动。

具体的，所述驱动器30还包括与外接供电电源连接的电源模块35，所述电源模块35分别与所述第二5G通信模块34和所述电机驱动电路板31连接，以分别为所述第二5G通信模块34和所述电机驱动电路板31供电。所述电机驱动电路板31直接内部给所述第二现场总线模块32和所述第二协议转换模块33供电。

本实施例中的驱动器30只有电源模块35需要外接供电线缆，与运动控制卡端的通信使用5G无线通信技术，不需要布线，便于部署、安装、维修和调整。

进一步的，请参阅图4所示，所述电机驱动电路板31包括控制处理单元311以及与所述控制处理单元311连接的驱动单元312。其中，所述控制处理单元311与所述第二现场总线模块32连接，所述驱动单元312与对应的所述电机连接，用于根据所述控制指令驱动对应的所述电机运动。

进一步的，所述驱动单元312上集成有用于驱动对应的所述电机运动的驱动电路，所述驱动电路与对应的所述电机连接。

以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于5G通信的运动控制卡，其特征在于，包括依次连接的控制功能模块、第一现场总线模块、第一协议转换模块和第一5G通信模块，所述控制功能模块与外部工控机连接，所述第一协议转换模块用于进行所述第一现场总线模块的现场总线协议和所述第一5G通信模块的5G协议之间的转换；所述第一5G通信模块与至少一个外部驱动器连接，用于进行所述控制功能模块与对应的所述驱动器之间的信息传输。

2.根据权利要求1所述的基于5G通信的运动控制卡，其特征在于，所述控制功能模块通过所述工控机的PCIe接口供电。

3.根据权利要求2所述的基于5G通信的运动控制卡，其特征在于，所述第一5G通信模块、所述第一协议转换模块和所述第一现场总线模块均通过所述控制功能模块供电。

4.一种驱动控制系统，包括工控机、与所述工控机连接的运动控制卡以及若干个与所述运动控制卡连接的驱动器，各个所述驱动器分别连接对应的电机，其特征在于，所述运动控制卡为权利要求1-3中任一项所述的基于5G通信的运动控制卡。

5.根据权利要求4所述的驱动控制系统，其特征在于，所述驱动器包括依次连接的电机驱动电路板、第二现场总线模块、第二协议转换模块和第二5G通信模块，所述电机驱动电路板与对应的所述电机连接；所述第二协议转换模块用于进行所述第二5G通信模块的5G协议和所述第二现场总线模块的现场总线协议之间的转换；所述第二5G通信模块与所述第一5G通信模块连接，用于进行所述控制功能模块与所述电机驱动电路板之间的信息传输。

6.根据权利要求5所述的驱动控制系统，其特征在于，所述驱动器还包括与外接供电电源连接的电源模块，所述第二5G通信模块和所述电机驱动电路板通过所述电源模块供电。

7.根据权利要求6所述的驱动控制系统，其特征在于，所述第二现场总线模块和所述第二协议转换模块通过所述电机驱动电路板供电。

8.根据权利要求7所述的驱动控制系统，其特征在于，所述电机驱动电路板包括控制处理单元以及与所述控制处理单元连接的驱动单元，所述控制处理单元与所述第二现场总线模块连接，所述驱动单元与对应的所述电机连接。

9.根据权利要求8所述的驱动控制系统，其特征在于，所述驱动单元上集成有驱动电路。

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