CN221008118U - 一种plc驱控一体化系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及数控的技术领域，公开了一种PLC驱控一体化系统。该系统包括PLC控制器、系统终端和电源模块，系统终端连接PLC控制器，电源模块连接PLC控制器；PLC控制器包括第一处理器、通信端口、EtherCAT接口、第一驱动器和第二驱动器；第一处理器包括NC运动控制单元和逻辑控制单元；逻辑控制单元连接通信端口，并用于进行数据采集及逻辑关系的控制和转换；EtherCAT总线通讯接口，用于外扩支持EtherCAT总线的控制单元；第一驱动器连接NC运动控制单元；第二驱动器连接NC运动控制单元。本申请通过将第一处理器、第一驱动器和第二驱动器集成到同一PLC控制器上，简化了PLC控制系统的结构及安装步骤，从而增加该系统的可靠性和抗干扰能力，提升该系统的集成性能。

Description

一种PLC驱控一体化系统

技术领域

本申请涉及数控的技术领域，尤其是涉及一种PLC驱控一体化系统。

背景技术

可编程逻辑控制器，简称PLC，是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

现有的PLC控制系统通常采用总线连接数控模块与驱动模块，系统较为复杂，并且电子元件数量较多，集成性能不足。因此，PLC控制系统的设计及安装还有待简化。

实用新型内容

本申请所要解决的技术问题是设计PLC驱控一体化系统，以简化PLC控制系统的结构，从而增加系统的可靠性和抗干扰能力，提升系统的集成性能。

本申请实施例提供了一种PLC驱控一体化系统，包括PLC控制器、系统终端和电源模块，所述系统终端连接所述PLC控制器，所述电源模块连接所述PLC控制器；所述PLC控制器包括第一处理器、通信端口、第一驱动器和第二驱动器；所述第一处理器包括NC运动控制单元和逻辑控制单元；所述逻辑控制单元连接所述通信端口，并用于进行数据采集及逻辑关系的控制和转换；所述第一驱动器、所述第二驱动器均连接所述NC运动控制单元，以使所述NC运动控制单元通过脉冲、方向信号控制所述第一驱动器和所述第二驱动器。

优选的，所述第一驱动器为伺服驱动器并用于连接外部伺服电机，所述第二驱动器为步进驱动器并用于连接外部步进电机，所述NC运动控制单元通过脉冲和方向信号分别控制所述第一驱动器和所述第二驱动器，以实现对外部伺服电机、外部步进电机的运动轨迹控制和速度控制。

优选的，还包括第一编码器和第二编码器，所述第一编码器连接所述第一驱动器，所述第二编码器连接所述第二驱动器。

优选的，所述第一驱动器包括相连接的第二处理器和第一放大器，所述第二驱动器包括相连接的第三处理器和第二放大器，且第二处理器、所述第三处理器接收所述NC运动控制单元的控制信号。

优选的，所述电源模块包括第一电源、第二电源和第三电源，所述第一电源连接所述第一驱动器，所述第二电源连接所述第二驱动器，所述第三电源连接所述通信端口。

优选的，所述通信端口包括IO接口、AD接口和DA接口，所述IO接口、所述AD接口及所述DA接口连接所述逻辑控制单元，以进行数据采集及逻辑关系的控制和转换。

优选的，所述通信端口包括RS232接口、RS485接口和以太网接口，所述PLC控制器通过所述RS232接口、所述RS485接口和所述以太网接口连接所述系统终端。

优选的，所述系统终端包括人机界面及PC编程软件，所述人机界面、所述PC编程软件分别通过所述RS232接口、所述RS485接口及所述以太网接口与所述PLC控制器进行通信连接。

优选的，所述第一电源为310V电源，所述第二电源为48V~110V电源，所述第三电源为24V电源。

优选的，所述通信端口还包括EtherCAT总线接口，所述EtherCAT总线接口分别连接所述NC运动控制单元、所述逻辑控制单元和外部设备以外扩支持EtherCAT总线。

与现有技术相比，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

通过将第一处理器、第一驱动器和第二驱动器集成到同一PLC控制器上，简化布线，节省空间，通过板间连线增加了该PLC驱控一体化系统的可靠性和抗干扰能力。用户操作时，只需要将系统终端的控制程序与通信端口连接实现通讯，NC运动控制单元通过脉冲和方向信号直接控制第一驱动器和第二驱动器，而不需要通过总线连接，使该PLC驱控一体化系统更加简化，从而减少通讯延迟，增强该系统的实时性，提高了该系统的抗干扰能力。用户通过系统终端进行操作，既可以设置逻辑控制单元的参数，又可以设置NC运动控制单元的参数，便于通过单一的监控系统对各种参数进行管理，提升该系统的集成性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的PLC驱控一体化系统的整体结构示意图。

附图标记说明：1、第一处理器；2、NC运动控制单元；3、逻辑控制单元；4、IO接口；5、AD接口；6、DA接口；7、RS232接口；8、RS485接口；9、以太网接口；10、EtherCAT总线接口；11、第一驱动器；12、伺服电机；13、第二驱动器；14、步进电机；15、第一电源；16、第二电源；17、第三电源；18、人机界面；19、PC编程软件；20、PLC控制器；21、系统终端；22、通信端口；23、电源模块；24、第二处理器；25、第三处理器；26、第一放大器；27、第二放大器；28、第一编码器；29、第二编码器；30、EtherCAT总线驱动器；31、EtherCAT总线步进器；32、远程IO；33、远程AD/DA模块；34、EtherCAT总线变频器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参照图1，本发明实施例提供了一种PLC驱控一体化系统，包括PLC控制器20、系统终端21和电源模块23，系统终端21连接PLC控制器20，电源模块23连接PLC控制器20。

PLC控制器20为可编程逻辑控制器，其内置了多种语言编译器或解释器，用于将不同语言的程序代码转换为PLC控制器20可执行的机器代码；提供了语言适配层或接口，用于与不同编程语言进行交互和通信；遵循标准化的接口规范OPC UA，OPC UA为开放性生产控制和统一架构，这种规范定义了一组标准化的数据结构和通信协议，使不同编程语言的应用程序能够与PLC控制器20进行通信和交互。本实施例中，所述PLC控制器20包括第一处理器1、通信端口22、第一驱动器11和第二驱动器13。

第一处理器1包括NC运动控制单元2和逻辑控制单元3。

NC运动控制单元2通过脉冲和方向信号分别控制第一驱动器11和第二驱动器13。本实施例中，NC运动控制单元2内部设置有第一通信组件（图中未示）、运动轨迹规划组件（图中未示）、加减速规划组件（图中未示）、非对称加减速规划组件（图中未示，非对称加减速规划组件可以是S型加速度和T型加速度的融合，也就是在加减速阶段可以是S型或者T型加减速任意选择）、插补算法组件（图中未示）和运动监控与诊断组件（图中未示）。

逻辑控制单元3连接通信端口22，并用于进行数据采集及逻辑关系的控制和转换。具体的，逻辑控制单元3包括：通信组件（图中未示）、程序解释器（图中未示）、输入输出管理组件（图中未示）、逻辑操作组件（图中未示）、定时器（图中未示）、计数器（图中未示），数据处理和逻辑组件（图中未示）、通信协议支持组件（图中未示）、错误处理和报警组件（图中未示）、事件驱动组件（图中未示）以及API接口库组件（图中未示），以进行数据采集及逻辑关系的控制和转换，从而实现该PLC驱控一体化系统的自动化运行。

在具体实施例中，通信端口22包括IO接口4、AD接口5和DA接口6，IO接口4、AD接口5及DA接口6分别连接电源模块23和逻辑控制单元3。对于远程IO接口4，第一处理器1可以读取和写入数字输入及输出信号；对于AD接口5和DA接口6，第一处理器1可以采集模拟信号或发送模拟输出。

在具体实施例中，通信端口22还包括RS232接口7、RS485接口8和以太网接口9，RS232接口7、RS485接口8和以太网接口9分别与第一处理器1进行通信连接，并连接系统终端21。在此，NC运动控制单元2通过RS485接口8对第一驱动器11和第二驱动器13进行参数设置和和数据采集。

在具体实施例中，通信端口22还包括EtherCAT总线接口10，EtherCAT总线接口10是用于外扩支持EtherCAT总线的控制单元。EtherCAT总线接口10一端连接NC运动控制单元2和逻辑控制单元3，EtherCAT总线接口10另一端分别连接EtherCAT总线驱动器30、EtherCAT总线步进器31、远程IO32、远程AD/DA模块33和EtherCAT总线变频器34等外部设备，NC运动控制单元2和逻辑控制单元3可通过EtherCAT总线接口10控制外部设备。

在此，EtherCAT总线控制类似于脉冲、方向信号的控制方式，因而，EtherCAT总线驱动器30、EtherCAT总线步进器31、远程IO32、远程AD/DA模块33和EtherCAT总线变频器34等外部设备与第一驱动器11、第二驱动器13处于同级状态。其中，EtherCAT总线驱动器30、EtherCAT总线步进器31、远程IO32、远程AD/DA模块33、EtherCAT总线变频器34、第一驱动器11和第二驱动器13内均设有独立的中央处理器。因此，逻辑控制单元3的编程需要考虑每个外部设备的通信协议和控制要求。

第一处理器1可启动EtherCAT通信，并通过配置工具或编程设置识别和初始化各个连接的外部设备；外部设备被识别和初始化后，逻辑控制单元3可以通过EtherCAT总线接口10与外部设备进行数据交换，包括读取和写入数据，如控制命令、状态信息、传感器数据等。对于EtherCAT总线变频器34，第一处理器1可以通过EtherCAT总线接口10发送控制命令以调整外部电机的转速和运行模式。另外，第一处理器1可通过EtherCAT总线接口10实时监测外部设备的状态和反馈信息，如果发生故障或特定事件，第一处理器1可以采取适当的措施，如发送警报、停止设备运行或执行紧急程序等。

在具体实施例中，第一驱动器11连接NC运动控制单元2，以使NC运动控制单元2通过脉冲、方向信号控制第一驱动器11。其中，第一驱动器11为伺服驱动器并用于连接外部伺服电机12，在本实施例中设置有两组第一驱动器11与外部伺服电机12；每组第一驱动器11包括相连接的第二处理器24和第一放大器26，且第二处理器24用于接收所述NC运动控制单元2的控制信号。

在具体实施例中，第二驱动器13连接NC运动控制单元2，以使NC运动控制单元2通过脉冲、方向信号控制第二驱动器13。其中，第二驱动器13为步进驱动器并用于连接外部步进电机14，在本实施例中设置有两组第二驱动器13与步进伺服电机12；每组第二驱动器13包括相连接的第三处理器25和第二放大器27，且第三处理器25用于接收所述NC运动控制单元2的控制信号。

在此，NC运动控制单元2通过RS485总线对第一驱动器11和第二驱动器13进行参数设置和状态监控，以实现对外部伺服电机12、外部步进电机14的运动轨迹控制和速度控制。

该PLC驱控一体化系统还包括第一编码器28和第二编码器29。其中，第一编码器28连接第一驱动器11，第二编码器29连接第二驱动器13，第一编码器28、第二编码器29分别用于测量伺服电机12、步进电机14旋转或线性运动的位置，从而提供伺服电机12、步进电机14实际位置的反馈，且第一编码器28、第二编码器29分别包含两个正交的相位信号（即A相和B相）。

在具体实施例中，电源模块23分别连接通信端口22、第一驱动器11和第二驱动器13。其中，电源模块23包括第一电源15、第二电源16和第三电源17，第一电源15连接第一驱动器11，第二电源16连接第二驱动器13，第三电源17连接通信端口22。在此，通过220V的输入电压为电源模块23进行供电；第一电源15为310V 电源，并对第一驱动器11进行供电；第二电源16为48V~110V电源，并对第二驱动器13进行供电；第三电源17为24V电源，并对IO接口4进行供电。

在具体实施例中，系统终端21包括人机界面18及PC编程软件19。其中，人机界面18、PC编程软件19分别通过RS232接口7、RS485接口8及以太网接口9与PLC控制器20进行通信连接，人机界面18负责获取和显示逻辑状态中的共享数据区状态；PC编程软件19负责根据现场工艺需求编写逻辑控制单元3中的代码，PC编程软件19开发的控制程序可通过RS232接口7或RS485接口8与PLC控制器20实现串口通信，或者通过以太网接口9与PLC控制器20实现以太网通信，从而实现多种通信协议，例如Modbus、Ethernet/IP、CANopen等通信协议。

本发明通过将第一处理器1、第一驱动器11和第二驱动器13集成到同一PLC控制器20上，通过第一处理器1控制NC运动控制单元2和逻辑控制单元3，进而控制第二处理器24和第三处理器25，再通过第二处理器24控制第一驱动器11运行、通过第三处理器25控制第二驱动器13运行，以简化布线，节省空间，通过板间连线增加了该PLC驱控一体化系统的可靠性和抗干扰能力。

用户操作时，只需要将PC编程软件19开发的控制程序与RS232接口7、RS485接口8连接实现串口通讯，与以太网接口9连接实现以太网通讯，NC运动控制单元2通过脉冲和方向信号直接控制伺服驱动器和步进驱动器，而不需要通过总线连接，使该PLC驱控一体化系统更加简化，从而减少通讯延迟，增强该系统的实时性，提高了该系统的抗干扰能力。另外，将310V电源、48V~110V电源以及24V电源集成为一个电源模块23，进一步简化布线及节省空间，可以通过单一的监控系统进行管理；用户通过人机界面18进行操作，既可以设置逻辑控制单元3的参数，又可以设置NC运动控制单元2的参数，便于通过单一的监控系统对各种参数进行管理，提升该系统的集成性能。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种PLC驱控一体化系统，其特征在于：包括PLC控制器、系统终端和电源模块，所述系统终端连接所述PLC控制器，所述电源模块连接所述PLC控制器；

所述PLC控制器包括第一处理器、通信端口、第一驱动器和第二驱动器；

所述第一处理器包括NC运动控制单元和逻辑控制单元；所述逻辑控制单元连接所述通信端口，并用于进行数据采集及逻辑关系的控制和转换；

所述第一驱动器、所述第二驱动器均连接所述NC运动控制单元，以使所述NC运动控制单元通过脉冲、方向信号控制所述第一驱动器和所述第二驱动器。

2.根据权利要求1所述的一种PLC驱控一体化系统，其特征在于，所述第一驱动器为伺服驱动器并用于连接外部伺服电机，所述第二驱动器为步进驱动器并用于连接外部步进电机，所述NC运动控制单元通过脉冲和方向信号分别控制所述第一驱动器和所述第二驱动器，以实现对外部伺服电机、外部步进电机的运动轨迹控制和速度控制。

3.根据权利要求2所述的一种PLC驱控一体化系统，其特征在于，还包括第一编码器和第二编码器，所述第一编码器连接所述第一驱动器，所述第二编码器连接所述第二驱动器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种PLC驱控一体化系统，其特征在于，所述第一驱动器包括相连接的第二处理器和第一放大器，所述第二驱动器包括相连接的第三处理器和第二放大器，且第二处理器、所述第三处理器接收所述NC运动控制单元的控制信号。

5.根据权利要求1或2所述的一种PLC驱控一体化系统，其特征在于，所述电源模块包括第一电源、第二电源和第三电源，所述第一电源连接所述第一驱动器，所述第二电源连接所述第二驱动器，所述第三电源连接所述通信端口。

6.根据权利要求5所述的一种PLC驱控一体化系统，其特征在于，所述通信端口包括IO接口、AD接口和DA接口，所述IO接口、所述AD接口及所述DA接口连接所述逻辑控制单元，以进行数据采集及逻辑关系的控制和转换。

7.根据权利要求1或2所述的一种PLC驱控一体化系统，其特征在于，所述通信端口包括RS232接口、RS485接口和以太网接口，所述PLC控制器通过所述RS232接口、所述RS485接口和所述以太网接口连接所述系统终端。

8.根据权利要求7所述的一种PLC驱控一体化系统，其特征在于，所述系统终端包括人机界面及PC编程软件，所述人机界面、所述PC编程软件分别通过所述RS232接口、所述RS485接口及所述以太网接口与所述PLC控制器进行通信连接。

9.根据权利要求5所述的一种PLC驱控一体化系统，其特征在于，所述第一电源为310V电源，所述第二电源为48V~110V电源，所述第三电源为24V电源。

10.根据权利要求1所述的一种PLC驱控一体化系统，其特征在于，所述通信端口还包括EtherCAT总线接口，所述EtherCAT总线接口分别连接所述NC运动控制单元、所述逻辑控制单元和外部设备以外扩支持EtherCAT总线。