[發(fā)明專利]基于以太網(wǎng)的電機控制器和控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310530199.4
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN104601061A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王彥瑜;林福元;周德泰;余燕娟;張建川;周文雄;尹佳;李麗莉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院近代物理研究所
• 主分類號: H02P8/00
• 分類號: H02P8/00;H02P8/40;H02P25/06;H02P5/00;G08C17/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 李敬文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明示例性實施例總體上涉及電機控制，具體涉及一種基于以太網(wǎng)的電機控制器和控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前研發(fā)和銷售的電機控制器，例如兩相混合式步進電機控制器，一般采用現(xiàn)場總線接口RS-232、RS-485、USB以及CAN等接口方式，提供單軸控制模式，并且無閉環(huán)反饋接口。這種電機控制器不能實現(xiàn)直接基于以太網(wǎng)的遠程控制，并且無法滿足多軸控制應(yīng)用場合的要求。此外，由于無閉環(huán)反饋接口，需要額外增加反饋接口，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加。

需要一種電機控制器，能夠提供多軸控制、閉環(huán)反饋和基于以太網(wǎng)技術(shù)的遠程控制，同時也提供本地或級聯(lián)控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明示例性實施例提供了基于以太網(wǎng)的電機控制器和控制系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明實施例，一種電機控制器，包括：通訊接口電路，包括以太網(wǎng)接口和現(xiàn)場總線接口；閉環(huán)反饋接口電路，用于接收來自一個或多個電機的負載的反饋信息；電機控制接口電路，用于傳送針對一個或多個電機的控制信息；以及控制電路，連接至通訊接口電路、閉環(huán)反饋接口電路和電機控制接口電路，控制各接口電路的操作，對經(jīng)由通訊接口電路和閉環(huán)反饋接口電路接收的信息進行處理，并且經(jīng)由通訊接口電路和電機控制接口電路傳送處理結(jié)果，以控制一個或多個電機的運行。

控制器還可以包括：狀態(tài)指示電路，用于指示控制器狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、電機狀態(tài)和負載狀態(tài)中的一個或多個；以及電源電路，用于提供針對各電路的多種供電電源和參考電源。

控制器的各電路可以集成在單板上。

控制器可以分配有IP地址，控制器經(jīng)由以太網(wǎng)接口接入以太網(wǎng)，遠端設(shè)備通過以太網(wǎng)與控制器建立TCP／IP連接，以便經(jīng)由控制器對電機進行遠程控制。

現(xiàn)場總線接口可以包括RS-485現(xiàn)場總線，用于實現(xiàn)對控制器的本地控制或?qū)Χ鄠€控制器的級聯(lián)控制。

閉環(huán)反饋接口電路可以包括光柵尺接口電路、電阻尺接口電路和限位開關(guān)接口電路中的一個或多個。閉環(huán)反饋接口電路可以連接至相應(yīng)的外部反饋裝置，從反饋裝置接收負載的反饋信息。

電機控制接口電路可以連接至外部的電機驅(qū)動器，向電機驅(qū)動器傳送來自控制電路的控制信息，以經(jīng)由電機驅(qū)動器控制電機的運行。

控制器可以包括多組閉環(huán)反饋接口電路和電機控制接口電路，分別對應(yīng)多個電機，以同時提供多路電機控制。

控制器可以提供針對步進電機的轉(zhuǎn)速控制和步進控制，以及針對直線電機的控制。

控制電路可以使用有限狀態(tài)機來合成電機控制所需的任意頻率。

根據(jù)本發(fā)明另一實施例，提供了一種基于以太網(wǎng)的電機控制系統(tǒng)，包括遠端設(shè)備、電機控制器、電機驅(qū)動器和反饋裝置。遠端設(shè)備經(jīng)由以太網(wǎng)與電機控制器連接，向電機控制器發(fā)送數(shù)據(jù)，電機控制器接收來自遠端設(shè)備的數(shù)據(jù)，利用所述數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)控制信號并發(fā)送到電機驅(qū)動器，電機驅(qū)動器根據(jù)控制信號驅(qū)動電機運行，從而帶動電機的負載運行，反饋裝置連接至電機控制器以構(gòu)成閉環(huán)反饋，反饋裝置獲取關(guān)于負載的反饋信息，并將反饋信息傳送給電機控制器，并且在產(chǎn)生控制信號時，電機控制器還利用所述反饋信息。

根據(jù)本發(fā)明實施例的電機控制器和控制系統(tǒng)，能夠靈活有效地滿足加速器控制領(lǐng)域關(guān)于步進電機等的運動控制需求，并且性價比高，系統(tǒng)構(gòu)建靈活。例如，本發(fā)明控制器應(yīng)用串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)技術(shù)，在遠程控制應(yīng)用中可以直接將控制器接入以太網(wǎng)，相比于通過串口服務(wù)器或PC機來接入以太網(wǎng)，本控制器構(gòu)建的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本大大降低。針對步進電機等開環(huán)控制這一問題，本發(fā)明控制器配備了針對例如光柵尺、電阻尺、限位開關(guān)等反饋裝置的接口，構(gòu)成穩(wěn)定可靠的閉環(huán)系統(tǒng)。由此搭建的電機運動控制系統(tǒng)構(gòu)成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠精確控制電機的轉(zhuǎn)速和位移。再者，能夠?qū)⒍噍S控制集成在一個控制板上，提高了控制效率，實現(xiàn)了基于以太網(wǎng)的多軸聯(lián)動一體化步進電機控制器。本發(fā)明電機控制器能夠使用有限狀態(tài)機來合成任意頻率，這為實現(xiàn)運動控制策略提供了保證。此外，本發(fā)明電機控制器和系統(tǒng)不僅可以控制步進電機，還可以控制直線電機，能夠應(yīng)用于多種場合。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的基于以太網(wǎng)的電機控制系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的電機控制器的示意框圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的電機控制器合成的四路方波信號的屏幕截圖；

圖4示意性示出了高級運動控制中的步進控制曲線；

圖5示意性示出了高級運動控制中的轉(zhuǎn)速控制曲線；