总线式智能电机的利记博彩app

文档序号:7453450阅读:246来源:国知局
专利名称:总线式智能电机的利记博彩app
技术领域
本发明涉及一种伺服电机,尤其涉及一种伺服驱动器与伺服电机集成为一 体的集成电冲几背景技术传统的数控机床的体系结构中,上位机和伺服驱动器之间通过模拟或者脉 沖命令方式传递数据,控制伺服驱动器驱动伺服电机工作。通常,伺服驱动器 和伺服电机是两种各自独立的设备,这两种设备分别安装在电控拒和机床本体上,二者通过电气连线连接。这种方式存在一定的问题,如2006年4月14日 提交的中国专利申请,申请号200610050336. 4公开了一种集成电机,其背景技 术部分描述了两设备各自独立存在的诸多缺点。为了解决了这些问题,该申请(200610050336.4)提供了一种伺服电机, 它包括壳体和安装于壳体内的转子、定子、轴及支撑轴的轴承,定子后方依次 设有支架、编码器、伺服驱动器和兼作电机后端盖的散热器,编码器设置在支 架内,伺服驱动器固装在散热器上,伺服驱动器采用全数字通信方式并且由外 部直接提供直流电源。壳体外侧设有总线控制接口,总线控制接口经安装于伺 服驱动器中的总线驱动芯片与伺服驱动器中的数字信号处理器相连。其问题在 于,该申请仅介绍了一种以CAN总线方式实现的集成电机,由于传输介质与协 议的限制,数据的传输速率最大可至2 Mbps,针对目前愈来愈高速率的生产要 求,该种电机的可扩展性受到一定限制,此外,该申请未涉及数控系统常用PLC 设备及功能,因此存在电机与PLC各自作为独立设备的问题。而本申请人于2007年1月15日提交的申请号200710010048. 0中国专利申 请"总线式全数字伺服驱动器",公开了一种总线式全数字伺服驱动器,其通过 以太网物理层利用超5类双绞线作为传输介质,基于一定的传输协议,大大提 高了数据的传输速率。该申请通过引用结合于本文。同样,该申请的问题在于, 伺服驱动器作为独立的设备与同样作为独立设备的电机连接,存在各个设备之 间集成度不高的问题。发明内容本发明总线式智能电机,其目的在于,实现伺服驱动器单元与伺服电机的 集成,并将PLC功能集成于伺服驱动器单元,从而达到减少硬件成本、优化配 置的目的;本发明的另一目的在于,依靠以太网利用超5类双绞线作为传输介 质传输电机工作数据,从而达到数据高速传输的目的。为了实现上述目的,本发明构造了一种总线式智能电机,包括集成为一体 的电机、伺服驱动器、编码器以及散热器。电机包括壳体、转子、定子、输出 轴。伺服驱动器包括功率单元、电源单元以及控制及PLC电路单元。其中,控 制及PLC电路单元包括1、用于完成基本伺服控制功能的第一总线协议解析模 块、伺服驱动控制模块、功率驱动模块、位置数据反馈模块;2、第二总线协议 解析模块和PLC接口模块,第二总线协议解析模块通过数据寄存器与PLC接口 模块之间交互数据;以及3、 一个编码器(增量式和绝对值式)/光栅尺处理模块, 用于对增量编码信号进行处理,编码器/光栅尺处理模块通过数据寄存器与伺服 驱动控制模块之间交互数据;上位机还通过第一个总线协议解析模块访问数据
寄存器获取所述编码器/光栅尺处理模块存放的实际位置数振。上述两个总线协 议解析模块均通过一个物理层控制模块与上位机交互信息,并根据通讯协议解析数据;物理层控制模块用于数据传输在物理层的收发控制,设置一个接收数 据的物理层接口、 一个发送数据的物理层接口; PLC接口模块用于完成PLC 控制的输入、输出。本发明总线式智能电机特点还在于,物理层接口选用以太网物理层接口 , 传输介质选用超5类双绞线。这使其数据传输速率达到100Mbps。本发明总线式智能电机特点还在于,构成伺服驱动器的功率单元、电源单 元以及控制及PLC电路单元分别设置于独立的集成电路板上。其中,电源单元 和控制及PLC电路单元的电路板分别固定于电机单元后方壳体的两侧;功率单 元电路板在相对电机的反向端部设置,并且功率单元电路板后端设置散热片及 风机。本发明总线式智能电机特点还在于,第一总线协议解析模块、第二总线协 议解析模块、PLC接口模块、编码器/光栅尺处理模块由片上集成系统FPGA实 现。而伺服驱动控制器模块由DSP或FPGA实现。此外,PLC接口模块包括24 输入、16输出的PLCI/0接口。通过上述技术方案,本发明总线式智能电机基于总线式传输方式,将伺服 驱动器与电机结合为一体。本发明总线式智能电机采用PLC、伺服驱动器、伺 服电机一体化设计,是一种全新的设计理念,可以有效的提高系统的可靠性, 减小系统体积,降低生产成本,降低设计安装的复杂度。在本发明总线式智能 电机中,伺服驱动器单元由于实现了 PLC (24IN/160UT)和伺服驱动部分的结 合,具有功能强大,结构紧凑的特点。并且将伺服驱动器单元与伺服电机集成 为一体,选用以太网物理层作为物理层、5类双绞线作为传输介质、物理接口为RJ-45、总线协议解析采用片上集成系统FPGA实现,因此可以通过协议解析支 持基于以太网物理层的多种总线协议。大大提高了数据的传输速率。而且伺服 驱动器单元中的功率单元可以根据电机功率的不同进行更换,结构灵活;电源 模块采用直流母线供电,进一步减小体积,从而缩少安装空间、提高安装效率 并大大减少了系统的连线,抗干扰性得到极大提高,并因此达到节约硬件成本 的目的。


图1是本发明总线式智能电机的机械结构原理示意图; 图2是本发明电机中实现伺服驱动器功能单元的电路原理图; 图3是本发明电机中实现伺服驱动器功能单元的功能^t块图; 图4是实现本发明电机中伺服驱动器功能单元一种具体实施例其电路原理 模块示意图。
具体实施方式
本发明中的智能电机采用模块化、集成化设计,内部集成了伺服驱动器, PLC,伺服电机3种结构,各个伺服驱动器/电机模块之间共用一个直流母线供 电,能够有效的缩小该设备的体积,提高效率。如图l所示,本发明总线式智能电机,包括集成为一体的电机2、伺服驱动 器l、编码器以及散热器。其中电机单元2包括壳体、转子、定子和输出轴(均 未示出)。图1中,伺服驱动器的电路部分包括功率单元、电源单元以及控制及PLC 电路单元,这三部分分别设置于独立的集成电路板上。其中,控制及PLC电路
单元主要完成总线通信、伺服驱动控制和PLC电路控制;功率单元接收来自控 制模块的伺服驱动信息并将直流母线传输过来的直流电转化为功率输出控制伺 服电机,同时反馈相应的数据到控制模块。功率单元可以根据电机功率的不同 进行更换;编码器负责反馈当前电机的速度数据;电源单元负责为整个电路系 统提供合适的电源。如图所示,设置电源单元和控制及PLC电路单元的电路板 分别固定于电机单元2后方壳体的两侧,而功率模块电路板在相对电机2的反 向端部设置,功率单元电路板后端设置散热片及风机。如图2所示独立的伺服驱动器与PLC 1/0控制结合为一体,通过一个总线 控制器与上位机通讯。为了实现驱动器功能,如图3所示,上述控制及PLC电路单元包括两个总 线协议解析模块和一个物理层控制模块。总线协议解析模块的功能用于通过物 理层控制模块与上位机交互信息,根据通讯协议解析信息数据。物理层控制模 块用于控制数据传输在物理层的收发,设置一个接受数据的物理层接口、 一个 发送数据的物理层接口。其中上方的一个总线协议解析模块,结合伺服驱动控 制其功能、功率驱动模块、位置数据反馈模块(编码器)实现传统的伺服驱动 器功能。下方的一个总线协议解析模块与PLC I/O模块实现PLC的输入输出功 能。而两个总线协议模块以及PLC 1/0模块都有一个片上集成系统FPGA实现 (如图4)。优选方式下,伺服驱动控制模块由DSP实现,也可利用FPGA实现。图4 中,伺服驱动控制模块具体说就是由内到外的3个环路的控制,电流环(扭矩 环)、速度环和位置环,可以釆用最新的工作于150MHz、流水线指令操作具有 32位字长的电机控制专用定点DSP芯片,运算功能强大,位置环的部分运算可 以在伺服系统中实现。而且该模块还具有绝对值编码器的处理功能,设置串口 用于接收串行数据(参数设置和性能检测)。还可以实现IPM故障处理、动态制动处理以及回生制动处理等功能,设置A/D模块用于母线电流、转矩、B相电 流、A相电流、速度指令、母线电压的模拟量输入进而实现处理与控制。片上集成系统FPGA还实现了一个编码器/光栅尺处理模块,用于对增量编 码信号进行处理;编码器/光栅尺处理模块通过数据寄存器中转作用与伺服驱动 控制模块之间交互数据;上位机还通过上述实现伺服控制功能的总线协议解析 模块获取编码器/光栅尺处理模块存放的实际位置数据。在该实施例中,PLC和总线控制器以及控制系统的编码器和光栅尺反馈模 块都用一片现场可编程器件实现,这样可以使用最少的器件完成最多的功能。本发明的总线式智能电机可用于本申请人于2007年1月15日提交的中国 专利申请200710010062.0 "—种总线式数控系统及其控制方法,,,其中,主设备 和从设备之间采用超5类双绞线相连,釆用工业以太网物理层祸:物理层协议传 输,传输速率可达100Mbps。该申请200710010062.0通过引用结合与本文。以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式
,但本发明的保护范围并不局 限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护 范围之内。
权利要求
1、一种总线式智能电机,包括集成为一体的电机(2)、伺服驱动器(1)、编码器以及散热器;所述电机(2)包括壳体、转子、定子、输出轴;其特征在于,所述伺服驱动器包括功率单元、电源单元以及控制及PLC电路单元;其中,所述控制及PLC电路单元包括用于完成基本伺服控制功能的第一总线协议解析模块、伺服驱动控制模块、功率驱动模块、位置数据反馈模块;第二总线协议解析模块和PLC接口模块,第二总线协议解析模块通过数据寄存器与所述PLC接口模块之间交互数据;以及一个编码器/光栅尺处理模块,用于对增量编码信号进行处理;所述编码器/光栅尺处理模块通过数据寄存器与伺服驱动控制模块之间交互数据;上位机还通过第一个总线协议解析模块访问数据寄存器获取所述编码器/光栅尺处理模块存放的实际位置数据;上述两个总线协议解析模块均通过一个物理层控制模块与上位机交互信息,并根据通讯协议解析数据;所述物理层控制模块用于数据传输在物理层的收发控制,设置一个接收数据的物理层接口、一个发送数据的物理层接口;所述PLC接口模块用于完成PLC控制的输入、输出。
2、 根据权利要求1所述的总线式智能电机,其特征在于,所述物理层接口 选用以太网物理层接口,传输介质选用超5类双绞线。
3、 根据权利要求2所述的总线式智能电机,其特征在于,构成所述伺服驱 动器的所述功率单元、所述电源单元以及所述控制及PLC电路单元分别设置于 独立的集成电路板,所述电源单元以及所述控制及PLC电路单元的电路板分别200710158049.X权利要求书第2/2页固定于所述电机(2)后方壳体的两侧;所述功率单元电路板在相对所述电机(2) 的反向端部设置,所述功率单元电路板后端设置散热片及风机。
4、 根据权利要求1或2或3所述的总线式智能电机,其特征在于,所述第 一总线协议解析模块、第二总线协议解析模块、所述PLC接口模块、所述编码 器/光栅尺处理模块由片上集成系统FPGA实现。
5、 根据权利要求1或2或3所述的总线式智能电机,其特征在于,所述伺 服驱动控制器模块由DSP或FPGA实现。
6、 根据权利要求1或2或3所述的总线式智能电机,其特征在于,所述PLC 接口模块包括24输入、16输出的PLCI/0接口。
7、 根据权利要求l或2或3所述的总线式智能电机,其特征在于,所述编 码器为增量式和绝对值式编码器。全文摘要
本发明公开了一种总线式智能电机,包括集成为一体的电机、伺服驱动器、编码器以及散热器。伺服驱动器包括功率单元、电源单元以及控制及PLC电路单元。其中,控制及PLC电路单元包括用于完成基本伺服控制功能的第一总线协议解析模块、伺服驱动控制模块、功率驱动模块、位置数据反馈模块;第二总线协议解析模块和PLC接口模块;以及一个编码器(增量式和绝对值式)/光栅尺处理模块。两个总线协议解析模块均通过一个物理层控制模块与上位机交互信息。本发明的电机基于总线式传输方式,将伺服驱动器与电机结合为一体。并采用PLC、伺服驱动器、伺服电机一体化设计,可以有效的提高系统的可靠性,减小系统体积,降低生产成本,降低设计安装的复杂度。
文档编号H02K11/00GK101150272SQ200710158049
公开日2008年3月26日 申请日期2007年11月9日 优先权日2007年11月9日
发明者于德海, 张赞秋, 李文庆, 王庆鹏 申请人:大连光洋科技工程有限公司
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