[实用新型]一种基于现场总线的控制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于数控装置的控制技术领域，具体涉及一种基于现场总线的控制装置，用于数控装置的位置和速度控制。 

背景技术

现有的伺服驱动器通常采用“脉冲量或模拟量接口”，脉冲、模拟量的通信方式，存在通信速率低，控制复杂，且不适合长距离传输等问题；而现场总线的通信方式具有实时性、同步性和高可靠性的特点，是发展高速、高精的数控系统必不可少的通信方式；因此，将“脉冲量或模拟量接口”的伺服驱动器应用于现场总线的通信方式是必然趋势。 

在现有的文献中，已经存在现场总线的控制装置，例如专利文献200820143750.4中提出的控制模块，是将PROFIBUS-DP协议用于工业控制系统中，电动执行机构普遍采用直流模拟信号作为控制信号，然而采用模拟控制方式的工业控制系统存在抗干扰能力差，可靠性差的问题，提出的控制模块将PROFIBUS-DP现场总线技术应用于工业控制系统，解决了这个问题，但是这种控制模块不适用与数控系统，数控系统中的控制方式、反馈信息与工业控制系统存在差异。 

专利文献200610134747.1提出的位置控制装置，只具有“脉冲接口”，也就是只能对伺服驱动器进行位置控制，对于“模拟量接口”的伺服驱动器是不能连接使用的。本实用新型的控制装置不仅可以连接“脉冲接口”伺服驱动器，可以对伺服驱动器进行位置控制；也可以连接“模拟量接口”伺服驱动器，可以对伺服驱动器进行速度控制。 

实用新型内容

为了克服上述不足，本实用新型的目的是提供一种可靠性高、通信速率高、控制简单的基于现场总线的控制装置，采用PHY芯片和FPGA共同作用的硬件平台，结合模块间的信号转换要求和现场总线的特点，能够解决“脉冲量或模拟量接口”伺服驱动器通信速率低，控制复杂，且不适合长距离传输等问题。 

实现本实用新型的目的所采用的具体技术方案为： 

一种基于现场总线的控制装置，设置在数控系统和伺服驱动器之间，利用现场总线对伺服电机进行位置和速度控制，其特征在于，该控制装置包括码盘信号输入模块、I/O模块、D/A输出模块、脉冲输出模块和FPGA模块，所述码盘信号输入模块、I/O模块、D/A输出模块和脉冲输出模块分别与FPGA模块连接； 

数控系统发出的指令经现场总线输入到所述FPGA模块中，经处理后再分别通过所述D/A输出模块和脉冲输出模块输入到伺服驱动器，对伺服电机进行位置和速度控制；另外，伺服电机上的码盘反馈信号和I/O输入信号分别输入到所述码盘信号输入模块和所述I/O模块，经处理后输入到所述FPGA模块，进行信号采集和转换处理后，经现场总线发送到数控系统。 

基于现场总线的控制装置通过光纤介质与数控系统连接，采用现场总线的通信方式与数控系统进行通信。本控制装置通过信号线与伺服驱动器连接，将伺服驱动器的码盘反馈信号和I/O信号输入本控制装置，并将本控制装置发出的脉冲/模拟量指令，I/O指令输入伺服驱动器，对伺服电机进行位置和速度控制。 

控制装置包括码盘信号输入模块；I/O模块；D/A输出模块；脉冲输出模块；光纤接口；高密36接口；FPGA模块。这些模块的组合，实现了将基于总线驱动的输入/输出信号(包括位置/速度指令、编码反馈信号以及相关输入/输出)转成伺服可以接收的输入/输出信号。 

伺服电机上的码盘反馈信号通过高密36接口输入到码盘信号输入模块，该模块将码盘反馈信号进行保护滤波、差分转单、电平转换后输入到FPGA模块。码盘反馈信号可以是绝对式编码器的反馈信号，也可以是增量式编码器的反馈信号。 

伺服驱动器的I/O输入信号通过高密36接口输入I/O模块，经该I/O模块光电隔离和电平转换后输入到FPGA模块。 

码盘反馈信号和I/O输入信号在FPGA模块进行信号采集、转换处理，然后通过光纤接口发送到数控系统。 

数控系统发出的位置和速度指令通过光纤接口输入到FPGA模块中，进行转换、位置环控制单元、选择单元处理，分别通过D/A输出模块和脉冲输出模块输入到伺服驱动器，对伺服电机进行位置和速度控制。 

数控系统发出的I/O输出指令通过光纤接口输入到FPGA模块中，进行转换处理，通过I/O模块输入到伺服驱动器，对伺服电机进行控制。 

D/A输出模块、脉冲输出模块和I/O模块都通过高密36接口与伺服驱动器连接。所有伺服驱动器的控制和反馈信号通过高密36接口与基于现场总线的控制装置连接。两个高密36接口可以连接两台伺服驱动器，并同时运行。高密36接口也可以替换为DB25等连接器。