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CN113960972A - 一种开放式驱控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及驱动控制技术领域，尤其是一种开放式驱控系统，包括运动控制单元、电源单元、轴控单元、逻辑单元、通信网络和电源网络，通过将各单元组态为驱控系统，实现高度集成，不需要外扩运动控制器或编码器等逻辑模块，通过不同的轴控单元组合，进而搭建不同行业解决方案所要求的轴数，具备高度的可扩展性，在运动控制单元内嵌入软件二次开发模块，用户可根据不同行业的解决方案需要，实现工艺二次开发，软件支持动态组态，结合硬件的可扩展性，实现整体解决方案的高度开放性和通用性，在保障通用性的前提下，实现解决方案的差异化，同时缩减了传统运动控制器加伺服驱动器的安装体积和功耗。

Description

一种开放式驱控系统
技术领域
本发明涉及驱动控制技术领域，尤其是一种开放式驱控系统。
背景技术
随着运动控制行业的发展，各种细分行业对运动控制器及伺服驱动系统的体积和成本提出了更高的要求。于是，市面上出现了各种多轴驱动或专用驱控一体机。但目前现有的方案存在集成度和专用性之间的矛盾，导致系统的开放性存在很大不足，极大地影响了适用场景，导致只能用在机器人控制等少数场景。主要体现在几方面：
1、集成度不高；如现有的各种双轴或者多轴伺服驱动方案，虽然实现了多轴集成，无法实现运动控制器与伺服驱动器的集成，使用时需要外部配通用控制器，增大了控制系统体积和成本。
2、可扩展性不强；目前能够解决多轴方案或集成运动控制器的系统，往往为机器人驱控一体等行业专机。结构上一般为整体结构，其控制轴数较为局限，需要根据不同的应用场景，如四轴机器人、六轴机器人等不同机型去定制驱控一体解决方案，不能实现柔性地扩展至十几轴乃至几十轴的复杂控制系统。
3、开放性和通用性不足；传统的驱控一体系统，源自于机器人应用市场。系统开发厂商往往将系统应用程序如机器人控制算法等固化到了控制器内部，而缺少开放的二次开发通用控制平台。导致该系统的应用场景固化在原始厂家设定的少数场合，同一套硬件系统，不能广泛地适用于各种通用场景。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种集成度高且可扩展性强的开放式驱控系统。
本发明所采用的技术方案为：
一种开放式驱控系统，包括运动控制单元、电源单元、轴控单元、逻辑单元、通信网络和电源网络，运动控制单元内设有软件二次开发模块，运动控制单元、电源单元、轴控单元和逻辑单元均与电源网络以及通信网络连接。
作为优选，运动控制单元和电源单元均连接有与另一开放式驱控系统连接的外部扩展通信接口。
作为优选，外部扩展通信接口包括接收接口和发送接口。
作为优选，电源单元包括整流模块、制动泄放模块、母线电容、制动电阻、指示灯和监测模块；
整流模块用于将交流电源整流为直流母线电源和直流弱电电源；
制动泄放模块用于动态检测母线电容上的实际电源进而决定是否打开制动电阻并泄放多余电能；
监测模块用于检测电线电压、母线电流机制动电流是否异常并通过指示灯实时反馈状态。
作为优选，轴控单元包括逆变模块和主控电路；
逆变模块与直流母线电源连接，且其连接有编码器接口，逆变模块和编码器接口对应设有若干组；
主控电路用于获取运动控制单元发送的控制指令，并经过位置环、速度环、电流环闭环将控制指令转换为输出电流。
作为优选，逻辑单元包括IO接口模块、高速计算模块、模拟量模块、热电偶模块和通信转换模块。
作为优选，运动控制单元、电源单元、轴控单元和逻辑单元均设有ID识别符。
作为优选，运动控制单元与电源单元呈一体集成设置。
本发明的有益效果在于：
该开放式驱控系统通过将各单元组态为驱控系统，实现高度集成，不需要外扩运动控制器或编码器等逻辑模块；通过不同的轴控单元组合，进而搭建不同行业解决方案所要求的轴数，具备高度的可扩展性；在运动控制单元内嵌入软件二次开发模块，用户可根据不同行业的解决方案需要，实现工艺二次开发，软件支持动态组态，结合硬件的可扩展性，实现整体解决方案的高度开放性和通用性；在保障通用性的前提下，实现解决方案的差异化，同时缩减了传统运动控制器加伺服驱动器的安装体积和功耗。
附图说明
图1为系统的内部连接示意图。
图2为运动控制单元的结构示意图。
图3为二次开发软件的程序启用流程图。
图4为电源单元的结构示意图。
图5为轴控单元的结构示意图。
图6为系统之间的集成互联示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种开放式驱控系统，包括运动控制单元、电源单元、轴控单元、逻辑单元、通信网络和电源网络，运动控制单元内设有软件二次开发模块，运动控制单元、电源单元、轴控单元和逻辑单元均与电源网络以及通信网络连接。
为了方便进行提高可扩展性，本实施例中，优选的，运动控制单元和电源单元均连接有与另一开放式驱控系统连接的外部扩展通信接口。
为了方便进行提高可扩展性，本实施例中，优选的，外部扩展通信接口包括接收接口和发送接口。
为了方便整流、制动泄放及监测，本实施例中，优选的，电源单元包括整流模块、制动泄放模块、母线电容、制动电阻、指示灯和监测模块；
整流模块用于将交流电源整流为直流母线电源和直流弱电电源；
制动泄放模块用于动态检测母线电容上的实际电源进而决定是否打开制动电阻并泄放多余电能；
监测模块用于检测电线电压、母线电流机制动电流是否异常并通过指示灯实时反馈状态。
为了方便提高适用性，搭建不同行业解决方案所要求的轴数，本实施例中，优选的，轴控单元包括逆变模块和主控电路；
逆变模块与直流母线电源连接，且其连接有编码器接口，逆变模块和编码器接口对应设有若干组；
主控电路用于获取运动控制单元发送的控制指令，并经过位置环、速度环、电流环闭环将控制指令转换为输出电流。
为了方便进行逻辑计算，本实施例中，优选的，逻辑单元包括IO接口模块、高速计算模块、模拟量模块、热电偶模块和通信转换模块。
为了方便对各单元进行识别，本实施例中，优选的，运动控制单元、电源单元、轴控单元和逻辑单元均设有ID识别符。
为了方便提高集成度，本实施例中，优选的，运动控制单元与电源单元呈一体集成设置。
本发明的工作原理及使用流程：如图2所示，运动控制单元由电源模块和嵌入式CPU及其他辅助模块组成，CPU通过内部通信网络接口连接后端的其他单元，实现数据的发送和接收，在CPU内嵌入软件二次开发模块.
如图3所示，在系统初始化时，运动控制单元通过发送广播包实现枚举机制，获取后续网络内连接的单元模块ID识别符，并核对单元模块ID识别符与系统用户组态的网络拓扑，若网络内单元校验错误，则报告故障，重新等待应用程序下载后重启系统，确认网络内的模块无误，通信正常启动，进入周期性任务执行程序，周期性任务执行程序通信获取网络内的上传数据后，系统进入用户应用程序控制，更新控制变量，用户应用程序控制可由用户根据不同的工艺解决方案二次开发后由上位机通过接收接口下载到运动控制单元。
如图4所示，电源单元包括整流模块、制动泄放模块、母线电容、制动电阻、指示灯和监测模块。整流模块用于将交流电源整流为直流母线电源和直流弱电电源。制动泄放模块用于动态检测母线电容上的实际电源，进而决定是否打开制动电阻，泄放多余电能。监测模块用于检测电线电压、母线电流机制动电流是否异常并通过指示灯实时反馈状态。电源单元的内部通信接口负责与本驱控系统内的其他单元做通信连接，外部扩展通信接口可用作与外部驱控系统的级联。
如图5所示，轴控单元包括逆变模块和主控电路，逆变模块与直流母线电源连接，且其连接有编码器接口，若轴控单元具备两组逆变单元和编码器接口，为双轴控制单元，如包含一组逆变单元和编码器接口，则为单轴轴控单元，通过不同的轴控单元组合，可以在系统内搭建不同行业解决方案所要求的轴数，具备高度的可扩展性。轴控单元从电源网络获取直流母线电源，经过逆变模块输出可控的三相正弦电流，实现对电机的控制，主控电路通过内部通信接口获取运动控制单元发送的控制指令，并经过位置环、速度环、电流环闭环将控制指令转换为输出电流，并通过内部通信接口反馈当前控制状态。
如图6所示，通过运动控制单元或电源单元的外部扩展通信接口，可以实现不同驱控系统之间的集成互联，实现更为复杂的驱控系统解决方案。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种开放式驱控系统，其特征在于：包括运动控制单元、电源单元、轴控单元、逻辑单元、通信网络和电源网络，所述运动控制单元内设有软件二次开发模块，所述运动控制单元、电源单元、轴控单元和逻辑单元均与电源网络以及通信网络连接。
2.根据权利要求1所述的一种开放式驱控系统，其特征在于：所述运动控制单元和电源单元均连接有与另一开放式驱控系统连接的外部扩展通信接口。
3.根据权利要求2所述的一种开放式驱控系统，其特征在于：所述外部扩展通信接口包括接收接口和发送接口。
4.根据权利要求1所述的一种开放式驱控系统，其特征在于：所述电源单元包括整流模块、制动泄放模块、母线电容、制动电阻、指示灯和监测模块；
所述整流模块用于将交流电源整流为直流母线电源和直流弱电电源；
所述制动泄放模块用于动态检测母线电容上的实际电源进而决定是否打开制动电阻并泄放多余电能；
所述监测模块用于检测电线电压、母线电流机制动电流是否异常并通过指示灯实时反馈状态。
5.根据权利要求4所述的一种开放式驱控系统，其特征在于：所述轴控单元包括逆变模块和主控电路；
所述逆变模块与直流母线电源连接，且其连接有编码器接口，所述逆变模块和编码器接口对应设有若干组；
所述主控电路用于获取运动控制单元发送的控制指令，并经过位置环、速度环、电流环闭环将控制指令转换为输出电流。
6.根据权利要求1所述的一种开放式驱控系统，其特征在于：所述逻辑单元包括IO接口模块、高速计算模块、模拟量模块、热电偶模块和通信转换模块。
7.根据权利要求1所述的一种开放式驱控系统，其特征在于：所述运动控制单元、电源单元、轴控单元和逻辑单元均设有ID识别符。
8.根据权利要求1所述的一种开放式驱控系统，其特征在于：所述运动控制单元与电源单元呈一体集成设置。
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