CN116404921A - 一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及步进驱动器技术领域，具体是一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器，包括一个MCU主控模块，所述MCU主控模块上分别连接有电压转换模块、驱动模块、编码器接口、EtherCAT接口、IO控制输入接口；所述IO控制输入接口和所述EtherCAT接口分别与所述PLC控制单元连接。本装置通过在一部驱动器的情况下，通过减少硬件成本实现相同功能来降低了***成本，通过将多个普通步进驱动器整合成为一个，可有效减少了布线的复杂度和体积，最后通过共用一个MCU减少通信数据量，提高了通信速率，步进增加了各个电机的响应速度，节约***处理的时间成本，而且可以提高处理能力，缩短***响应时间。
Description
技术领域
本发明涉及步进驱动器技术领域，尤其涉及一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器。
背景技术
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，由于它的特性，步进电机无法直接使用直流或交流电进行驱动，必须使用专门的驱动器进行驱动。
普通的步进驱动器一般只能驱动单个电机，然而，越来越多的重要场所需要多个电机组成多轴***，例如医疗，工业，制造业等高精尖领域，普通步进电机只能通过控制单元来组成多轴***，但实际性能往往达不到要求。在使用单一功能的步进驱动器的时候，每个步进驱动器由于硬件软件或其他偶然的因素导致出现电机运动结果与预期不符合的情况，从而导致整个多轴***的实际控制效果大打折扣。
对于这种情况，目前的普通步进驱动器，如果想实现多轴控制，需要将多个步进驱动器连接到主控单元上，各轴的控制响应度不高，难以进行快速反应。要想快速反应需要使用更高通讯速率的通讯手段，更快运算频率的MCU，这会导致成本过高，同时进行连线的过程也会因为驱动器过多导致过度占用主控单元的端口资源，这让***过于庞杂。
因此，急需一种新的方案来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器，以解决现有技术中要实现多轴控制，需要将多个步进驱动器连接到主控单元上，导致各轴的控制响应度不高，难以进行快速反应以及成本高，且***过于庞杂的技术问题。
上述目的是通过以下技术方案来实现：
一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器，包括一个MCU主控模块，所述MCU主控模块上分别连接有电压转换模块、驱动模块、编码器接口、EtherCAT接口、IO控制输入接口；
所述电压转换模块用于给所述MCU主控模块提供直流电流，所述电压转换模块上连接有电源接口；
所述驱动模块包括相互连接的H桥驱动模块和动力线接口，所述动力线接口通过步进电机动力线与步进电机连接；
所述编码器接口通过步进电机编码线与所述步进电机连接，用于向所述MCU主控模块输入编码器脉冲信号；
所述EtherCAT接口通过EtherCAT总线与PLC控制单元连接，用于所述MCU主控模块与所述PLC控制单元间数据交互；
所述IO控制输入接口与所述PLC控制单元连接，用于接收所述PLC控制单元的控制信号；
所述编码器接口有3个，包括第一编码器接口、第二编码器接口和第三编码器接口；
所述IO控制输入接口有3个，包括第一IO控制输入接口、第二IO控制输入接口和第三IO控制输入接口；
所述H桥驱动模块有3个，包括第一H桥驱动模块、第二H桥驱动模块和第三H桥驱动模块，对应的，所述动力线接口包括与第一所述H桥驱动模块连接的第一动力线接口、与所述第二H桥驱动模块连接的第二动力线接口、以及与所述第三H桥驱动模块连接的第三动力线接口。
进一步地，所述MCU主控模块上还连接有人机互动模块，实现人机交互控制。
进一步地，所述MCU主控模块为瑞萨RZ/T2。
进一步地，所述EtherCAT接口有2个，包括第一EtherCAT接口和第二EtherCAT接口，所述第一EtherCAT接口通过EtherCAT总线与所述PLC控制单元连接，所述第二EtherCAT接口通过网线与相邻三合一步进驱动器连接实现组网。
有益效果
本发明所提供的一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器，通过在一部驱动器的情况下，通过减少硬件成本实现相同功能来降低了***成本，通过将多个普通步进驱动器整合成为一个，可有效减少了布线的复杂度和体积，最后通过共用一个MCU减少通信数据量，提高了通信速率，步进增加了各个电机的响应速度，节约***处理的时间成本，而且可以提高处理能力，缩短***响应时间。
附图说明
图1为本发明所述一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器的模块框架图；
图2为本发明所述一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器的与PLC及步进电机连接示意图；
图3为本发明所述一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器的在3D打印机领域的应用示意图；
图4为本发明所述一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器的在木材雕刻领域的应用示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示，一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器，可以实现PLC主控单元与步进驱动器之间数据量的减少与端口资源的减少，还可减少PLC主控单元的负担，以及硬件资源的成本。主要包括一个MCU主控模块，所述MCU主控模块上分别连接有电压转换模块、驱动模块、编码器接口、EtherCAT接口、IO控制输入接口；所述MCU主控模块优选瑞萨RZ/T2。
其中，所述电压转换模块用于给所述MCU主控模块提供直流电流，在所述电压转换模块上连接有电源接口，用于与外部供电电源连接；
具体的，所述电压转换模块将输入的24V直流电流转换成5V直流电流供给所述MCU主控模块。
所述驱动模块包括相互连接的H桥驱动模块和动力线接口，所述动力线接口通过步进电机动力线与步进电机连接；
具体的，所述H桥驱动模块接收所述MCU主控模块发出的三极管开关信号，并向所述动力线接口输出驱动输出电流，用于对步进电机进行控制。
所述编码器接口通过步进电机编码线与所述步进电机连接，用于向所述MCU主控模块输入编码器脉冲信号，实现对步进电机的运动状态反馈；
所述EtherCAT接口通过EtherCAT总线与PLC控制单元连接，用于所述MCU主控模块与所述PLC控制单元间数据交互，可以完成数据的输入与输出。
作为所述EtherCAT接口的优化，本实施例中所述EtherCAT接口可以设置有2个，包括第一EtherCAT接口和第二EtherCAT接口，所述第一EtherCAT接口通过EtherCAT总线与所述PLC控制单元连接，所述第二EtherCAT接口通过网线与相邻三合一步进驱动器连接实现组网。
所述IO控制输入接口与所述PLC控制单元连接，用于接收所述PLC控制单元的控制信号；
在本驱动器中，所述编码器接口有3个，包括第一编码器接口、第二编码器接口和第三编码器接口，可分别单独与三个步进电机连接。
所述IO控制输入接口有3个，包括第一IO控制输入接口、第二IO控制输入接口和第三IO控制输入接口，可分别与同一个PLC控制单元连接。
其中，所述H桥驱动模块有3个，包括第一H桥驱动模块、第二H桥驱动模块和第三H桥驱动模块，对应的，所述动力线接口包括与第一所述H桥驱动模块连接的第一动力线接口、与所述第二H桥驱动模块连接的第二动力线接口、以及与所述第三H桥驱动模块连接的第三动力线接口。
作为本三合一驱动器的优化，所述MCU主控模块上还连接有人机互动模块，用于实现人机交互控制。
如图3所示，提供了本三合一驱动器在3D打印机领域的应用，涉及三维控制。
将本三合一步进驱动器的EtherCAT接口、IO控制输入接口分与3D打印机的PLC控制单元连接，实现PLC控制单元与三合一步进驱动器的数据通信；将三合一步进驱动器的3个编码器接口和3个动力线接口分别与3D打印机的X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机连接，实现X轴、Y轴和Z轴三个方向上的三维控制。
如图4所示，提供了本三合一驱动器在木材雕刻领域的应用，涉及二维控制。
将本三合一步进驱动器的EtherCAT接口、IO控制输入接口分与木材雕刻机的PLC控制单元连接，实现PLC控制单元与三合一步进驱动器的数据通信；将三合一步进驱动器的2个编码器接口和3个动力线接口分别与木材雕刻机的X轴步进电机、Y轴步进电机连接，进行二维控制，实现对木材的雕刻。
实测中，在性能要求相同的情况下，1个本方案提供的三合一步进驱动器比3个普通步进驱动相比，成本上减少将近35％，体积上减少将近40％，从数据上来讲本方案提供的三合一步进驱动器比普通步进驱动器有着较大的优势，同时由于本方案提供的三合一步进驱动器是统一一块电路板，它的稳定性也比三个普通步进驱动器组合起来更好。
以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，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 (4)
1.一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器，其特征在于，包括一个MCU主控模块，所述MCU主控模块上分别连接有电压转换模块、驱动模块、编码器接口、EtherCAT接口、IO控制输入接口；
所述电压转换模块用于给所述MCU主控模块提供直流电流，所述电压转换模块上连接有电源接口；
所述驱动模块包括相互连接的H桥驱动模块和动力线接口，所述动力线接口通过步进电机动力线与步进电机连接；
所述编码器接口通过步进电机编码线与所述步进电机连接，用于向所述MCU主控模块输入编码器脉冲信号；
所述EtherCAT接口通过EtherCAT总线与PLC控制单元连接，用于所述MCU主控模块与所述PLC控制单元间数据交互；
所述IO控制输入接口与所述PLC控制单元连接，用于接收所述PLC控制单元的控制信号；
所述编码器接口有3个，包括第一编码器接口、第二编码器接口和第三编码器接口；
所述IO控制输入接口有3个，包括第一IO控制输入接口、第二IO控制输入接口和第三IO控制输入接口；
所述H桥驱动模块有3个，包括第一H桥驱动模块、第二H桥驱动模块和第三H桥驱动模块，对应的，所述动力线接口包括与第一所述H桥驱动模块连接的第一动力线接口、与所述第二H桥驱动模块连接的第二动力线接口、以及与所述第三H桥驱动模块连接的第三动力线接口。
2.根据权利要求1所述的一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器，其特征在于，所述MCU主控模块上还连接有人机互动模块，实现人机交互控制。
3.根据权利要求2所述的一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器，其特征在于，所述MCU主控模块为瑞萨RZ/T2。
4.根据权利要求1所述的一种基于EtherCAT通信的三合一步进驱动器，其特征在于，所述EtherCAT接口有2个，包括第一EtherCAT接口和第二EtherCAT接口，所述第一EtherCAT接口通过EtherCAT总线与所述PLC控制单元连接，所述第二EtherCAT接口通过网线与相邻三合一步进驱动器连接实现组网。
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