專利名稱：伺服動力刀塔控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝備制造業(yè)的機(jī)床上的伺服動力刀塔，特別是一種伺服動力刀塔 控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，純電動刀塔主要問題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、不易維修、刀盤鎖緊力小不適 宜重切削、驅(qū)動電機(jī)易過載燒損、譯碼系統(tǒng)在車削振動下易損壞、分度轉(zhuǎn)位速度不易提高； 純液壓刀塔存在刀塔對液壓油源的質(zhì)量要求較高、刀塔轉(zhuǎn)位速度受油溫的影響產(chǎn)生波動、 調(diào)整維護(hù)較復(fù)雜，且價格較高的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
為解決已有技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明的目的在于提出一種伺服動力控制定位時 間、轉(zhuǎn)位速度、精度的伺服動力刀塔控制裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是1.伺服動力刀塔控制裝置，包括 嵌入式DSP主控模塊、刀塔邏輯DSP控制模塊、CAN總線、功率驅(qū)動模塊、控制電源模塊、動 力電源模塊、伺服電機(jī)。該控制裝置應(yīng)用全數(shù)字DSP處理芯片，采用雙CPU兩大控制模塊， 兩大模塊分別是嵌入式DSP主控模塊和刀塔邏輯DSP控制模塊，刀塔邏輯控制模塊用于接 收用戶的輸入信號并將該信號譯碼成轉(zhuǎn)位信號，并將轉(zhuǎn)位信號通過CAN總線發(fā)送到嵌入式 DSP主控模塊，并實時輸出刀塔狀態(tài)信號與故障檢測結(jié)果，嵌入式DSP主控模塊接收到刀塔 邏輯DSP控制模塊發(fā)出的轉(zhuǎn)位信號后驅(qū)動伺服電機(jī)運轉(zhuǎn)到目的位置，同時嵌入式DSP主控 模塊也將刀塔位置到達(dá)信號與故障檢測結(jié)果以CAN總線發(fā)送到刀塔邏輯控制模塊；所述的嵌入式DSP主控模塊，包括主處理器、CAN總線通信模塊、電流采樣模塊、 RS232通信模塊、編碼器信號接收模塊、故障檢測模塊、SPWM驅(qū)動模塊，嵌入式DSP主控模塊 是以TMS320LF2407為主處理器的伺服電機(jī)位置控制單元，在電機(jī)控制上采用電流、位置、 速度進(jìn)行三大閉環(huán)；所述的刀塔邏輯DSP控制模塊，以TMS320LF2406為協(xié)處理器的用戶輸入輸出管理 模塊，總線驅(qū)動芯片采用74HC573，采用了 MOFET的推挽式輸出電路；所述的控制電源模塊輸入為兩相AC220V，一級隔離變壓分別為DC5V、DC15V、 DC24V，二級變壓為三路隔離DC15V ；總線驅(qū)動芯片采用八進(jìn)制三態(tài)非反轉(zhuǎn)透明74HC573鎖存器；功率驅(qū)動器件采用集控制電源欠壓鎖定、過熱、過流、短路等保護(hù)功能與一體的IPM30CSJ060智能功率驅(qū)動模 塊，該模塊輸出各橋臂的報警信號。本發(fā)明的優(yōu)點是伺服控制刀塔轉(zhuǎn)位速度快，可減小刀塔的換刀時間，提高了機(jī)床 的加工效率、轉(zhuǎn)位精度、換刀準(zhǔn)確率。采用8421譯碼通訊形式，提高控制的靈活性和通用 性。增加機(jī)械使用壽命，減少了機(jī)床的故障率，設(shè)定自動回零搜索，使刀塔零位定位更準(zhǔn)確， 可靠性更高。


圖1是本發(fā)明伺服動力刀塔控制裝置的控制系統(tǒng)示意方框圖；圖2是本發(fā)明中控制電源模塊示意方框圖；圖3是本發(fā)明中動力電源模塊示意方框圖；圖4是本發(fā)明中DSP主控模塊示意方框圖；
圖5是本發(fā)明中刀塔邏輯控制模塊示意方框圖；圖6是本發(fā)明中功率驅(qū)動模塊示意方框圖。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明伺服動力刀塔控制裝置的控制系統(tǒng)包括控制電源模塊、動力 電源模塊、嵌入式DSP主控模塊、刀塔邏輯DSP控制模塊、驅(qū)動模塊。其中控制電源模塊與 動力電源模塊分別給嵌入式DSP主控模塊提供控制電源和動力電源。刀塔邏輯DSP控制模 塊負(fù)責(zé)接收用戶的輸入信號并將該信號譯碼成轉(zhuǎn)位信號，然后將轉(zhuǎn)位信號通過CAN總線方 式發(fā)送到嵌入式DSP主控模塊，并實時輸出刀塔狀態(tài)信號與故障檢測結(jié)果。嵌入式DSP主 控模塊接收到刀塔邏輯DSP控制模塊發(fā)出的轉(zhuǎn)位信號后驅(qū)動伺服電機(jī)運轉(zhuǎn)到目的位置。同 時嵌入式DSP主控模塊也將刀塔位置到達(dá)信號與故障檢測結(jié)果等以CAN總線方式發(fā)送到刀 塔邏輯控制模塊。如圖2所示，控制電源模塊主要負(fù)責(zé)為總系統(tǒng)的各個控制模塊提供電源?？刂齐?源模塊輸入為兩相AC220V，經(jīng)干擾抑制模塊過濾了噪聲、共模等干擾后輸出給兩相整流橋， 整流橋整流后即可得到直流電源，這種情況輸出的直流電源紋波比較大，經(jīng)過下一級的電 容濾波后就可以得到紋波極小的直流電源了。該直流電源經(jīng)一級隔離變壓后可以得到三種 電源，分別為DC5V、DC15V、DC24V。其中DC24V經(jīng)二級隔離變壓后可以得到三路隔離DC15V， 給功率驅(qū)動器的上橋臂供電。這樣總個系統(tǒng)的控制電源就搭建完成。如圖3所示，動力電源模塊主要負(fù)責(zé)給功率驅(qū)動器提供大電流的電源，動力電源 模塊輸入為三相AC220，經(jīng)三相整流橋后再電容濾波就可以得到DC450V左右的動力電源， 也是整個系統(tǒng)的動力來源。如圖4所示，嵌入式DSP主控模塊是以TMS320LF2407為主處理器的伺服電機(jī)位置 控制單元。它具備兩種通信方式，分別CAN總線與RS232通信塊，即CAN總線通信模塊與 RS232通信塊，CAN總線通信主要用于實時接收轉(zhuǎn)位信號和發(fā)出電機(jī)的狀態(tài)信號，RS232通 信塊主要用于連接PC機(jī)，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與圖形采集。在電機(jī)控制上采用電流、位置、速度進(jìn) 行三大閉環(huán)，并可以進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，優(yōu)先級順序也是按前到后的順序排列。電流環(huán)位于全閉環(huán)的第一環(huán)，為電阻采樣方式實現(xiàn)，通過在伺服電機(jī)動力線上 串連高精度大功率電阻來將伺服驅(qū)動的輸入電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，再將此電壓信號經(jīng) HCPL7840隔離放大轉(zhuǎn)換成DSP內(nèi)部的ADC模塊所能接收的范圍。為防止干擾信號串入采樣 信號導(dǎo)致閉環(huán)控制不穩(wěn)定，采樣信號經(jīng)阻容濾波后再用肖特基二極管BAT54S嵌位在最大 接收范圍后送入DSP的ADC模塊；位置環(huán)位于全閉環(huán)的第二環(huán)，采集信號來于裝在電機(jī)軸上 的0IH48-2500P-L6-5V光電編碼器。0IH48-2500P-L6-5V光電編碼器集位置、速度信號于一體，編碼精度為2500線，輸出信號為差分信號，可以有效仰制共模干擾，位置環(huán)信號接收電 路采用AM26LS32四路差分線性接收器，將0IH48-2500P-L6-5V的U、V、W的差分信號轉(zhuǎn)換成 單端信號送入DSP，從而判斷電機(jī)軸當(dāng)前所在的位置，將電機(jī)相位角信號送入DSP后以軟件 四倍頻，所以位置精度可達(dá)到1/10000轉(zhuǎn)；速度環(huán)位于全閉環(huán)的第三環(huán)，與位置環(huán)的接收電 路一樣，信號來自0IH48-2500P-L6-5V光電編碼器的速度采集信號。
在電機(jī)轉(zhuǎn)動時電流采樣模塊負(fù)責(zé)將電機(jī)的實際電流反饋到TMS320LF2407里，這 樣才能完成上述所說的電流閉環(huán)控制。編碼器接收模塊負(fù)責(zé)接位置與速度閉環(huán)主要是靠電 機(jī)軸上的光電編碼器產(chǎn)生的差分信號來實現(xiàn)閉環(huán)的。TMS320LF2407采集到上述三種信號后 才能計算出下一步功率驅(qū)動器的開關(guān)狀態(tài)，并用SPWM信號體現(xiàn)出來，SPWM信號經(jīng)驅(qū)動放大 后發(fā)送到功率驅(qū)動模塊。為保證電機(jī)可靠安全地運行，嵌入式DSP主控模塊具備了過壓，欠 壓，過流，溫度等保護(hù)功能，并集成了故障檢測模塊。如圖5所示，DSP刀塔邏輯控制模塊以TMS320LF2406為協(xié)處理器的用戶輸入輸出 管理模塊。它負(fù)責(zé)用并行總線方式接收用戶輸入模塊的信號與發(fā)送用戶輸出模塊的信號， 并解碼用戶輸入信號，轉(zhuǎn)換成正確的刀搭運轉(zhuǎn)信息經(jīng)CAN總線通信模塊發(fā)送給嵌入式DSP 主控模塊。為實現(xiàn)用戶I/O的并行總線控制方式，總線驅(qū)動芯片采用74HC573，來有效管理 輸入輸出信號的正確導(dǎo)通，并鎖存。這樣既增加了電路的防干擾能力又簡化的控制程序。為 增加接口電路的驅(qū)動能力，采用了 MOFET的推挽式輸出電路。為防止用戶接線短路，電路輸 出部分增加了智能斷路功能，當(dāng)用戶輸出電路大于200毫安時，電路會自動斷路，直到電路 恢復(fù)正常.為增加用戶信號的透明度，每個輸入輸出信號都具備了 LED指示功能，這樣就可 以更明確的了解系統(tǒng)的當(dāng)前運行狀態(tài)。如圖6所示，功率驅(qū)動模塊接收到嵌入式DSP主控模塊發(fā)出的SPWM后經(jīng)光電耦合 器隔離放大后變成驅(qū)動能力比較強的信號，然后由IPM信號驅(qū)動智能功率模塊產(chǎn)生電機(jī)所 需的三項正弦波。功率驅(qū)動器件采用IPM30CSJ060智能功率驅(qū)動模塊，該模塊集控制電源 欠壓鎖定、過熱、過流、短路等保護(hù)功能與一體，并可以輸出各橋臂的報警信號。所以可以安 全有效的控制伺服電機(jī)。
權(quán)利要求
伺服動力刀塔控制裝置，包括嵌入式DSP主控模塊、刀塔邏輯DSP控制模塊、CAN總線、功率驅(qū)動模塊、控制電源模塊、動力電源模塊、伺服電機(jī)，其特征在于應(yīng)用全數(shù)字DSP處理芯片，采用雙CPU兩大控制模塊，兩大模塊分別是嵌入式DSP主控模塊和刀塔邏輯DSP控制模塊，刀塔邏輯控制模塊用于接收用戶的輸入信號并將該信號譯碼成轉(zhuǎn)位信號，并將轉(zhuǎn)位信號通過CAN總線發(fā)送到嵌入式DSP主控模塊，并實時輸出刀塔狀態(tài)信號與故障檢測結(jié)果，嵌入式DSP主控模塊接收到刀塔邏輯DSP控制模塊發(fā)出的轉(zhuǎn)位信號后驅(qū)動伺服電機(jī)運轉(zhuǎn)到目的位置，同時嵌入式DSP主控模塊也將刀塔位置到達(dá)信號與故障檢測結(jié)果以CAN總線發(fā)送到刀塔邏輯控制模塊；所述的嵌入式DSP主控模塊，包括主處理器、CAN總線通信模塊、電流采樣模塊、RS232通信模塊、編碼器信號接收模塊、故障檢測模塊、SPWM驅(qū)動模塊，嵌入式DSP主控模塊是以TMS320LF2407為主處理器的伺服電機(jī)位置控制單元，在電機(jī)控制上采用電流、位置、速度進(jìn)行三大閉環(huán)；所述的刀塔邏輯DSP控制模塊，以TMS320LF2406為協(xié)處理器的用戶輸入輸出管理模塊，總線驅(qū)動芯片采用74HC573，采用了MOFET的推挽式輸出電路；所述的控制電源模塊輸入為兩相AC220V，一級隔離變壓分別為DC5V、DC15V、DC24V，二級變壓為三路隔離DC15V。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服動力刀塔控制裝置，其特征在于總線驅(qū)動芯片采用八 進(jìn)制三態(tài)非反轉(zhuǎn)透明74HC573鎖存器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服動力刀塔控制裝置，其特征在于功率驅(qū)動器件采用集 控制電源欠壓鎖定、過熱、過流、短路等保護(hù)功能與一體的IPM30CSJ060智能功率驅(qū)動模 塊，并且該模塊能夠輸出各橋臂的報警信號。
全文摘要
伺服動力刀塔控制裝置，涉及一種機(jī)床設(shè)備，該裝置應(yīng)用全數(shù)字DSP處理芯片，采用雙CPU兩大控制模塊，嵌入式DSP主控模塊是以TMS320LF2407為主處理器的伺服電機(jī)位置控制單元，在電機(jī)控制上采用電流、位置、速度進(jìn)行三大閉環(huán)；刀塔邏輯DSP控制模塊，以TMS320LF2406為協(xié)處理器的用戶輸入輸出管理模塊，總線驅(qū)動芯片采用74HC573，采用了MOFET的推挽式輸出電路。伺服控制刀塔轉(zhuǎn)位速度快，可減小刀塔的換刀時間，提高了機(jī)床的加工效率、轉(zhuǎn)位精度、換刀準(zhǔn)確率，還可提高控制的靈活性和通用性。
文檔編號G05B19/18GK101846990SQ20101018530
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者劉華, 高雪冰 申請人:沈陽盛暉測控技術(shù)有限公司