专利名称：可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多轴定位控制模块，尤其是一种可编程逻辑控制器使用的以 太网多轴定位控制模块。
背景技术：
可编程逻辑控制器(PLC)、机器人和CAD/CAM成为现代工业生产的三大支柱。随着 现在生产的自动化水平的不断提高，PLC轴定位功能的应用领域更加广泛，尤其在CAM领域 的应用发展迅速。轴定位控制是指PLC在机电高速运行条件下，使运动物体在指定精度范 围内停止于目标位置。在全球PLC制造商中西门子、施奈德、三菱、欧姆龙等公司的轴定位 模块都有各自的系列产品，都能达到速度与精度的协调。随着机电产品更新换代速度加快， 对机械加工精度、速度和连续运行、协调性和成本方面的要求也愈来愈高，这些定位模块显 现出了不足之处1、只能在专用的PLC上使用，不能与其他公司的PLC共享控制资源；2、一般采用RS-232与上位计算机通信，实时性不太理想；3、伺服脉冲频率一般都在IOOKHz 200KHz左右，对于速度很高的数控领域不太 适用；4、硬件设计线路复杂，成本很高，例如三菱的FX2N-10GM单轴定位控制单元市场 价要四千多元，FX2N-20GM两轴定位控制单元市场价要八千多元。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种以太网多轴定位控制 模块，该模块既可以通过普通网线与计算机PC或者工业计算机IPC连接，也可以与所有支 持Modbus TCP/IP协议的PLC连接，使得该模块具有很强的数控组态能力。按照本实用新型提供的技术方案，所述可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制 模块包括CPU控制单元，轴定位控制单元通过地址总线、数据总线和控制总线连接到CPU控 制单元，输入信号隔离单元的输入端连接X、Y、Z轴反馈信号，输入信号隔离单元的输出端 连接轴定位控制单元的输入，轴定位控制单元的输出端连接输出信号隔离单元，输出信号 隔离单元输出X、Y、Z轴驱动信号；CPU控制单元连接以太网通信单元，以太网通信单元的端 口连接到RJ-45接口。所述CPU控制单元的输出连接到指示多轴定位控制模块工作状态的LED面板指示单元。所述轴定位控制单元采用日本NPM的LSI PCL6000系列IC。所述以太网通信单元采用内嵌硬件TCP/IP内核的网络集成电路。本实用新型的优点是本实用新型是一种高可靠性、低成本、开发周期短、兼容性 好的工业运动控制方案。采用日本NPM高性能运动脉冲控制LSIPCL6000系列IC，设计的伺 服脉冲频率可达1MHz，以太网10/100M标准接口使得本实用新型兼容具有Modbus TCP/IP协议的不同厂家的PLC，而且可以与工控机(IPC)或者计算机(PC)组成运动控制方案。
图1是本实用新型的电路框图。图2是本实用新型进行运动控制的一种实施方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图1所示本实用新型包括6个单元CPU控制单元Ul、轴定位控制单元U2、以 太网通信单元U3、输入信号隔离单元U4、输出信号隔离单元U5、LED面板指示单元U6。其 中，轴定位控制单元U2通过三种总线(地址总线、数据总线、控制总线)连接到CPU控制单 元Ul，X、Y、Z轴反馈信号经过输入信号隔离单元U4后，连接到轴定位控制单元U2，U2的输 出信号经过输出信号隔离单元U5处理后输出X、Y、Z轴驱动信号；CPU控制单元Ul连接到 以太网通信单元U3，以太网通信单元U3的端口连接到RJ-45接口，多轴定位模块的工作状 态通过CPU控制单元Ul输出到LED面板指示单元U6。各模块详细介绍如下CPU控制单元Ul主要任务是对轴定位控制单元U2的PCL6000系列IC的寄存器进 行预置运动指令参数、设定工作环境参数、读取各轴工作状态、接收轴定位控制单元U2的 中断请求信号、接收EMST (外部紧急停止输入)和EINT (外部中断输入)信号，以实现对轴 定位控制单元U2的实时控制；所述EMST、EINT信号是CPU控制单元Ul直接接入的外部控 制信号。轴定位控制单元U2采用日本NPM高性能运动脉冲控制LSI PCL6000系列IC，它 可控制4轴运动，具有预置寄存器(2段)、UP-D0WN计数器(4个/轴)以及比较器(5个/ 轴)、圆弧/直线插补功能、内置伺服电机接口，可实现电机高精度控制。轴定位控制单元 U2通过三种总线(地址总线、数据总线、控制总线)连接到CPU控制单元U1，执行CPU控制 单元Ul的运动指令控制、反馈当前的工作状态给CPU控制单元Ul，CPU控制单元U1、轴定 位控制单元U2协同工作从而完成各种复杂的定位控制。以太网通信单元U3采用内嵌硬件TCP/IP内核的网络集成电路，该硬件TCP/IP内 核电路能自动解码通信数据，CPU控制单元Ul只要操作内核电路的相关寄存器即可实现与 外部设备的网络连接，以太网通信单元U3的端口连接到RJ-45接口。输入信号隔离单元U4、输出信号隔离单元TO都是通过光电转换器对信号进行光 电隔离，使得本实用新型具有很好的电磁兼容特性。X、Y、Z轴反馈信号经过输入信号隔离 单元U4后，连接到轴定位控制单元U2，轴定位控制单元U2的输出信号经过输出信号隔离 单元TO处理后输出X、Y、Z轴驱动信号，输出信号隔离单元TO的伺服脉冲频率可达1MHz。 其中，X、Y、Z轴的各个轴反馈信号有SVR(驱动器准备就绪输入)、INP(到位信号输入)、 Z (轴Z相输入)、HOME (原点输入)、OVT+ (正方向限位输入)、OVT-(负方向限位输入)；X、 Y、Z轴的各个轴驱动信号有CW(正转脉冲输出)、CCW(反转脉冲输出)、SVCLR(偏差脉冲 清零输出)、SVON (伺服ON输出)。多轴定位模块的工作状态通过CPU控制单元Ul输出到LED面板指示单元TO，指示的工作状态有0K 系统自诊断；ERR 系统错误或数据错误；DIAG =CPU监控；24V 外部供给 电源；各轴公用信号有0 动作状态；1 =EMST ；2 =EINT ；3 未使用；4 未使用；5 :Χ轴 HOME ；6 :Υ 轴 HOME ；7 :Z 轴 HOME ；X、Y、Z 轴各轴信号0 =SVR ；1 =INP ；2 =Z 相；3 =OVT+ ；4 =OVT- ；5 =SVON ；6 =Cff ；7 CCW。图2是本实用新型针对交流伺服电机的运动控制实施例，图中左边是以太网多轴 控制模块的面板图，Ml即TO单元的LED透明面板，M2即以太网接口 RJ-45，M3即X、Y、Z轴反 馈信号和驱动信号的接口，这些信号分布在左右两个接线端子台上，M4即24V工作电源的 接入端子。图中右下部的X、Y、Z轴的每个轴由一台伺服驱动器和一个伺服电机构成，伺服 驱动器根据定位控制模块的驱动信号控制伺服电机的U/V/W三相频率，伺服电机自带的编 码器反馈信号给伺服驱动器，伺服驱动器把反馈值与目标值进行比较，闭环调整电机的转 动角度，从而达到精确定位的目的。图中PLC即可编程逻辑控制器，只要支持Modbus TCP/ IP协议的PLC都可以与本模块组建成数控局域网。如按图例建立的数控机床，通过PLC或 者PC把数控加工指令(G代码)通过RJ-45下载到多轴定位控制器，控制器对数控加工指 令进行解码，执行诸如圆弧插补、直线插补、快速定位等各种复杂的运动控制功能。
权利要求可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块，其特征是包括CPU控制单元(U1)，轴定位控制单元(U2)通过地址总线、数据总线和控制总线连接到CPU控制单元(U1)，输入信号隔离单元(U4)的输入端连接X、Y、Z轴反馈信号，输入信号隔离单元(U4)的输出端连接轴定位控制单元(U2)的输入，轴定位控制单元(U2)的输出端连接输出信号隔离单元(U5)，输出信号隔离单元(U5)输出X、Y、Z轴驱动信号；CPU控制单元(U1)连接以太网通信单元(U3)，以太网通信单元(U3)的端口连接到RJ 45接口。
2.如权利要求1所述的可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块，其特征是所 述CPU控制单元(Ul)的输出连接到指示多轴定位控制模块工作状态的LED面板指示单元 (U6)。
3.如权利要求1所述的可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块，其特征是所述 轴定位控制单元(U2)采用日本NPM的LSI PCL6000系列IC。
4.如权利要求1所述的可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块，其特征是所述 以太网通信单元(U3)采用内嵌硬件TCP/IP内核的网络集成电路。
专利摘要本实用新型涉及一种可编程逻辑控制器的以太网多轴定位控制模块，其包括CPU控制单元、轴定位控制单元、以太网通信单元、输入信号隔离单元、输出信号隔离单元、LED面板指示单元。轴定位控制单元U2采用日本NPM高性能运动脉冲控制LSI PCL6000系列IC，以太网通信单元U3采用内嵌硬件TCP/IP内核的网络集成电路，输出信号隔离单元U5的伺服脉冲频率可达1MHz。10/100M标准以太网接口使得本实用新型兼容具有Modbus TCP/IP协议的不同厂家的PLC以组成灵活的运动控制方案，该模块具有很强的数控组态能力，是一种高可靠性、低成本、兼容性好的运动控制模块。
文档编号G05B19/19GK201654533SQ201020170868
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月12日 优先权日2010年4月12日
发明者严金荣, 施琦玮, 黄建江 申请人:光洋电子(无锡)有限公司