专利名称：基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机电控制技术领域的装置，具体是一种基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制系统。
背景技术：
电动缸(也称为电动执行器)是用各种电机(如伺服电机、步进电机、直流电机) 为动力，通过传动机构和执行机构，将旋转运动变为机械往复直线运动的通用动力基础部件，直线运动的推杆在不同场合可以驱动工作部件完成推、拉、上升、下降、转动角度、夹紧工作物等功能。不同于气动缸和液压缸，电动缸具有无噪声、无泄漏污染、性能可靠、动作灵敏、结构简单等优点。因此，电动缸正越来越多的用于工业生产中。现场总线是用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络，作为数字通信网络的基础，沟通了工业过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系，是一种开放式、新型全分布控制系统，已经成为自动化技术发展的热点。多数为短帧传送，具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低、信息交换频繁等特点，具有一定的时间确定性和较高的实时性要求。对于单个电动缸，通过电动缸传感器的反馈信号和控制电机，可精确实现电动缸推杆的速度或位移等物理量的控制。在电动缸数量巨大的情况下，例如有规律分布的1000 台，通过电动缸阵列实现关于电动缸推杆的速度或位移等物理量的精确控制，有以下问题 [1]如何对电动缸阵列进行集中统一控制，[2]如何提高电动缸阵列的响应速度，[3]如何迅速定位并处理有故障的电动缸，以不干扰整个控制网络。在电动缸数量巨大的情况下，使用一个现场总线网络作为控制网络不合适。由于网络中所有的站点均为串行连接，因此通信电缆很长，有如下不足[1]传输速度降低，从而极大的延长了电动缸阵列的响应时间，[2]易受干扰，降低了网络的可靠性，[3]受网络驱动能力的限制，需要增加数量众多的中继器，带来诸多不确定性因素，如电缆电容、回路电阻，降低了网络的容错能力。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制系统，对电动缸阵列进行有效的集中统一控制，能显著提高电动缸阵列的响应速度，具有数据吞吐量大、可靠性高、结构简单等特点。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括现场总线主网络，实现以太网信号的汇聚；控制模块以及与之相连的由电动缸、电动缸传感器及其对应电动缸控制器组成的若干个现场总线子网络。所述的电动缸与电动缸控制器固定封装，电动缸与电动缸传感器相连并输出传感信号至电动缸控制器，控制模块接收以太网信号并输出至电动缸控制器，实现电动缸工作状态的控制。
所述的接收通过RS485总线和以太网连接得以实现。所述的电动缸包括电机、蜗杆、蜗轮和丝杆，其中蜗杆与电机的输出轴相连，蜗轮与丝杠相连实现电机驱动蜗轮及丝杠实现上下往复直线运动。所述的电动缸控制器包括推杆传感器、微处理器单元和总线接口，其中总线接口与电动缸传感器连接，推杆传感器所接收到的位置信息通过总线接口上传至控制模块， 微处理器单元与总线接口连接，微处理器单元将电动缸传感器输出的电机温度、电机运行速度、加速度信息通过总线接口上传至控制模块，同时现场总线子网络可以通过总线接口向电机发送更改电机运行速度、加速度等控制命令。所述的现场总线主网络由主控计算机、串口服务器和以太网交换机组成，其中以太网交换机的一端与现场总线子网络连接，另一端与主控计算机连接实现通信，主控计算机包含控制程序并实现向现场总线子网络发送控制命令。本发明通过以下方式进行工作对电动缸的控制命令由控制模块发送到现场总线主网络，控制命令依次依照主站与从站关系寻址找到第i个现场总线子网络，并将控制命令送达第j个从站即第Xu个电动缸，电动缸实现控制命令所要求的动作，并将经由电动缸微处理器接收并处理的物理量电动缸传感器输出的信号上传至第i个现场总线子网络，再返回至现场总线主网络。与现有技术相比，本发明的优点包括在电动缸数量巨大的情况下，使用本发明的基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制系统能有效避免由于网络中所有的站点均为串行连接导致的通信电缆过长而引起的传输速度降低，易受干扰，网络的可靠性降低，网络的容错能力降低等问题。本发明具有结构简单，传输速度高，不易相互干扰，可靠性高，容错能力高的优点。
图1为本发明结构示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括主控计算机及所存储的控制程序1、以太网交换机2、 电缆线3、分控箱4、串口服务器5、RS485现场总线6和电动缸及其控制模块7，其中主控计算机1与以太网交换机2相连接并向以太交换机2传输字符型的控制信号，以太网交换机2将主控计算机1发送的字符型信号转换成以太信号，再通过电缆线3与分控箱4相连接并向传串口服务器5输以太信号，串口服务器5被封装在分控箱4中，电动缸控制器7通过RS485现场总线6与分控箱4中的串口服务器5相连接，串口服务器5将以太信号转换成总线信号通过RS485现场总线6传递给电动缸控制器7，从而实现对电动缸中电机运动的控制。同时电动缸控制器7的总线信号也可通过RS485现场总线6传送至串口服务器5，转换成以太信号后再通过电缆线3传送至以太交换机2，转换成字符信号后传送至主控计算机1，由主控计算机1中的控制程序对信号做出反应，进行下一步控制。
所述的1个现场总线主网络包括主控计算机及所存储的控制模块1、以太网交换机2、电缆线3，其中主控计算机1与以太网交换机2相连，通过以太网交换2及与电缆线 3相连。所述的i个现场总线子网络包括分控箱4、串口服务器5，其中分控箱4通过串口服务器5与RS485总线6相连，电动缸7与RS485总线6相连。所述的电动缸和电动缸控制器都为图中的电动缸7。本实施例中电动缸封装了滚珠丝杆、蜗轮蜗杆、电动机、电动机微控制器、角位移电动缸传感器、壳体。电动机微控制器集成了 485总线信息的收发功能，负责将主控制计算机发来的指令解释并作相应控制，同时将指令执行结果信息返回。本实施例装置使用前，首先确保电动缸与分控箱的485总线、电源与分控箱的电源线、分控箱与以太网交换机的电缆线、以太网交换机与主控计算机的网线的正确连接。给主控计算机、分控箱和以太网交换机通电后，启动运行主控计算机中的控制模块。在控制模块界面上点击相应按钮，发送出相应命令后，由控制模块将命令翻译成与电动机通用的命令，发送给电缆线，经由电缆线传送给各个分控箱，分控箱不仅完成将 220伏交流电源转换成直流电源给分控箱内的串口服务器和电动缸供电，而且通过串口服务器将电缆线传送来的以太信号转换成RS485总线信号，经由各RS485总线将信号发送到每条RS485总线上的各台电动缸上，电动缸微处理器将收到信号与自身编码地址比较决定是否执行所接收到的信号，如果执行则电动缸电机的控制部分将执行此次信号命令，电动缸微处理器接收并处理物理量电动缸传感器所接收的信号并将其上传至RS485现场总线， 再沿电缆线返回给主控计算机中的控制模块，控制模块负责显示及对返回的信号做出进一步控制的反应。
权利要求
1.一种基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制系统，包括现场总线主网络，实现以太网信号的汇聚；其特征在于，还包括控制模块以及与之相连的由电动缸、电动缸传感器及其对应电动缸控制器组成的若干个现场总线子网络。
2.根据权利要求1所述的基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制系统，其特征是，所述的电动缸与电动缸控制器固定封装，电动缸与电动缸传感器相连并输出传感信号至电动缸控制器，控制模块接收以太网信号并输出至电动缸控制器，实现电动缸工作状态的控制。
3.根据权利要求2所述的基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制系统，其特征是，所述的接收通过RS485总线和以太网连接得以实现。
4.根据上述任一权利要求所述的基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制系统，其特征是，所述的电动缸包括电机、蜗杆、蜗轮和丝杆，其中蜗杆与电机的输出轴相连，蜗轮与丝杠相连实现电机驱动蜗轮及丝杠实现上下往复直线运动。
5.根据上述任一权利要求所述的基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制系统，所述的电动缸控制器包括推杆传感器、微处理器单元和总线接口，其中总线接口与电动缸传感器连接，推杆传感器所接收到的位置信息通过总线接口上传至控制模块，微处理器单元与总线接口连接，微处理器单元将电动缸传感器输出的电机温度、电机运行速度、加速度信息通过总线接口上传至控制模块。
6.根据权利要求1所述的基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制系统，所述的现场总线主网络由主控计算机、串口服务器和以太网交换机组成，其中以太网交换机的一端与现场总线子网络连接，另一端与主控计算机连接实现通信，主控计算机包含控制程序并实现向现场总线子网络发送控制命令。
全文摘要
一种机电控制技术领域的基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制系统，包括现场总线主网络，控制模块以及与之相连的由电动缸、电动缸传感器及其对应电动缸控制器组成的若干个现场总线子网络。本发明对电动缸阵列进行有效的集中统一控制，能显著提高电动缸阵列的响应速度，具有数据吞吐量大、可靠性高、结构简单的特点。
文档编号G05B19/418GK102156465SQ20111007505
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者叶骞, 张锦锋, 郭逢宇, 金惠良 申请人:上海交通大学