一种具有远程监测功能的智能伺服控制器的制作方法

本实用新型属于伺服电机技术领域，尤其涉及一种具有远程监测功能的智能伺服控制器。

背景技术：

伺服电机广泛应用于工业领域，其通过伺服控制器向伺服驱动器发送控制信号，并获取伺服驱动器的反馈信号形成控制闭环，最终实现对伺服电机速度、位置和转矩的精确控制。现阶段的伺服电机控制器主要使用PLC和配合工控机的控制卡，PLC可实现较为简单的控制，但其框架固定，智能化程度较低；工控机配合控制卡的方式适用于对复杂程度与精度要求高的情况，但其成本较高。并且传统的伺服电机控制器在设备运行状态监控以及通信方面较为欠缺，当今物联网技术已经为智能设备的远程监测，数据分析，预测性维护等方面奠定了良好的基础。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供一种具有远程监测功能的智能伺服控制器，该具有远程监测功能的智能伺服控制器具有较高精度的底层硬件结构与控制框架，具有高速的嵌入式控制系统，并具有用于运行状态监测的多个传感器接口，此外还具有适用于物联网的通信设备。

本实用新型所采用的具体技术方案为：

本专利的发明目的是提供一种具有远程监测功能的智能伺服控制器，至少包括：

FPGA，FPGA通过数字量隔离输出电路向伺服驱动器发送脉冲信号，伺服驱动器反馈的数字量信号通过数字量隔离输入电路传输给FPGA；

测温电路，采集伺服电机的温度信号，并将温度信号传输给FPGA；

振动测量电路，采集伺服电机的振动信号，并将振动信号传输给FPGA；

噪声测量电路，采集伺服电机的噪声信号，并将噪声信号传输给FPGA；

ARM，所述FPGA通过SPI接口与ARM进行数据交互；

与外部网络进行数据交互的外部通信电路，其中：

所述FPGA分别与、振动测量电路、噪声测量电路、ARM、外部通信电路、数字量隔离输出电路、数字量隔离输入电路电连接。

进一步：还包括与ARM进行数据交互的触摸屏。

进一步：所述测温电路包括热敏电阻Pt100，由热敏电阻Pt100、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10组成的电桥获取差分电压信号，上述差分电压信号通过差分放大器AD8237 进行放大，并使差分信号转换为单端信号，差分放大器AD8237的输出信号经过低通滤波电路后，进入模/数转换器LTC1864进行采样，最后将采样结果传输给FPGA。

进一步：所述振动测量电路包括为振动传感器提供恒定的电流的LM234芯片，振动传感器产生的交变电压信号经过电容C1隔直后，由运算放大器电路进行升压，随后经过低通滤波电路后，通过模/数转换器LTC1864进行采样，最后将采样结果传输给FPGA。

进一步：所述外部通信电路包括：实现数据有线传输的以太网转串口模块 USR-TCP232-T2、实现数据无线传输的WIFI模块WeBee W-003；上述太网转串口模块 USR-TCP232-T2和WIFI模块WeBee W-003通过串口连接到FPGA。

本实用新型的优点及积极效果为：

通过采用上述技术方案，本实用新型具有如下的技术效果：

本实用新型使用FPGA作为底层硬件电路控制与驱动核心，具有成本低、可靠性高、速度快、多路并行操作的优点；以ARM为核心的上层控制部分运算速度快，具有优秀的人机界面开发模式，并且易于实现产品的智能化；总体方案在保证速度和控制精度的基础上，将智能化的上位机系统嵌入控制器，降低了成本，并且支持数字量和模拟量传感器数据采集与数据上传通道，便于实现设备运行状态的远程监控，贴合物联网的发展趋势。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的电路框图；

图2为本实用新型优选实施例中振动测量电路图；

图3为本实用新型优选实施例中测温电路图；

图4为本实用新型优选实施例中数字量隔离输出电路图；

图5为本实用新型优选实施例中数字量隔离输入电路图；

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本实用新型的结构作详细的描述。

请参阅图1至图5：一种具有远程监测功能的智能伺服控制器，FPGA通过数字量隔离输出电路向伺服驱动器发送脉冲信号，伺服驱动器反馈的数字量信号通过数字量隔离输入电路传输给FPGA；测温电路采集伺服电机的温度信号，并将温度信号传输给FPGA；振动测量电路采集伺服电机的振动信号，并将振动信号传输给FPGA；噪声测量电路采集伺服电机的噪声信号，并将噪声信号传输给FPGA；FPGA通过SPI接口与ARM进行数据交互；具有与外部网络进行数据交互的外部通信电路，可将采集到的系统运行数据发送到服务器、云平台等外部网络；FPGA分别与、振动测量电路、噪声测量电路、ARM、外部通信电路、数字量隔离输出电路、数字量隔离输入电路电连接；本专利的底层硬件以FPGA为核心，此外还包括数字量隔离输出电路，数字量隔离输入电路，模/数转换电路，测温电路，振动测量电路，噪声测量电路，SPI接口电路以及外部通信电路。智能伺服控制器的上层控制电路以ARM为核心，并搭载触摸屏。FPGA通过数字量隔离输出电路向伺服驱动器发送脉冲信号，驱动器反馈的数字量喜欢通过数字量隔离输入电路传输给FPGA，FPGA实现运动闭环控制；温度测量电路、振动测量电路和噪声测量电路分别采集伺服电机及其配套设备的温度、振动和噪声信号，其中数字量信号直接传输给FPGA，模拟量信号经过模/数转换电路后传输给FPGA。FPGA 将伺服电机的运行、动作数据以及测量的温度、振动和噪声的数据通过SPI接口传输到ARM， ARM对温度、振动与噪声数据进行处理运算与分析，将运算结果与伺服电机运行、动作数据通过外部通信电路向服务器或云平台传送。触摸屏用于伺服电机相关参数与控制命令的输入，参数与控制命令输入后，首先由ARM进行相应的运算处理，并将运算结果通过SPI接口电路传输给FPGA，并由FPGA执行。

FPGA选用Altra公司Cyclone IV系列，配备27MHz晶振。振动测量电路使用LM234 芯片为振动传感器提供恒定的电流，传感器产生的交变电压信号经过电容C1隔直后由运算放大器电路抬升2.5V，经过低通滤波电路后通过模/数转换器LTC1864进行采样，并将采样结果传输给FPGA。

测温电路使用Pt100作为温度传感器，使用由Pt100和R8、R9、R10组成的电桥获取差分电压信号，并通过差分放大器AD8237进行放大，并使差分信号转换为单端信号，其中放大倍数为(R13+R15)/R15，并且R14的阻值应等于R13与R15的并联阻值。芯片AD8237的输出信号经过低通滤波电路后通过模/数转换器LTC1864进行采样，并将采样结果传输给 FPGA。

噪声测量使用噪声测量模块，模块将测量结果数据通过串口发送到FPGA。

数字量隔离输出电路使用SN65LVDS9638芯片。该芯片可将两路单端信号转换为两路差分信号，并且该芯片要求负载阻抗为100欧姆，因此电阻R16、R17、R18和R19的阻值均选用49.9欧姆。FPGA将用以控制伺服电机转速、方向等的控制信号已脉冲的形式输出，经过隔离芯片ISO7340后发送给SN65LVDS9638，转换产生的差分信号传输到伺服电机驱动器，实现对电机的控制。

数字量隔离输出电路使用HCPL0600芯片，该芯片自带光电隔离，将一路差分信号转化为一路单端信号，R20为430欧姆的匹配阻抗，R21为上拉电阻。伺服驱动的反馈差分信号通过HCPL0600转化为单端信号后传输给FPGA。

外部通信电路使用以太网转串口模块USR-TCP232-T2实现数据的线传输；WIFI模块 WeBee W-003实现数据的无线传输；该两种模块通过串口连接到FPGA。

ARM使用TI公司的ARM核心板AM335X，并在核心板上搭载Linux操作系统，在操作系统平台上运行相应的控制、人机界面及外部通信程序。ARM核心板与FPGA间使用SPI 通信。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。