专利名称：用于压板机的多个步进电机控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于压板机的多个步进电机控制系统。
背景技术：
压板机是以计算机辅助设计与辅助制造技术为主要手段的曲面成形制造设备，其 工作原理是把传统的冲压实体模具分解为很多离散的小模具单元(也称基本体)，利用一 系列规则排列的高度可调的基本体，每个基本体都由一个步进电机控制其高度，可在电脑 的控制下自由地构造出成形曲面，代替模具实现板材三维曲面的快速无模成形。这种成形 方式可以极高的提高曲面板材的制造时间，降低制造成本。压板机的方便、快速改变模具形 状也给其自身的设计与控制带来了很多不便之处压板机的一个面由15 X 15 = 225个基本 体构成，每个基本体都需要一个步进电机进行单独控制，因此整个系统需要同时对两百多 个电机同时进行控制，在现有的步进电机控制技术上，控制如此多的电机需要有一定的技 术创新。目前国内对步进电机控制系统研究的很多，但是研发出来的步进电机控制系统都 存在着结构复杂、价格高等缺点，这给设备制造企业的大批量生产带来了很大的经费问题。步进电机在工作方式上跟普通的直流电机有很大的不同，步进电机的驱动需要有 专门的驱动器进行驱动。为控制驱动器正常工作还需要一个控制器为驱动器提供控制信 号。但是一股的对步进电机的控制都存在以下几个问题每个步进电机都只能一个一个单独控制，不能实现联网控制。步进电机除了驱动 器外还需要一个相匹配的控制器与之共同工作。一股都是一个控制器带动一个驱动器，不 能一个控制器带动多个驱动器，这样会带来资源的浪费，同时会减少总线上所能控制的电 机总数目。步进电机控制器与PC机通过总线连接，每次只能同时控制一个电机。不能实现电 机的自动控制运行。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于压板机的多个步进电机控制系 统，以克服目前对步进电机的控制所存在的费用高和自动联网控制问题。本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是由PC机和多个电机控制驱动节 点组成，它们均由CAN总线相连。每个电机控制驱动节点由一个电机控制器和与之相连的 多个电机驱动器组成，一个电机控制器同时控制多个步进电机。本实用新型是一种可通过PC机自动对控制器进行联网控制，每个控制器同时又 控制多个电机驱动器的装置。因此，本实用新型与现有技术相比具有以下的主要优点其一.用一个控制器可以同时实现控制多个控制器，每个控制器又可以控制多个 步进电机驱动器的装置。这样减少了所需控制器和驱动器的数目，只需要57个控制器和 113个控制器便能解决整个系统电机个数多而带来的复杂问题，简化了控制方案。
3[0011]其二 .不仅能实现对225个电机的智能控制，而且还能有效的降低整个系统的成 本。当前市场上一个普通步进电机驱动器价格在200元左右，一个步进电机控制器(不能 联网)价格在250元左右，这样合算起来整个系统15X 15X (200+250) = 101250元。若使 用本系统，总的开销为57 X 250+113 X 200 = 42500元，相比而言总体价格降低了近一半，并 且还能实现联网控制功能。因此本实用新型在市场上具有很好的竞争优势。其三.在PC机上通过控制软件导入模具参数后自动实现对225个电机的单独控 制，其工作过程无需人为参与，减少了工人的工作量。
图1是本实用新型的总体结构示意图。图2是图1中电机驱动控制节点2的结构示意图。图3是图2中控制器的电路的结构图。图4是图2中驱动器的电路的结构图。图中1. PC机；2.电机驱动控制节点；3. CAN总线。
具体实施方式
本实用新型主要应用于压板机电机控制中，在压板机中共有225个电机需要根据 所设计的模具的形状进行单独控制调节。对于每一个电机都需要单独精确控制，如果使用 手动调节的话不仅速度慢而且精度特别低，根本不能满足整个系统的要求。如果直接使用 市场上的成品电机驱动系统的话，那么其控制系统还是要再单独解决，并且还面临着接口 匹配问题。这样算来整个系统会因为驱动电机的数目的庞大而使整个系统的成本增加非常 多，这对实际产品的生产带来很多不利。为此本实用新型提供了下述的非常便利的解决方 案，能够很好的满足整个系统对效率和费用的要求。本实用新型提供的用于压板机的多个步进电机控制系统，其结构如图1所示由 PC机1、多个电机驱动控制节点2组成，由CAN总线3将PC机1和每个电机驱动控制节点 2连接在一起。每个电机控制驱动节点2由多个电机控制器和与之相连的多个电机驱动器 组成，一个电机控制器同时控制多个步进电机。PC机通过CAN总线向各个电机控制器发送 控制命令，电机控制器解释命令并且执行命令控制步进电机转动给定的圈数并返回步进电 机工作状态，PC机对每个步进电机的工作状态做实时记录。所述PC机1可以采用常规电脑、笔记本电脑或者工控机都可以。所述电机驱动控制节点2的结构如图2所示，由多个电机控制器(即图2中的控 制器)和与之相连的多个电机驱动器(即图2中的驱动器)组成。每个电机控制器可以与 两个以上电机驱动器相连，每个电机驱动器的输出端连接两个以上步进电机，这样一个电 机控制器就可以至少同时控制所接的4个步进电机M。若一个电机控制器同时控制4个步 进电机M，则整个系统需要57个电机控制器就可以达到控制225个电机的要求。电机控制 器和电机驱动器之间的连接按照编号连接便可以正常工作，如果在工作的过程中有电机驱 动器坏掉，只需更换一个好的电机驱动器便可以重新工作，这给以后的维修带来了方便。一 个步进电机控制器、两个步进电机驱动器和四个步进电机构成CAN总线上的一个电机驱动 控制节点2。
4[0022]所述电机控制器的结构如图3所示由相互电路连接的CAN驱动器、隔离器、CAN 接收器、主控制器MCU组成。CAN驱动器通过CAN总线3与MCU相连。MCU设有多个IO驱 动接口(简称IO接口)，每两个IO接口与一个电机驱动器相连。电机控制器通过CAN总线 连接在一起组成小型局域网，在PC端使用控制软件自动对每个电机进行单独控制。主控制器MCU是电机控制器的核心，它的主要功能是接收命令和发送确认信息并 将接收到的命令进行译码，然后控制电机参照要求转动。MCU与PC机进行通讯使用的是CAN 网络，使用这个网络需要专用的收发控制芯片才能实现通讯。在本设计中CAN接收器采用 的是SJA1000数据收发芯片，它是一种独立的CAN总线控制器具有BasicCAN和PeliCAN两 种工作方式，PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN 2. OB协议，这为CAN协议的使 用带来了方便。SJA1000数据收发芯片并没有直接连接到CAN驱动器上面，而是在它们之间 连接了一个隔离器。该隔离器能够有效地将MCU和CAN网络之间隔离起来，有利于减少总 线上面带来的干扰对MCU产生危害。MCU的控制输出也不是直接输出到外面的，而是在每一 路输出后面都加了一级IO输出驱动。IO驱动输出可以增加IO的驱动能力，防止外部产生 的静电对MCU的IO接口产生危害。在MCU后面共有4路电机控制输出，每一路都可以进行 单独的控制输出，这样就缩小了整个网络的规模，减少了整个系统的成本。所述电机驱动器的结构如图4所示设有多套控制驱动电路，其由同一个电源供 电。每套控制驱动电路控制一个步进电机，该控制驱动电路由电路连接的隔离器、步进电机 逻辑信号发生器Ul、步进电机电流驱动器U2组成，其中隔离器的输入端经IO驱动接口与 单片机(PC机1)的IO端口相连。步进电机电流驱动器的输出端直接与步进电机相连。在图4中电机驱动器电源主要为强电，如果出现问题的话强电极有可能会加载到 控制输入上面，这样会对电机控制器产生不可逆转的毁坏。为了避免这样的问题产生，在每 一路的驱动输入前面都加了一级隔离器。隔离器可以有效的将前面控制部分和后面驱动部 分隔离开，保证了前级控制输入的安全工作。步进电机的工作方式与不同电机有很大的不 同，它需要专门的逻辑控制信号才能够正常工作。这个逻辑信号的产生由一个专用的步进 电机逻辑信号发生器Ul产生，它除了能产生步进电机控制逻辑信号外还能够对电机进行 过流保护，这就增加了驱动器的安全性。将控制逻辑信号转换为步进电机的转动动力还需 要驱动器，在驱动器中对电机驱动的实现是由步进电机电流驱动器U2完成。所述隔离器可以采用日本东芝公司生产的TLP521芯片，当然也可以采用采用东 芝公司TLP181芯片。步进电机逻辑信号发生器Ul可以采用法国意法半导体公司生产的 L297芯片，该芯片能够产生步进电机转动所需的逻辑控制信号，简化了对步进电机的控制 方法。步进电机电流驱动器U2可以采用法国意法半导体公司生产的L298芯片，L298芯片 内部有8个功率管组成的驱动电路，使用起来电路简单，驱动电流可以达到2A，最高电压可 以用到40V，安全电压一股在36V左右，能够满足一股电机的驱动要求。每一个驱动器有两 套驱动控制电路可以驱动两个电机，这样就减少了驱动器的体积和接线数目。当然步进电 机驱动器的实现也可以使用其它公司的生产的电机控制驱动芯片。本实用新型的工作过程是PC机主要是用来运行电机控制软件，电机控制软件会 根据导入的曲面参数文件，向电机控制器发送控制命令。控制命令中包含了指定的电机要 转动的方向和圈数，电机控制器在接收到命令后立即会返回当前状态，PC机可以根据此当 前状态得知电机转动的状况。电机控制器在返回电机当前状态之后会立立即解释并执行接收到的命令，控制指定的电机转动相应的圈数。每个电机控制器通过CAN总线接收PC机发 送的指令，译码后可以同时控制多个步进电机驱动器同时工作，并且每一路步进电机之间 相互独立不会互相干扰。电机驱动器在电机控制器的时钟和方向信号的控制下，将时钟信 号转换成步进电机逻辑控制信号并将其转换成为电机驱动电流直接驱动步进电机。 本实用新型不仅能实现对多个步进电机的智能控制，而且还能有效的降低整个系 统的成本，因此在市场上具有很好的竞争优势。
权利要求一种用于压板机的多个步进电机控制系统，其特征是该系统由PC机(1)和多个电机控制驱动节点(2)组成，它们均由CAN总线(3)相连；每个电机控制驱动节点(2)由一个电机控制器和与之相连的多个电机驱动器组成，一个电机控制器同时控制多个步进电机。
2.根据权利要求1所述的多个步进电机控制系统，其特征是一个电机控制器的输出端 与两个以上电机驱动器相连，每个电机驱动器的输出端连接两个以上步进电机。
3.根据权利要求2所述的多个步进电机控制系统，其特征是所述电机控制器由相互电 路连接的CAN驱动器、隔离器、CAN接收器、主控制器MCU组成，CAN驱动器通过CAN总线(3) 与主控制器MCU相连，MCU设有多个IO驱动接口，每两个IO驱动接口与一个电机驱动器相 连。
4.根据权利要求3所述的多个步进电机控制系统，其特征是所述CAN接收器采用的是 SJA1000数据收发芯片。
5.根据权利要求2所述的多个步进电机控制系统，其特征是所述电机驱动器设有多套 控制驱动电路，其由同一个电源供电；每套控制驱动电路控制一个步进电机，该控制驱动电 路由电路连接的隔离器、步进电机逻辑信号发生器U1、步进电机电流驱动器U2组成，其中 隔离器的输入端经IO驱动接口与CAN总线相连，步进电机电流驱动器的输出端直接与步进 电机相连。
6.根据权利要求5所述的多个步进电机控制系统，其特征是所述隔离器采用TLP521芯 片，或TLP181芯片。
7.根据权利要求5所述的多个步进电机控制系统，其特征是所述步进电机逻辑信号发 生器Ul采用L297芯片。
8.根据权利要求5所述的多个步进电机控制系统，其特征是所述步进电机电流驱动器 U2采用L298芯片。
专利摘要本实用新型公开一种用于压板机的多个步进电机控制系统，该系统由PC机(1)和多个电机控制驱动节点(2)组成，它们均由CAN总线(3)相连；每个电机控制驱动节点(2)由一个电机控制器和与之相连的多个电机驱动器组成，一个电机控制器同时控制多个步进电机。本实用新型不仅能实现对多个步进电机的智能控制，简化了控制方案，而且还能有效的降低整个系统的成本，减少工人的工作量，因此在市场上具有很好的竞争优势。
文档编号H02P8/40GK201754572SQ20102027315
公开日2011年3月2日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者夏章龙, 钟毅 申请人:武汉理工大学