基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统与驱动装置
阅读：459发布：2020-05-12
专利汇可以提供基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统与驱动装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种基于EtherCAT协议的闭环步进 电机 控制系统、驱动装置及自动化设备，所述系统包括兼容EtherCAT通信协议功能的 微处理器 、与微处理器相互连接的外部 接口 电路 和通讯接口单元；微处理器还连接有驱动电路、 电流 检测电路、以及 编码器 反馈电路；通讯接口单元通过通讯协议物理层电路与微处理器相连接；微处理器还与提供稳定电源 电压 的电源电路相连接。本发明通过将 现场总线 技术应用到步进电机控制系统中，为多轴应用场合下的闭环电机控制系统提供更强的可靠性和便利性，此外，节省接线的物料和人工成本、高速网络组网让设备可监控性增强、大幅调高提供整体的抗干扰能 力 、提升设备产品的整体价值。，下面是基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统与驱动装置专利的具体信息内容。
1.一种基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，包括兼容EtherCAT通信协议功能的微处理器、与微处理器相互连接的外部接口电路和通讯接口单元；所述微处理器还连接有驱动电路、电流检测电路、以及编码器反馈电路；所述通讯接口单元通过通讯协议物理层电路与微处理器相连接；所述微处理器还与提供稳定电源电压的电源电路相连接。
2.如权利要求1所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，所述微处理器采用至少一种兼容EtherCAT通信协议功能的ARM处理器、DSP处理器或FPGA处理器。
3.如权利要求1或2所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，所述外部接口电路包括电源接口单元、绕组接口单元、I/O接口单元；所述电源接口单元与电源电路相连接，所述绕组接口单元一端与驱动电路相连接，另一端可与电机相连接；所述I/O接口单元与微处理器相连接。
4.如权利要求1或2所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，该系统还包括抱闸电路，所述抱闸电路一端与所述外部接口电路的I/O接口单元相连接，另一端与微处理器相连接。
5.如权利要求4所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，所述抱闸电路包括抱闸驱动电路和抱闸器；其中，所述抱闸驱动电路包括隔离单元和放大电路，所述微处理器通过隔离单元连接放大电路，放大电路用于将隔离单元输出的电流信号放大输出至抱闸器。
6.根据权利要求5所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，所述I/O接口单元包括第一输出接口、第二输出接口以及第三输出接口，所述第一输出接口连接所述抱闸器的第一端，所述第二输出接口连接抱闸器的第二端，所述第三输出接口连接所述抱闸器的电源接地端。
7.如权利要求1或2所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，所述通讯接口单元包括通讯协议物理层电路及通讯接口，所述通讯接口通过通讯协议物理层电路与微处理器相连接。
8.如权利要求7所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，所述通讯接口电路还包括抗干扰电路，所述抗干扰电路通过所述通讯协议物理层电路与所述微处理器电连接。
9.如权利要求8所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，所述抗干扰电路包括第一共模电感及第一瞬态抑制二极管，所述第一瞬态抑制二极管与所述第一共模电感的一端相连。
10.如权利要求9所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，所述抗干扰电路连接有第一变压器，所述第一变压器与所述第一共模电感电连接，所述第一变压器用于将所述第一共模电感传过来是信号传送至所述微处理器。
11.如权利要求7所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，所述通讯接口单元还包括用于调试参数的调试接口，所述调试接口与微处理器相连接。
12.如权利要求1或2所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，该系统还包括拨码开关单元，所述拨码开关单元与微处理器相连接。
13.如权利要求1或2所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，该系统还包括过流保护电路，所述过流保护电路一端与微处理器连接，另一端与所述驱动电路电连接。
14.如权利要求1或2所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，所述驱动电路包括驱动芯片和逆变桥电路，所述驱动电路的驱动芯片与微处理器相连接，所述驱动芯片通过逆变桥电路与绕组接口单元相连接。
15.如权利要求1或2所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，该系统还包括显示单元，所述显示单元与所述微处理器电连接；其中，所述显示单元包括LED指示灯、数码管、液晶显示屏中的一种或几种。
16.如权利要求1或2所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其特征在于，该系统还包括报警单元，所述报警单元与所述微处理器电连接。
17.一种驱动装置，包括电机，其特征在于，所述驱动装置包括如权利要求1至16任一项所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统。
18.一种自动化设备，其特征在于，包括如权利要求17所述的驱动装置。
基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统与驱动装置
技术领域
[0001] 本发明涉及电机驱动技术领域，尤其涉及一种基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统与驱动装置及自动化设备。
背景技术
[0002] 目前市场上的步进驱动器产品主要是脉冲指令型，即通过控制系统给步进电机驱动器发送脉冲信号，这种传统的步进电机控制方式特点是操作简单，每台驱动器之间相互独立，一旦电机轴数增加，接线和维护都变得异常复杂，其物料和人工成本高，不便于用户使用。
[0003] 现场总线技术因为传输速度快、接线方便和信息量丰富等优点，在工业控制领域有着良好的应用前景。常见的总线控制方式有RS485总线、CAN总线、RTEX总线和EtherCAT总线等。如何提供一种将现场总线技术应用到闭环步进驱动器的技术方案，为多轴应用场合下的闭环电机控制系统提供更强的可靠性和便利性以及节省接线的物料和人工成本，已成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
[0004] 本发明解决的技术问题是，提供一种能够提供更强的可靠性和便利性以及节省接线的物料和人工成本的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统、驱动装置及自动化设备。
[0005] 第一方面，本发明公开了一种基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其包括：兼容EtherCAT通信协议功能的微处理器、与微处理器相互连接的外部接口电路和通讯接口单元；所述微处理器还连接有驱动电路、电流检测电路、以及编码器反馈电路；所述通讯接口单元通过通讯协议物理层电路与微处理器相连接；所述微处理器还与提供稳定电源电压的电源电路相连接。
[0006] 优选地，所述微处理器采用至少一种兼容EtherCAT通信协议功能的ARM处理器、DSP处理器或FPGA处理器。
[0007] 优选地，所述外部接口电路包括电源接口单元、绕组接口单元、I/O接口单元；所述电源接口单元与电源电路相连接，所述绕组接口单元一端与驱动电路相连接，另一端可与电机相连接；所述I/O接口单元与微处理器相连接。
[0008] 优选地，该系统还包括抱闸电路，所述抱闸电路一端与所述外部接口电路的I/O接口单元相连接，另一端与微处理器相连接。
[0009] 优选地，所述抱闸电路包括抱闸驱动电路和抱闸器；其中，所述抱闸驱动电路包括隔离单元和放大电路，所述微处理器通过隔离单元连接放大电路，放大电路用于将隔离单元输出的电流信号放大输出至抱闸器。
[0010] 优选地，所述I/O接口单元包括第一输出接口、第二输出接口以及第三输出接口，所述第一输出接口连接所述抱闸器的第一端(电源输入端)，所述第二输出接口连接抱闸器的第二端，所述第三输出接口连接所述抱闸器的电源接地端。
[0011] 优选地，所述通讯接口单元包括通讯协议物理层电路及通讯接口，所述通讯接口通过通讯协议物理层电路与微处理器相连接。
[0012] 优选地，所述通讯接口电路还包括抗干扰电路，所述抗干扰电路通过所述通讯协议物理层电路与所述微处理器电连接。
[0014] 优选地，所述抗干扰电路连接有第一变压器，所述第一变压器与所述第一共模电感电连接，所述第一变压器用于将所述第一共模电感传过来是信号传送至所述微处理器。
[0015] 优选地，所述通讯接口单元还包括用于调试参数的调试接口，所述调试接口与微处理器相连接。
[0017] 优选地，该系统还包括过流保护电路，所述过流保护电路一端与微处理器连接，另一端与所述驱动电路电连接。
[0018] 优选地，所述驱动电路包括驱动芯片和逆变桥电路，所述驱动电路的驱动芯片与微处理器相连接，所述驱动芯片通过逆变桥电路与绕组接口单元相连接。
[0019] 优选地，该系统还包括显示单元，所述显示单元与所述微处理器电连接；其中，所述显示单元包括LED指示灯、数码管、液晶显示屏中的一种或几种。
[0020] 优选地，该系统还包括报警单元，所述报警单元与所述微处理器电连接。
[0021] 第二方面，本发明还公开了一种驱动装置，包括电机，所述驱动装置包括如上述第一方面任一项所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统。
[0022] 第三方面，本发明还公开了一种自动化设备，包括如上述第二方面所述的驱动装置。
[0023] 综上所述，本发明具有如下有益效果：由于本发明的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统包括：兼容EtherCAT通信协议功能的微处理器、与微处理器相互连接的外部接口电路和通讯接口单元；所述微处理器还连接有驱动电路、电流检测电路、以及编码器反馈电路；所述通讯接口单元通过通讯协议物理层电路与微处理器相连接；所述微处理器还与提供稳定电源电压的电源电路相连接。即其通过将现场总线技术应用到步进电机控制系统中，通过上述各模块的相互配合，从而为多轴应用场合下的闭环电机控制系统提供更强的可靠性和便利性，此外，节省接线的物料和人工成本、高速网络组网让设备可监控性增强、大幅调高提供整体的抗干扰能力、提升设备产品的整体价值。附图说明
[0025] 图2是图1所示本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的结构示意图。
[0026] 图3是图2的另一视角的结构示意图。
[0027] 图4是图3的A区域的放大图。
[0028] 图5是图1所示本发明微处理器与通讯接口单元配合时的示意图。
[0029] 图6是图1所示本发明抱闸电路的电路图。
[0030] 图7是本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的第三种实施例的结构示意图。
[0031] 图8是图7所示本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的另一视角的结构示意图。
[0032] 图9是图7所示本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的另一视角的结构示意图。
[0033] 图10是图7所示本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的另一视角的结构示意图。
[0034] 图11是图7所示本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的分解图。
[0035] 图12是图7所示本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的第二壳体的结构示意图。
[0036] 图13是图7所示本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的绝缘环的结构示意图。
[0037] 图14是本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的第四种实施例的高速差分输入信号处理电路的电路图。
[0038] 图15是本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的第四种实施例的低速信号输入处理电路的电路图。
[0039] 图16是本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的第四种实施例的低速差分输出信号处理电路的电路图。
[0040] 图17是本发明基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的第四种实施例的低速单端输出信号处理电路的电路图。
具体实施方式
[0041] 下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0042] 实施例1
[0043] 请参阅图1至图6，本发明公开了一种基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统，其包括：兼容EtherCAT通信协议功能的微处理器1、与微处理器1相互连接的外部接口电路2和通讯接口单元3。所述微处理器1还连接有驱动电路4、电流检测电路5、以及编码器反馈电路6，所述通讯接口单元3通过通讯协议物理层电路31与微处理器1相连接，所述微处理器1还与提供稳定电源电压的电源电路7相连接。其中，在本实施例中，所述编码器反馈电路6直接与所述微处理器1相连。可以理解的是，在一种实施例中，所述编码器反馈电路6通过接收芯片与微处理器1相连。
[0044] 优选地，所述微处理器1采用至少一种兼容EtherCAT通信协议功能的ARM(Advanced RISC Machine)处理器、DSP(Digital Signal Processing)处理器或FPGA(Field-Programmable Gate Array)处理器。因而，本发明的控制系统具有体积小，成本低，控制较稳定可靠的优点。在本实施例中，本发明的所述微处理器1为ARM处理器，即本发明是采用单芯片ARM处理器的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统。可以理解的是，所述微处理器1的型号及结构在此不做具体限定。
[0045] 优选地，所述外部接口电路2包括电源接口单元21、绕组接口单元22、I/O接口单元23；所述电源接口单元21与电源电路7相连接，所述绕组接口单元22一端与驱动电路4相连接，另一端可与电机相连接，以驱动电机进行工作。所述I/O接口单元23与微处理器1相连接，可输入或输出各种信号。
[0046] 优选地，该系统还包括抱闸电路81，所述抱闸电路81一端与所述外部接口电路2的I/O接口单元23相连接，另一端与微处理器1相连接。在本实施例中，所述抱闸电路81包括抱闸驱动电路811和抱闸器812。其中，所述抱闸驱动电路811包括隔离单元813和放大电路814，所述微处理器1通过隔离单元813连接放大电路814，放大电路814用于将隔离单元813输出的电流信号放大输出至抱闸器812。
[0047] 在本实施例中，所述隔离单元813包括光电耦合器815及第一电阻R1，所述光电耦合器815的发光二极管的阳极与所述第一电阻R1的第一端电连接，所述光电耦合器815的发光二极管的阴极与所述微处理器1电连接，所述第一电阻R1的第二端用于与供电电源Vcc1电连接。所述光电耦合器815的光敏三极管的集电极及发射极均与所述放大电路814电连接。由于光电耦合器815具有响应速度快、占空比可任意调及抗干扰能力强的优点，因而可提高本发明抱闸电路81的响应速度及抗干扰能力。此外，光电耦合器815属电流型器件，对电压性噪声能有效地抑制。在一种实施例中，可将所述光电耦合器815的光敏三极管替换成光敏二极管。因此，所述隔离单元813的结构在此不做具体限定，只要能够在所述微处理器11的控制下，实现对所述放大电路814的控制即可。
[0048] 所述放大电路814包括信号放大三极管Q1及第二电阻R2，所述信号放大三极管Q1的基极与所述光敏三极管的发射极电连接，所述信号放大三极管Q1的集电极与所述光敏三极管的集电极电连接，所述信号放大三极管Q1的发射极接地。所述信号放大三极管Q1的集电极还用于与所述抱闸器812的内部线圈电连接。在本实施例中，所述放大电路814还可以作为控制电流信号输出至抱闸器812的开关电路。所述第二电阻R2的第一端与所述信号放大三极管Q1的基极电连接，所述第二电阻R2的第二端与所述信号放大三极管Q1的发射极电连接。本发明的所述放大电路814具有结构简单及可靠性高的优点。在一种实施例中，所述放大电路814包括：三极管、MOSFET晶体管或者绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，即可以将所述信号放大三极管Q1替换成MOSFET晶体管或者绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。因此，所述放大电路814的结构在此不做具体限定。
[0049] 所述抱闸电路81还包括保护单元816，所述保护单元816一端连接所述放大电路814，另一端连接抱闸器812的电源输入端。由于抱闸器812的内部线圈为感性器件，感性器件在开关时有较大的dv/dt(电压上升速率)，会干扰到驱动器接收的指令甚至整个系统的正常运行。因此，通过设置所述保护单元816，因而可提高所述抱闸电路81的抗干扰能力。在本实施例中，所述保护单元816为二极管，所述二极管设于所述电路基板上，所述二极管的阳极与所述信号放大三极管Q1的集电极相连，所述二极管的阴极用于与所述连接抱闸器
812的电源输入端电连接。在一种实施例中，所述保护单元816包括：二极管或电阻、电容组成的网络，因此，所述保护单元816的结构再此不做具体限定。本发明的所述保护单元816具有结构简单，可靠性高的优点。
812的电源输入端电连接。在一种实施例中，所述保护单元816包括：二极管或电阻、电容组成的网络，因此，所述保护单元816的结构再此不做具体限定。本发明的所述保护单元816具有结构简单，可靠性高的优点。
[0050] 当通电时所述微处理器1输出低电平信号以驱动所述隔离单元813开启，所述隔离单元813的发光二极管发光，所述光敏三极管通道，以使所述隔离单元813驱动所述放大电路814工作，即所述信号放大三极管Q1导通，抱闸器812的内部线圈有电流通过，线圈电流产生的磁场使电机轴处于自由状态。当电源切断时，所述微处理器1输出高电平信号，所述发光二极管熄灭，所述隔离单元813关闭，所述信号放大三极管Q1截止，抱闸器812T的内部线圈没有电流经过，抱闸器812处于常闭状态，电机轴处于锁死状态。
[0051] 优选地，所述I/O接口单元23包括第一输出接口231、第二输出接口232以及第三输出接口233，所述第一输出接口231连接所述抱闸器812的第一端(电源输入端)，所述第二输出接口232连接抱闸器812的第二端，所述第三输出接口233连接所述抱闸器812的电源接地端。通过设置所述第一输出接口231、第二输出接口232以及第三输出接口233，因而较便于与所述抱闸器812连接，从而便于使用。
[0052] 优选地，所述通讯接口单元3包括通讯协议物理层电路31及通讯接口32，所述通讯接口32通过通讯协议物理层电路31与微处理器1相连接。所述通讯接口32电路还包括抗干扰电路，所述抗干扰电路通过所述通讯协议物理层电路31与所述微处理器1电连接。所述抗干扰电路包括第一共模电感a及第一瞬态抑制二极管b，所述第一瞬态抑制二极管b的第一端与所述第一共模电感a的第一端相连。所述第一瞬态抑制二极管b的第二端与信息输入插座321相连，所述信息输入插座22a为通讯信号的输入接口。具体地，所述信息输入插座321为RJ45；所述RJ45是布线系统中信息插座(即通讯引出端)连接器的一种。所述第一瞬态抑制二极管b具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，所述第一瞬态抑制二极管b能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。所述第一共模电感a用于过滤共模的电磁干扰信号，同时起EMI滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。因此，所述基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统具有抗干扰能力强的优点。
[0053] 在本实施例中，所述抗干扰电路连接有第一变压器c，所述第一变压器c与所述第一共模电感a电连接，所述第一变压器c用于将所述第一共模电感a传过来是信号传送至所述微处理器1。所述通讯接口单元3还包括用于调试参数的调试接口33，所述调试接口33与微处理器1相连接。这里调试接口33优选为USB接口。
[0054] 优选地，所述抗干扰电路还包括第二瞬态抑制二极管d及第二共模电感e，所述第一变压器c的第二端与所述第二瞬态抑制二极管d的第一端电连接，所述第二瞬态抑制二极管d的第二端与所述第二共模电感e的第一端电连接，所述第二共模电感e的第二端通过第一端口物理层311与所述微处理器1电连接。因此，所述基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统具有抗干扰能力强的优点。
[0055] 优选地，所述抗干扰电路还包括第三共模电感f及第三瞬态抑制二极管g，所述第三瞬态抑制二极管g的第一端与所述第三共模电感f的第一端相连，所述第三瞬态抑制二极管g的第二端与信息输出插座322相连，所述信息输出插座322为通讯信号的输出接口。具体地，所述信息输出插座322为RJ45。所述第三瞬态抑制二极管g具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，所述第三瞬态抑制二极管g能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。所述第三共模电感f用于过滤共模的电磁干扰信号，同时起EMI滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。因此，所述基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统具有抗干扰能力强的优点。
[0056] 优选地，所述抗干扰电路连接有第二变压器h，所述第二变压器h的第一端与所述第三共模电感f电连接，所述第二变压器h用于将所述第三共模电感f传过来是信号传送至所述微处理器1。
[0057] 优选地。所述抗干扰电路还包括第四瞬态抑制二极管i及第四共模电感j，所述第二变压器h的第二端与所述第四瞬态抑制二极管i的第一端电连接，所述第四瞬态抑制二极管i的第二端与所述第四共模电感j的第一端电连接，所述第四共模电感j的第二端通过第二端口物理层与所述微处理器1电连接。因此，所述基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统具有抗干扰能力强的优点。
[0058] 优选地，该系统还包括拨码开关单元82，所述拨码开关单元82与微处理器1相连接，所述拨码开关单元82用于对该系统的参数进行设置，从而较便于用户使用。较佳地，所述拨码开关单元82包括旋转拨码开关。可以理解的是，所述旋转拨码开关的数量可根据需要进行设置，在此不做具体限定。
[0059] 优选地，该系统还包括过流保护电路83，所述过流保护电路83一端与微处理器1连接，另一端与所述驱动电路4电连接。通过设置所述流保护电路，因而可较好地保护所述驱动电路4，以避免过流而烧毁的问题。在本实施例中，所述驱动电路4包括驱动芯片41和逆变桥电路42，所述驱动电路4的驱动芯片41与微处理器1相连接，所述驱动芯片41通过逆变桥电路42与绕组接口单元22相连接。
[0060] 优选地，该系统还包括显示单元84，所述显示单元84与所述微处理器1电连接，用于显示该系统的工作状态。其中，所述显示单元84包括LED指示灯、数码管、液晶显示屏中的一种或几种。因此，所述基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统具有显示丰富，使用方便的优点。较佳地，该系统还包括报警单元85，所述报警单元85与所述微处理器1电连接，以在该系统发生异常时，所述报警单元85发出报警信号。其中，所述报警单元85可以为LED报警指示灯或者蜂鸣器等，其只要能够发出报警信号即可，在此不做具体限定。
[0061] 由上可知，由于本发明的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统包括：兼容EtherCAT通信协议功能的微处理器1、与微处理器1相互连接的外部接口电路2和通讯接口单元3；所述微处理器1还连接有驱动电路4、电流检测电路5、以及编码器反馈电路6；所述通讯接口单元3通过通讯协议物理层电路与微处理器1相连接；所述微处理器1还与提供稳定电源电压的电源电路7相连接。即其通过将现场总线技术应用到步进电机控制系统中，通过上述各模块的相互配合，从而为多轴应用场合下的闭环电机控制系统提供更强的可靠性和便利性，此外，节省接线的物料和人工成本、高速网络组网让设备可监控性增强、大幅调高提供整体的抗干扰能力、提升设备产品的整体价值。
[0062] 实施例2
[0063] 本实施例与实施例1的结构相似，其不同之处在于：所述抱闸电路81还包括开关单元(图中未示出)，所述开关单元与所述放大电路814串联。在本实施例中，所述开关单元为晶体管开关，所述晶体管开关与所述微处理器1电连接，当所述微处理器1驱动所述隔离单元813开启时，所述微处理器1同时驱动所述开关单元开启，当所述微处理器1控制所述隔离单元813关闭时，所述微处理器1同时控制所述开关单元关闭，从而可增加所述抱闸电路81的可靠性。其中，所述晶体管开关可以包括可控硅或者场效应管等，当然，也可以为其它类型的开关，其结构在此不做具体限定。
[0064] 实施例3
[0065] 请参阅图7至图12，本实施例与实施例1的结构相似，其不同之处在于：本实施例的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统还包括底座11’及与底座11’相匹配的壳体1’，设置于所述底座11’上且用于驱动电机的电路基板14’及与电路基板14’相连的接口单元21a’，其中，所述壳体1’的两相对侧分别设置有第一装配引导槽c’及第二装配引导槽d’。所述壳体1’上还设置有用于与底座相连的至少一个第一安装卡口e’，所述底座上设置有与所述壳体连接的至少一个第二安装卡口f’、与外部设备连接的第三安装卡口a’及第四安装卡口b’，所述第一安装卡口e’与所述第二安装卡口f’的位置相对应，所述第三安装卡口a’与所述第一装配引导槽c’位置相对应，所述第四安装卡口b’与所述第二装配引导槽d’的位置相对应。本发明通过设置上述第一装配引导槽c’、第二装配引导槽d’、第三安装卡口a’及第四安装卡口b’，所述第三安装卡口a’与所述第一装配引导槽c’位置相对应，所述第四安装卡口b’与所述第二装配引导槽d’的位置相对应，便于用户安装固定步进电机驱动器至指定位置，受外部环境光线的影响小，便于用户安装时盲操作，安装效率高，大大提升了用户体验。
[0066] 进一步地，所述第三安装卡口a’和第四安装卡口b’分别设置于所述底座11’一侧的相对两端或底座的对角位置。所述第一装配引导槽c’的横截面积自远离所述第三安装卡口a’到靠近所述第三安装卡口a’的方向上逐渐增大。所述第二装配引导槽d’的横截面积自远离所述第四安装卡口b’到靠近所述第四安装卡口b’的方向上逐渐增大。这样设计，便于引导螺钉顺着第一装配引导槽c’和第二装配引导槽d’移动并迅速与各自对应的第三安装卡口a’和第四安装卡口b’相固定。所述第一装配引导槽c’和第二装配引导槽d’的横截面积分别沿着靠近相应的第三安装卡口a’和第四安装卡口b’方向逐渐增大，方便安装时盲操作。不需要在光线很差的机柜内用视线艰难寻找安装孔位或者借助于外部光源。壳体一般为塑料等非金属材料制成，第一装配引导槽c’和第二装配引导槽d’设置于非金属材料的壳体上，生产制作成本低，降低了步进电机驱动器的整体成本。
[0067] 此外，本发明的第一装配引导槽c’和第二装配引导槽d’分别置于壳体1’的两侧壁交界处，有效利用步进电机驱动器的结构空间，不增加步进电机驱动器安装尺寸，有效节约客户机柜空间，便于实现设备小型化。可以理解的是，所述第一装配引导槽c’可以为圆弧形凹槽结构或圆柱形凹槽结构或棱柱形凹槽结构等。同理，所述第二装配引导槽d’也可以为圆弧形凹槽结构或圆柱形凹槽结构或棱柱形凹槽结构等。因此，所述第一装配引导槽c’及所述第二装配引导槽d’的结构在此不做具体限定。
[0068] 所述壳体1’包括第一壳体12’及第二壳体13’。所述底座11’设置有第一侧壁111’及第二侧壁112’，所述第一侧壁111’与所述第二侧壁112’相连。所述第一壳体12’设置有第三侧壁121’、第四侧壁122’及第五侧壁123’，所述第四侧壁122’位置相对的两端分别与所述第三侧壁121’及所述第五侧壁123’相连，所述第三侧壁121’及所述第五侧壁123’位置相对设置，所述第四侧壁122’与所述第二侧壁112’位置相对设置。所述第二壳体13’设置有与所述第一侧壁111’位置相对的第六侧壁131’。第三安装卡口a’及第四安装卡口b’分别设置于所述第一侧壁111’位置相对的两端。
[0069] 其中，所述壳体1’的左右两侧分别设置有第一装配引导槽c’及第二装配引导槽d’，所述壳体1’上还设置有用于与底座11’相连的第一安装卡口e’，所述底座11’上设置有与所述壳体1’连接的第二安装卡口f’、与外部设备连接的第三安装卡口a’及第四安装卡口b’，所述第一安装卡口e’与所述第二安装卡口f’的位置相对应，所述第三安装卡口a’与所述第一装配引导槽c’位置相对应，所述第四安装卡口b’与所述第二装配引导槽d’的位置相对应。
[0070] 优选地，所述壳体1’与所述底座11’为可拆卸连接，以便于维修。
[0071] 具体地，所述第一装配引导槽c’设置于所述第三侧壁121’与所述第四侧壁122’的连接处，所述第一装配引导槽c’与所述第三安装卡口a’相连通。所述第二装配引导槽d’设置于所述第四侧壁122’与所述第五侧壁123’的连接处，所述第二装配引导槽d’与所述第四安装卡口b’相连通。
[0072] 优选地，所述第三安装卡口a’为圆形通孔或U形槽或圆弧形槽，所述第四安装卡口b’为圆形通孔或U形槽或圆弧形槽。在本发明优选实施例中，所述第三安装卡口a’为圆形通孔，所述第四安装卡口b’为U形槽，所述U形槽与所述第一侧壁111’的端面相连通。
[0073] 当将本发明固定于目标物上时，步进电机驱动器采用侧装的安装方式，通常用户安装习惯一般是先在下方打一个螺钉，把步进电机驱动器挂上去，做预定位和承重。位于步进电机驱动器下端的第三安装卡口a’或第四安装卡口b’设置成U形槽(“U”型口)，非常方便客户套在定位好的螺钉上(相当于步进电机驱动器挂上去)，之后再把上面的螺钉定位和锁紧。步进驱动器上的第三安装卡口a’或第四安装卡口b’中另一个设置为圆形孔(“O”型口)主要起定位作用，可以更精确的定位。优选地，将上述第三安装卡口a’或第四安装卡口b’设计到步进电机驱动器侧装时的靠右侧。这样符合大多数人左手握持驱动器，右手操作螺丝刀的使用习惯。通过所述第三安装卡口a’及第四安装卡口b’的配合，因而不仅便于装配，而且固定于目标物上时较可靠，不易脱落。
[0074] 在本实施例中，所述底座11’为金属件，所述第一壳体12’及第二壳体13’为塑胶件，因而整体重量轻，便于运输及装配。可以理解是，所述底座11’、第一壳体12’及第二壳体13’的材料在此不做具体限定。
[0075] 所述第二侧壁112’位置相对的两端端面处均设置有所述第二安装卡口f’，所述第一安装卡口e’与所述第二安装卡口f’的横截面均呈圆形。
[0076] 所述第一壳体12’盖设在所述底座11’上，并通过插设在所述第一安装卡口e’及所述第二安装卡口f’的螺栓螺纹紧固连接；所述第一壳体12’的所述第三侧壁121’及所述第五侧壁123’分别与所述底座11’的所述第二侧壁112’位置相对的两端缘相连。所述底座11’与所述第一壳体12’形成有容纳腔，所述第二壳体13’盖设在所述容纳腔的腔口上，所述第一壳体12’和所述第二壳体13’通过扣接口1231’及扣接钩133’扣接相连。具体地，所述第一壳体12’设置有扣接口1231’，所述第二壳体13’设置有扣接钩133’，所述扣接钩133’与所述扣接口1231’扣接相连，以实现所述第二壳体13’与所述第一壳体12’扣接相连。因而，其结构较紧凑，便于装配。此外，第一壳体12’和第二壳体13’还可以为一体成型结构。
[0077] 所述第四侧壁122’设置有限位插槽124’，所述第二壳体13’设置有与所述限位插槽124’配合的限位凸条132’，所述限位凸条132’插设在所述限位插槽124’内，因而较好地避免所述第二壳体13’与所述第一壳体12’之间形成缝隙，避免外部灰尘等杂物掉入所述容纳腔内。较佳地，所述第三安装卡口a’与所述第四安装卡口b’均位于所述第三侧壁121’的外壁面所在的平面与所述第五侧壁123’的外壁面所在的平面之间，因而，无需有突出的安装位，不会有凸起，体积小，便于包装及运输。在本实施例中，所述第三安装卡口a’及第四安装卡口b’位于所述第一侧壁111’的同一侧，因而在安装时便于右手拧螺钉，其符合人体工学，较便于装配。此外，其避免了对角线设置时需要对金属材质的第一壳体12’设置引导槽，导致成本过高的问题。
[0078] 所述基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统还包括电路基板14’及绝缘导热件15’，所述电路基板14’设置于所述壳体1’内，即所述电路基板14’位于所述容纳腔内，所述电路基板14’上朝向所述第二侧壁112’的一侧间隔设置有若干个功率管16’。所述绝缘导热件15’设置于所述功率管16’与所述第二侧壁112’之间，所述绝缘导热件15’的位置相对的两侧分别与功率管16’及所述第二侧壁112’相抵持，所述第二侧壁112’为导热金属板。通过所述绝缘导热件15’将若干个功率管16’的热量传导至所述壳体1’上，因而可延长所述功率管16’的使用寿命。在本实施例中，若干个所述功率管16’及所述绝缘导热件15’位于所述电路基板14’的一端，因而其结构较紧凑，便于生产。所述第二侧壁112’背向所述功率管16’的一侧间隔设置有若干个散热鳍片，因而可进一步提高散热效率。
[0079] 所述电路基板14’上设置有用于与所述第二侧壁112’固定的若干个固定孔141’、设置在所述固定孔141’上的绝缘环17’及固定柱18’。所述固定柱18’贯穿所述固定孔141’及所述绝缘环17’，以将所述电路基板14’固定到所述第二侧壁112’上。通过设置所述绝缘环17’，可较好地避免所述固定柱18’与所述电路基板14’上的电路接触，以导致电路基板14’上的电路短路。在本实施例中，所述绝缘环17’包括插设于所述固定孔141’内的固定部
171’及位于所述固定孔141’外的限位部172’，所述限位部172’的横截面积大于所述固定部
171’的横截面积，因而便于装配。
171’及位于所述固定孔141’外的限位部172’，所述限位部172’的横截面积大于所述固定部
171’的横截面积，因而便于装配。
[0080] 所述接口单元21a’包括：电源接口单元21、绕组接口单元22、编码器接口单元23’、I/O接口单元23和通讯接口单元22’。所述电源接口单元21、绕组接口单元22、编码器接口单元23’、I/O接口单元23和通讯接口单元22’依次设置于壳体1’的一侧。所述调试接口33设置于所述壳体1’的一侧壁上。所述拨码开关与所述调试接口33均设置于所述壳体1’的同一侧壁上。所述编码器接口单元23’与所述编码器反馈电路14相连。
[0081] 在本发明的一个实施例中，通讯接口单元22’位于所述I/O接口单元23第一端，编码器接口单元23’位于所述I/O接口单元23的第二端，因而使用时外部导线不容易缠绕，便于用户使用，用户体验好。所述I/O接口单元23的端子数量大于10位，所述I/O接口单元23的端子与一连接件20’连接，并呈双排相对排列，即所述I/O接口单元23的端子排成两排，其中的一排所述端子与另一排所述端子一一对应设置，所述I/O接口单元23通过所述连接件20’与外部设备相连。通过设置所述连接件20’，因而便于与信号线连接，较便于用户使用。
[0082] 可以理解的是，所述通讯接口单元22’及所述编码器接口单元23’可以与所述I/O接口单元23相接触或者间隔预设距离，在此不做具体限定。在本实施例中，所述通讯接口单元22’与所述编码器接口单元23’分别位于所述I/O接口单元23位置相对的两端。所述I/O接口单元23用于输入或/和输出控制信号，所述通讯接口单元22’用于与外部总线连接，所述编码器接口单元23’用于与步进电机电连接以获取步进电机的位置信息。其中，所述基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统也称为混合伺服驱动器、步进伺服驱动器等，其特点是：利用闭环控制原理，来驱动带位置反馈的步进电机。通讯接口单元22’为RJ45接口，采用的通信协议包括EtherCAT协议、RTEX协议、CAN open协议中的一种或几种。
[0083] 所述壳体1’的第六侧壁131’上设置有与所述接口单元21a’相匹配的至少一个第一接口通孔21b’，所述接口单元21a’至少部分位于所述第一接口通孔21b’内。
[0084] 所述绕组接口单元22位于所述编码器接口单元23’的背离所述I/O接口单元23的一侧，所述绕组接口单元22与所述编码器接口单元23’间隔预定距离，因而不仅避免所述绕组接口单元22与所述编码器接口单元23’之间的信号相互干扰，而且便于用户使用。较佳地，所述绕组接口单元22与所述编码器接口单元23’间隔1-2.5mm。在本实施例中，所述绕组接口单元22与所述编码器接口单元23’间隔1.5mm。可以理解的是，所述绕组接口单元22与所述编码器接口单元23’间隔距离在此不做具体限定，所述电源接口单元21位于所述绕组接口单元22远离所述I/O接口单元23的一侧，即将所述绕组接口单元22与所述电源接口单元21设置在所述壳体1’的一端，因而便于连接外部电源。
[0085] 由于所述显示单元84位于所述通讯接口单元22’的背离所述I/O接口单元23的一侧，因而较好地避免外部导线的阻挡，从而便于用户观察本发明的工作状态。为了更好地避免与本发明相连的导线相互缠绕，便于用户使用，所述显示单元84、所述通讯接口单元22’、所述I/O接口单元23、所述编码器接口单元23’、所述绕组接口单元22及所述电源接口单元21依次呈线性设于所述壳体1’的第六侧壁131’上，也就是说，所述显示单元84、所述通讯接口单元22’、所述I/O接口单元23、所述编码器接口单元23’、所述绕组接口单元22及所述电源接口单元21位于同一直线上，因而较便于用户使用。
[0086] 优选地，所述第一壳体上的主面的相邻面也即所述壳体1’的第三侧壁121’上设置有与所述拨码开关单元82相匹配的第二接口通孔27a，所述拨码开关单元82至少部分位于所述第二接口通孔27a内。所述第二接口通孔27a与调试接口33和拨码开关相匹配。
[0087] 进一步地，所述拨码开关单元82设置于所述壳体1’的第三侧壁121’上。所述调试接口33也设置于所述壳体1’的第三侧壁121’上，并与所述拨码开关单元82间隔预设距离设置。由于所述拨码开关单元82及所述调试接口33均设置在所述第三侧壁121’上，因而便于维护及使用。
[0088] 优选地，所述连接件20’包括插头201’和接线孔202’，所述插头201’与所述I/O接口单元23的端子相适配，所述接线孔202’与信号线连接。较佳地，所述连接件20’还包括对应每个接线孔202’设置的弹性按压件203’。使用时，先将所述信号线插设在所述接线孔202’内，然后按压所述弹性按压件203’，从而使所述弹性按压件203’夹持在所述信号线上，以使信号线与所述连接件20’紧密相连，因而较便于连接所述信号线。
[0089] 实施例4
[0090] 请参阅图13至图16，本实施例与实施例3的结构相似，其不同之处在于：本实施例的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统还包括高速差分输入信号处理电路31”、低速信号输入处理电路32”、低速差分输出信号处理电路33”及低速单端输出信号处理电路34”。在本实施例中，所述高速差分输入信号处理电路31”包括第一限流单元311”、防反接单元312”、第一滤波单元313”、第一高速信号隔离单元314”及第二滤波单元315”，所述第一限流单元311”与所述防反接单元312”及所述第一滤波单元313”电连接，所述第一高速信号隔离单元314”与所述第一滤波单元313”及所述第二滤波单元315”电连接。在本实施例中，所述第一限流单元311”的数量为两个，每个所述第一限流单元311”包括相互并联的第三电阻R3及第四电阻R4，所述第三电阻R3的第一端及所述第四电阻R4的第一端均与所述I/O接口单元33电连接，所述第三电阻R3的第二端及所述第四电阻R4的第二端均与所述第一高速信号隔离单元314”。
[0091] 所述防反接单元312”包括第一二极管D1，所述第一二极管D1的阳极与所述I/O接口单元33电连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第四电阻R4相连。所述第一滤波单元313”包括第一电容C1，所述第一电容C1与所述第一二极管D1并联。所述第二滤波单元315”包括第二电容C2、第五电阻R5及第六电阻R4，所述第五电阻R5的第一端与所述第一高速信号隔离单元314”电连接，所述第五电阻R5的第二端与所述微处理器电连接，所述第六电阻R4的第一端与所述第五电阻R5的第一端相连，所述第二电容C2的第一端与所述第五电阻R5的第二端相连，所述第二电容C2的第二端接地。本发明的所述高速差分输入信号处理电路
31”具有结构简单及信号传输稳定可靠的优点。
31”具有结构简单及信号传输稳定可靠的优点。
[0092] 所述低速信号输入处理电路32”包括第二限流单元321”、第三滤波单元322”、第二隔离单元323”及第四滤波单元324”，所述第二限流单元321”与所述I/O接口单元33及所述第二隔离单元323”电连接，所述第三滤波单元322”与所述第二限流单元321”电连接，所述第四滤波单元324”与所述第二隔离单元323”及所述微处理器电连接。在本实施例中，所述第二限流单元321”包括第七电阻R7，所述第七电阻R7的第一端与所述I/O接口单元33电连接，所述第七电阻R7的第二端与所述第二隔离单元323”电连接。所述第三滤波单元322”包括第三电容C3，所述第三电容C3的第一端与所述I/O接口单元33电连接，所述第三电容C3的第二端与所述第七电阻R7的第二端电连接。所述第四滤波单元324”包括第四电容C4，所述第四电容C4的第一端与所述第二隔离单元323”及所述微处理器电连接，所述第四电容C4的第二端接地。在本实施例中，所述第二限流单元321”、第三滤波单元322”、第二隔离单元323”及第四滤波单元324”的数量为若干个，可以理解的是，所述第二限流单元321”、第三滤波单元322”、第二隔离单元323”及第四滤波单元324”的数量可根据需要进行设置，在此不做具体限定。本发明所述的低速信号输入处理电路32”具有结构简单的优点。
[0093] 所述低速差分输出信号处理电路33”包括第三限流单元331”、第三隔离单元332”及第一信号放大单元333”，所述第三限流单元331”与所述第三隔离单元332”电连接，所述第一信号放大单元333”与所述第三隔离单元332”电连接。在本实施例中，所述第三限流单元331”包括第八电阻R8，所述第八电阻R8的第一端接第一电源，所述第八电阻R8的第二端与所述第三隔离单元332”电连接。所述第一信号放大单元333”包括第一三极管Q2、第二二极管D2及第九电阻R9，所述第一三极管Q2的基极与所述第三隔离单元332”电连接，所述第一三极管Q2的发射极与所述I/O接口单元33电连接，所述第一三极管Q2的集电极与所述第三隔离单元332”及所述I/O接口单元33电连接。所述第二二极管D2的阳极与所述第一三极管Q2的发射极电连接，所述第二二极管D2的阴极与所述第一三极管Q2的集电极电连接。所述第九电阻R9的第一端与所述第一三极管Q2的基极相连，所述第九电阻R9的第二端与所述第一三极管Q2的发射极电连接。其信号传输稳定可靠。
[0094] 所述低速单端输出信号处理电路34”包括第四限流单元341”、第四隔离单元342”及第二信号放大单元343”，所述第四限流单元341”与所述第四隔离单元342”电连接，所述第二信号放大单元343”与所述第四隔离单元342”电连接。在本实施例中，所述第四限流单元341”包括第十电阻R310，所述第十电阻R310的第一端接第一电源，所述第十电阻R310的第二端与所述第四隔离单元342”电连接。所述第二信号放大单元343”包括第二三极管Q3、第三二极管D3及第十一电阻R31，所述第二三极管Q3的基极与所述第四隔离单元342”电连接，所述第二三极管Q3的发射极与所述I/O接口单元33电连接，所述第二三极管Q3的集电极与所述第四隔离单元342”及所述I/O接口单元33电连接。所述第三二极管D3的阳极与所述第二三极管Q3的发射极电连接，所述第三二极管D3的阴极与所述第二三极管Q3的集电极电连接。所述第十一电阻R31的第一端与所述第二三极管Q3的基极相连，所述第十一电阻R31的第二端与所述第二三极管Q3的发射极电连接。在本实施例中，所述第四限流单元341”、第四隔离单元342”及第二信号放大单元343”的数量为若干个。可以理解的是，所述第四限流单元341”、第四隔离单元342”及第二信号放大单元343”的数量可根据需要进行设置，在此不做具体限定。
[0095] 实施例5
[0096] 本发明还公开了一种驱动装置，包括：上述实施例1至4任一实施例所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统。由于本实施例所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统与上述实施例1至4任一实施例所述的基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统的结构相同，因此，也具备相同的技术效果。
[0097] 实施例6
[0098] 本发明还公开了一种自动化设备，包括：上述实施例5所述的驱动装置。由于本实施例所述的驱动装置与上述实施例5所述的驱动装置的结构相同，因此，也具备相同的技术效果。
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