[发明专利]一种用于数控系统电机主轴转速的控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机主轴转速的控制系统及方法，特别涉及一种用于数控系统电机主轴转速的控制系统及方法。

背景技术

数控系统中通过伺服驱动器控制电机主轴转速的常见控制方式有：

第一种方式：变频器实现主轴模拟量控制

数字控制和模拟控制是数控系统配置的两种机床主轴控制方式。由于经济型数控车床对主轴的功率、控制精度和动态响应等要求不高，使用变频器实现主轴模拟量控制是低端数控车床的首选方式。

第二种方式：模拟量PLC控制电机主轴转速

触摸屏是人机对话接口，最初的指令信息要从这里输入。输入的信息通过通讯端口传送到PLC。经PLC运算后，PLC输出模拟量，并连接到伺服控制器的模拟量输入端口。伺服控制器对接收到的模拟量进行内部运算，而后驱动伺服电机达到相应的转速。伺服电机通过测速元件将转速信息反馈到伺服控制器，形成闭环系统。实现电机转速稳定的效果。

第三种方式：PC机并口伺服驱动板脉冲控制电机主轴转速

以上做法的缺点：通过变频器对电机主轴控制适用于经济型数控车床。当对主轴的功率、控制精度和动态响应等要求很高的场合时不适用；采用模拟量控制时抗干扰能力弱，实时性不强；伺服驱动板依赖于具体的硬件，当换成其它伺服系统时，需要更换伺服驱动板。

现有技术中，中国专利申请号CN200820239247公开一种机械压力机数控液压垫的控制系统，它存在不足的问题是：(1)它使用windows操作系统，运用TwinCAT软件，这套软件运行系统经常会导致系统蓝屏死机，造成控制系统不稳定；(2)它采用专用的模拟量输入输出板卡和伺服阀，伺服驱动板依赖于具体的硬件；(3)它采用专用硬件结构实现电气控制，硬件冗余。由于采用硬件控制，易造成故障率升高，维护成本较高，可靠性无法保障。

发明内容

本发明针对上述数控系统中采用模拟量控制电机主轴的抗干扰性较差，实时性不强的问题；针对上述数控系统中采用专用伺服驱动板卡，故障率较高，专用伺服驱动板灵活性较差(如果伺服系统更换成其它厂家的伺服驱动器，需要更换伺服驱动板)；针对上述数控系统采用windows操作系统产生蓝屏不稳定的缺点。本发明提供一种用于数控系统电机主轴转速的控制系统及方法，其抗干扰性较强、实时性较好、稳定性和可靠性均均较好。

为达到上述的目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于数控系统电机主轴转速的控制系统，包括嵌入式Linux数控系统主站和数控系统从站，嵌入式Linux数控系统主站与数控系统从站之间通过EtherCAT通信协议总线相互通信连接；

所述嵌入式Linux数控系统主站包括控制模块和主站接口模块；所述控制模块包括带有网卡的嵌入式硬件平台和置于嵌入式硬件平台上的软体部分；所述软体部分里包括嵌入式Linux用户空间和嵌入式Linux内核空间；所嵌入式Linux用户空间里的应用层内置有包含SoE协议的EtherCAT通信协议栈；所述嵌入式Linux内核空间里置有嵌入式Linux操作系统以及包含软电路层、EtherCAT通信协议栈内态驱动模块和网卡驱动模块的驱动层；

所述数控系统从站包括带有从站接口的伺服装置和与其连接的电机，其中从站接口与上述嵌入式Linux数控系统主站内的主站接口模块连接；

所述嵌入式Linux数控系统主站通过嵌入式Linux用户空间里的应用层内的EtherCAT通信协议栈内的SoE协议向软电路层发出主轴控制字，使能于数控系统从站内的伺服装置；通过嵌入式Linux内核空间里的软电路层周期性地发出速度指令值，并通过EtherCAT通信协议总线传送给数控系统从站内的伺服装置，伺服装置按照接收到该速度指令值控制电机旋转；伺服装置通过EtherCAT通信协议总线周期性地将速度反馈值反馈给嵌入式Linux数控系统主站内驱动层内的软电路层，以此完成闭环控制。

本发明提供的用于数控系统电机主轴转速的控制方法，是采用闭环控制的方法：

首先建立一个嵌入式Linux数控系统主站，将数控系统内的伺服装置及与伺服装置连接的电机作为数控系统从站，采用EtherCAT通信协议总线使嵌入式Linux数控系统主站与数控系统从站进行通信连接；

在嵌入式Linux数控系统主站内设置嵌入式硬件平台和置于嵌入式硬件平台上的软件部分；

在软件部分中，设置嵌入式Linux用户空间和嵌入式Linux内核空间；