[发明专利]一种基于EtherCAT和CAN总线的柔性工装控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于EtherCAT和CAN总线的柔性工装控制系统，属于自动化控制技术领域。

背景技术

飞机制造业大量应用固定安装，严重影响了各种新机型的生产制造周期及其产品的质量。随着数字化技术快速发展，柔性工装比固定工装具有诸多优点，柔性工装技术在飞机制造中得到了越来越广泛的应用。柔性工装是由多台伺服电机构成的驱动运动装置，一般能够在X、Y、Z一个或三个方向运动，实现柔性调形形成所需的形状，多台电机运动控制方式尤为重要且不易实现。

目前大部分柔性工装控制系统形式多样，多以RS485或RS232通讯，伺服电机与伺服分站模块分立连接形式，虽然能够满足一般的控制要求，但对于参数较多，大量的电机及其分布较远的情况不合适，存在数据传输速率慢，传输不稳定，控制系统繁琐，分散独立，操作不便等问题，因此对于多台电机的柔性工装运动控制成为一个难点。

发明内容

本发明的目的是为柔性工装系统提供一种新的控制方法。

本发明创造是通过下述技术方案实现：一种基于EtherCAT和CAN总线的柔性工装控制系统，其柔性工装为X方向上布置若干个横梁，每个横梁由两台伺服电机驱动，在每个横梁上又布置有若干个可调整的立柱，每个立柱在Y方向上的行走及Z方向上的高度调整各由一台伺服电机驱动，所述柔性工装控制系统包括工业计算机、控制柜和横梁上的分站模块三大部分，其中工业计算机作为核心处理单元，控制柜及分站模块内分别具有EtherCAT耦合器模块、输入模块和输出模块，工业计算机通过EtherCAT总线与控制柜内的EtherCAT耦合器模块通讯连接，控制柜的EtherCAT耦合器模块与分站模块中的EtherCAT耦合器模块之间通过EtherCAT总线通讯连接，分站模块中的EtherCAT耦合器模块与分站模块中的EtherCAT耦合器模块之间通过EtherCAT总线通讯连接；分站模块中的输出模块还与CAN总线模块通讯连接，CAN总线模块通过CAN总线与本分站模块控制的各个伺服电机通讯连接，系统将EtherCAT总线和CAN总线的结合进行数据传输，实现对系统的柔性调形运动控制。

所述工业计算机实现数据的接收与管理，控制命令的发送以及各控制单元动态参数和设备状态实时显示，具备检测控制、数据分析处理、数据存储等功能；EtherCAT耦合器模块用于对控制柜内和5个横梁模块的数据转换，将现场的数据连入以太网，实现数据的有效传输；输入模块、输出模块用于对现场的信号采集和处理功能；CAN总线接口模块实现对伺服电机的现场通讯，伺服电机用于对横梁X方向和立柱在Y、Z方向的运动控制驱动。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）此系统能够很好的解决柔性工装各个移动横梁分布远、布线困难所带来对通信稳定性、可靠性等造成的影响；（2）通过该方式可以增加扩展横梁数量网络中的节点，可以随机调整增、减节点数目及节点的地理位置，满足该柔性工装系统的扩充和整合的要求，便于系统实现分布式控制；（3）将EtherCAT总线和CAN总线有效结合，使数据传输速率提高了近10倍；（4）该系统集成度高、可靠性好、可操作性强、设计合理。

附图说明

图1是该发明的控制系统的结构示意图。

图2是该发明的软件结构框架。

图3是该系统操作流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明专利进一步的描述，参见附图1。该系统由工业计算机、位于控制柜内的模块、5个分布于移动横梁上的分站模块、伺服电机及相应的电源及保护电路组成。工业计算机与控制柜内耦合器模块之间、控制柜内耦合器模块与横梁1上的耦合器模块之间及其横梁1到横梁5耦合器模块之间分别采用EtherCAT总线通讯。而横梁1上的CAN总线模块与本横梁上伺服电机1、以及伺服电机1到伺服电机16相互间通过CAN总线通信，同时横梁2到横梁5上的CAN总线模块与伺服电机、伺服电机之间均以CAN总线通讯。以下对各个部分加以说明：

工业计算机是整个系统的控制核心，通过RJ45以太网接口与控制柜内耦合器模块进行连接，利用EtherCAT总线连接进行数据交换。在计算机中安装PLC实时运行环境以及人机界面软件。通过安装于工业计算机上的操作软件，完成整个柔性工装的参数设置、手动控制、自动调形、吸盘控制、模型数据输入输出及工艺计算等操作，同时显示电机的位置、速度、各个检测开关的状态、真空管路运行状态等信息功能。