一种多轴工业运动控制卡的制作方法

1.本实用新型涉及控制卡技术领域，更具体地说，涉及一种多轴工业运动控制卡。


背景技术：

2.运动控制卡是通过对以电机驱动的目标装置或设备进行协调控制，使其按照预期的作业轨迹进行运动的控制装置，运动控制卡广泛应用于自动化设备，例如数控加工设备；运动控制卡作为多轴电子、机械制造业的核心技术装备，其特点是控制轴数多、同步性要求比较高；传统的运动控制卡控制轴数普遍为二轴到四轴，现有的运动控制卡控制轴数已经上升至四轴至六轴甚至更多，且普遍采用的是专用电机控制mcu芯片，然而，在进行多轴扩充时，控制精度会随着轴数的增加而降低，这是由于在采用单颗mcu控制输出时，当控制输出脉冲发生器输出高速脉冲时，因单颗mcu内部频繁进入处理中断问题，轴数越多需要处理的越多，进而导致高速脉冲会受到明显的限制，而多轴设备的运行精度与高速脉冲频率息息相关，所以，为了防止因运动控制卡输出的脉冲频率降低导致多轴设备的运行控制精度降低，同时，也为了使多轴设备的运行控制精度能够保持在较佳水平，对运动控制卡的输出控制需要进行改进。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种多轴工业运动控制卡。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多轴工业运动控制卡，所述多轴工业运动控制卡设置有mcu、通讯接口、nor flash、外部fram和电源电路，所述电源电路用于为多轴工业运动控制卡供电，所述通讯接口、nor flash和外部fram均与mcu电性连接；所述多轴工业运动控制卡还设置有cpld器件或fpga器件，所述cpld器件或fpga器件与mcu电性连接，所述mcu用于接收多个伺服驱动器输出的轴控位置传感器信号，以及输出伺服驱动器使能信号至多个所述伺服驱动器；所述mcu还输出控制信号至cpld器件或fpga器件，所述cpld器件或fpga器件根据控制信号输出脉冲及方向信号、编码器中断信号至多个伺服驱动器；所述脉冲及方向信号包括脉冲信号和方向信号，所述脉冲信号的脉冲频率为4mhz。
5.优选的，所述多轴工业运动控制卡还设置有i/o扩展电路，所述i/o扩展电路与mcu电性连接。
6.优选的，所述多轴工业运动控制卡还设置有温度传感器，所述温度传感器与mcu电性连接。
7.优选的，所述温度传感器为k型热电偶。
8.优选的，所述通讯接口包括can接口、usb接口、以太网接口和串行接口，所述can接口、usb接口、以太网接口和串行接口均与mcu电性连接。
9.优选的，所述串行接口为rs485接口或rs232接口，所述rs485接口或rs232接口与
mcu电性连接。
10.优选的，所述mcu设置有i/o端口，所述mcu通过i/o端口与多个伺服驱动器电性连接。
11.优选的，所述mcu的型号为mimxrt1051cvj5b。
12.优选的，所述cpld器件的型号为pgc7kd6ilpg144。
13.本实用新型的有益效果在于：区别于现有技术，本实用新型的多轴工业运动控制卡设置有mcu、通讯接口、nor flash、外部fram和电源电路，以及cpld器件或fpga器件，cpld器件或fpga器件与mcu电性连接，mcu用于接收多个伺服驱动器输出的轴控位置传感器信号，以及输出伺服驱动器使能信号至多个伺服驱动器；mcu还输出控制信号至cpld器件或fpga器件，cpld器件或fpga器件根据控制信号输出脉冲及方向信号、编码器中断信号至多个伺服驱动器；脉冲及方向信号包括脉冲信号和方向信号，脉冲信号的脉冲频率为4mhz；在应用时使输出的脉冲频率明显提高，避免因mcu处理受限导致高速脉冲输出受限的问题，提高了运行控制精度。
附图说明
14.图1是本实用新型实施例中多轴工业运动控制卡的结构示意图；
15.图2是本实用新型实施例中轴原点和轴报警输入电路示意图；
16.图3是本实用新型实施例中编码器输入电路示意图；
17.图4是本实用新型实施例中编码器中断输出电路示意图；
18.图5是本实用新型实施例中轴的使能驱动电路示意图；
19.图6是本实用新型实施例中共模转差模驱动电路示意图；
20.图7是本实用新型实施例中mcu及其电路示意图；
21.图8是本实用新型实施例中cpld器件及其电路示意图；
22.图9是本实用新型实施例中mcu上电时序控制电路示意图；
23.图10是本实用新型实施例中电源检测电路示意图；
24.图11是本实用新型实施例中电源管理电路示意图；
25.图中标记名称及序号：多轴工业运动控制卡-1；mcu-11；can接口-121；usb接口-122；以太网接口-123；串行接口-124；nor flash-13；外部fram-14；温度传感器-15；i/o扩展电路-16；cpld器件-17；电源电路-18。
具体实施方式
26.为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术工人在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
27.本实用新型实施例如图1至11中所示，多轴工业运动控制卡1设置有mcu11、通讯接口、nor flash13、外部fram14和电源电路18，电源电路18用于为多轴工业运动控制卡1供电，通讯接口、nor flash13和外部fram14均与mcu11电性连接；多轴工业运动控制卡1还设置有cpld器件17或fpga器件，cpld器件17或fpga器件与mcu电性连接，mcu11用于接收多个
伺服驱动器输出的轴控位置传感器信号，以及输出伺服驱动器使能信号至多个伺服驱动器；mcu11还输出控制信号至cpld器件17或fpga器件，cpld器件17或fpga器件根据控制信号输出脉冲及方向信号、编码器中断信号至多个伺服驱动器；脉冲及方向信号包括脉冲信号和方向信号，脉冲信号的脉冲频率为4mhz。
28.本实施例中，具体采用cpld器件17与mcu11电性连接，其中，脉冲及方向信号包括脉冲信号和方向信号，具体的，脉冲信号为可以控制伺服驱动器运行的信号；方向信号为可以控制伺服驱动器让电机运转方向的信号。
29.本实施例中，mcu11设置有i/o端口，mcu11通过i/o端口与多个伺服驱动器电性连接，以实现信号传输。
30.例如，mcu11接收到轴控位置传感器信号，当判断编码器的值已达到预定值，mcu11会输出伺服驱动器使能信号至多个伺服驱动器，同时输出一个控制信号至cpld器件17，该控制信号包括控制编码器中断的信号，cpld器件17收到该控制信号后根据控制信号控制输出脉冲及方向信号、编码器中断信号至对应的伺服驱动器，该输出的脉冲频率为4mhz，能够有效输出高速脉冲，提高了伺服驱动器的运动控制精度；其中，多个伺服驱动器与cpld器件17相连接的轴原点和轴报警输入电路请参照图2，这两种信号的电路是一致的；伺服驱动器上与cpld器件17相连接的编码器接口处理电路包括编码器输入电路和编码器中断输出电路，编码器输入电路和编码器中断输出电路请分别参照图3和图4；多个伺服驱动器与cpld器件17相连接的使能驱动电路请参照图5，多个伺服驱动器的使能驱动电路都是一致的；多个伺服驱动器与cpld器件17相连接的共模转差模驱动电路请参照图6，实现脉冲及方向信号输出，多个伺服驱动器的共模转差模驱动电路也都是一致的。
31.本实施例中，电源电路18包括电源检测电路和电源管理电路，主要用于为多轴工业运动控制卡1供电；例如为通讯接口、外部nor flash13、外部fram14和cpld器件17等电路器件供电，以保证上述各个器件及电路的正常运行；其中，电源检测电路请参照图10，电源管理电路请参照图11。
32.进一步的，本实用新型实施例如图1中所示，多轴工业运动控制卡1还设置有温度传感器15，温度传感器15与mcu11电性连接，主要用于监测多轴工业运动控制卡1的运行温度，以保证多轴工业运动控制卡1正常运行；本实施例中，温度传感器15为k型热电偶；通常的，k型热电偶由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成，此处不做具体限定。
33.进一步的，本实用新型实施例如图1中所示，多轴工业运动控制卡1还设置有i/o扩展电路16，i/o扩展电路16与mcu11电性连接，i/o扩展电路16用于更好地对数据输入输出进行速度协调、数据锁存、数据缓冲和数据交换等。
34.本实施例中，mcu及其电路和cpld器件及其电路请分别参照图7和图8，mcu11的型号为mimxrt1051cvj5b；cpld器件的型号为pgc7kd6ilpg144。
35.具体的，本实用新型实施例如图1中所示，通讯接口包括can接口121、usb接口122、以太网接口123和串行接口124，其中，can接口121、usb接口122、以太网接口123和串行接口124均与mcu11电性连接，以实现mcu11与外部设备的信号传输，外部设备如pc机；本实施例中，以太网接口123为10/100m以太网接口；串行接口为rs485接口或rs232接口，rs485接口或rs232接口与mcu11电性连接。
36.本实施例中，nor flash13和外部fram14采用任一合适型号均可，此处不做具体限
定。
37.本实用新型实施例的多轴工业运动控制卡通过设置mcu和cpld器件，将mcu处理受限的控制信号交由cpld器件处理，cpld器件根据mcu控制信号输出脉冲及方向信号、编码器中断信号至多个伺服驱动器；脉冲信号的脉冲频率为4mhz；使输出的脉冲频率明显提高，避免因mcu处理受限导致高速脉冲输出受限的问题，提高了控制精度。
38.应当理解的是，对本领域普通技术工人来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种多轴工业运动控制卡，其特征在于：所述多轴工业运动控制卡设置有mcu、通讯接口、nor flash、外部fram和电源电路，所述电源电路用于为多轴工业运动控制卡供电，所述通讯接口、nor flash和外部fram均与mcu电性连接；所述多轴工业运动控制卡还设置有cpld器件或fpga器件，所述cpld器件或fpga器件与mcu电性连接，所述mcu用于接收多个伺服驱动器输出的轴控位置传感器信号，以及输出伺服驱动器使能信号至多个所述伺服驱动器；所述mcu还输出控制信号至cpld器件或fpga器件，所述cpld器件或fpga器件根据控制信号输出脉冲及方向信号、编码器中断信号至多个伺服驱动器；所述脉冲及方向信号包括脉冲信号和方向信号，所述脉冲信号的脉冲频率为4mhz。2.根据权利要求1所述的多轴工业运动控制卡，其特征在于：所述多轴工业运动控制卡还设置有i/o扩展电路，所述i/o扩展电路与mcu电性连接。3.根据权利要求1所述的多轴工业运动控制卡，其特征在于：所述多轴工业运动控制卡还设置有温度传感器，所述温度传感器与mcu电性连接。4.根据权利要求3所述的多轴工业运动控制卡，其特征在于：所述温度传感器为k型热电偶。5.根据权利要求1所述的多轴工业运动控制卡，其特征在于：所述通讯接口包括can接口、usb接口、以太网接口和串行接口，所述can接口、usb接口、以太网接口和串行接口均与mcu电性连接。6.根据权利要求5所述的多轴工业运动控制卡，其特征在于：所述串行接口为rs485接口或rs232接口，所述rs485接口或rs232接口与mcu电性连接。7.根据权利要求1所述的多轴工业运动控制卡，其特征在于：所述mcu设置有i/o端口，所述mcu通过i/o端口与多个伺服驱动器电性连接。8.根据权利要求1所述的多轴工业运动控制卡，其特征在于：所述mcu的型号为mimxrt1051cvj5b。9.根据权利要求1所述的多轴工业运动控制卡，其特征在于：所述cpld器件的型号为pgc7kd6ilpg144。

技术总结
本实用新型涉及一种多轴工业运动控制卡，多轴工业运动控制卡设置有MCU、通讯接口、NOR Flash、外部FRAM和电源电路，多轴工业运动控制卡还设置有CPLD器件或FPGA器件，CPLD器件或FPGA器件与MCU电性连接，MCU用于接收多个伺服驱动器输出的轴控位置传感器信号，以及输出伺服驱动器使能信号至多个伺服驱动器；MCU还输出控制信号至CPLD器件或FPGA器件，CPLD器件或FPGA器件根据控制信号输出脉冲及方向信号、编码器中断信号至多个伺服驱动器；脉冲信号的脉冲频率为4MHz；在应用时使输出的脉冲频率明显提高，避免因MCU处理受限导致高速脉冲输出受限的问题，提高了运行控制精度。提高了运行控制精度。提高了运行控制精度。


技术研发人员：黄瑞智
受保护的技术使用者：深圳市汇众智慧科技有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/9/1