基于以太网的多轴联动步进电机控制系统研制

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步进电机在加速器控制领域被广泛应用。许多束流注入引出以及探测装置使用电机驱动,这些精密装置对电机控制提出了非常高的要求。同时加速器现场是一个强磁场强辐射环境,这要求控制设备、控制系统必须具备抗磁场抗辐射性能,同时为了保证人身安全,需要远程控制各种设备。目前,市场上步进电机控制器基本采用RS-232、RS-485、USB和CAN等协议通信,不能基于网络来远程控制,需要通过串口服务器或者PC来接入以太网,成本较高,结构复杂。而绝大多数控制器只提供单轴控制模式,不能很好的适应加速器现场对多轴电机的运动控制需求。基于此背景,本课题提出了基于以太网的多轴联动步进电机控制系统。  控制器硬件采用NET+MSP430+CPLD的架构。利用协议转换器将MSP430的串口转换为以太网接口,使控制器直接接入以太网进行远程控制。MSP430混合信号处理器具有处理速度快、外围接口丰富等特点,能够高速处理上位机下发的命令,同时实现与上位机、CPLD之间的通讯。CPLD作为可编程逻辑器件,具有配置灵活、通用性强等特点,用于合成步进电机所需的脉冲频率,控制步进电机的转速和步长。针对步进电机开环控制的不足,本控制器配备了光栅尺接口、电阻尺接口、限位开关接口,用于构成一个完整的闭环系统。在硬件设计中,充分考虑到了控制系统使用时的恶劣环境,设计了隔离、抗冲击等多种保护措施,以保证系统能够在强磁场强辐射环境下安全稳定运行。此外,为了更好的测试该系统的功能,使用VC++编写了软件测试平台,能控制多路电机并实时显示三种位置反馈元件的状态。  本课题创新性在于将多轴控制、闭环反馈集成在单板上,基于以太网技术直接将控制器接入以太网进行远程控制。目前,该控制器已经完成了对治癌源高频腔直线电机的测试,完成了对主环注入静电偏转板的控制。
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