一种基于EtherCAT总线的智能数控IO装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于EtherCAT总线的智能数控IO装置，所述智能数控IO装置通过标准EtherCAT总线通信协议与外部数控系统进行信息交互；所述智能数控IO装置包括电源管理模块，EtherCAT从站通信模块，中央逻辑控制模块，快速IO输入和输出模块，模拟量A/D输入模块，模拟量D/A输出模块，PWM输出模块，串口通讯模块以及USB模块；电源管理模块配置为向智能数控IO装置供电；中央逻辑控制模块分别与EtherCAT从站通信模块，快速IO输入和输出模块，模拟量A/D输入模块，模拟量D/A输出模块，PWM输出模块，串口通讯模块，USB模块连接；该装置能解决IO响应速度低，集成度低，功能单一，不能兼容低功率和高功率输出，扩展性差等问题。

An intelligent numerical control IO device based on EtherCAT bus

【技术实现步骤摘要】
一种基于EtherCAT总线的智能数控IO装置
本专利技术涉及数字控制
，特别是涉及一种基于EtherCAT总线的智能数控IO装置。
技术介绍
随着科技的进步，高新技术在激光行业的应用也越来越广泛。数控技术作为先进的制造技术的关键与核心技术，以其多轴联动、高速、高精度的功能和性能特点，在激光加工设备中得到了广泛的应用。在激光加工中，数控系统要实现对机床设备进行控制，需要通过一定数量的模拟量输入和输出、PWM、数字IO口、串口以及继电器等来实现控制，我们把这些模拟量输入输出、PWM、数字IO口和串口等简称为数控IO装置。数控IO装置是一种电子电路，其中包含有嵌入式CPU，控制逻辑电路等。数控系统通过串口，或其内部总线扩展模块，和该数控IO装置连接，进而和机床的设备进行交互。传统的数控IO装置，普遍集成度不高，PWM、模拟量和数字IO分开为多个模块，一个是接线和排查上麻烦，二是整体成本较高；其次，传统的数控IO装置在支持大功率输出时，需要再外接继电器输出，或再开发一块继电器板，降低了集成度和IO响应速度，同时也增加了系统复杂度；另外，传统的数控IO装置在接入外部设备时只能通过IO口进行交互，一是增加电气接线工作量，系统复杂度增加；二是实现功能有限，不灵活。而传统的解决方案通常采用数控系统的串口，或内部有限的扩展模块来拓展IO模块。然而，该传统的解决方案在某些场合下(例如需要IO口较多的场合，或对IO响应速度要求较高的场合)无法满足要求，且灵活性较差。现在机床对速度、精度和稳定性的要求越来越高，相应的数控系统对数控IO装置的集成度、响应性、稳定性、智能化也要求越来高。传统的串口通讯控制方式、内部总线扩展模块通讯方式速度慢，集成度不高，功能单一，已经不能满足数控系统的要求。因此，针对现有技术中存在的问题，亟需提供一种IO接口功能高度集成，资源丰富且支持EtherCAT通讯的智能数控IO装置技术显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提供一种基于EtherCAT总线的智能数控IO装置，解决IO响应速度低，集成度低，功能单一，不能兼容低功率和高功率输出，扩展性差等问题。为了解决上述问题，本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种基于EtherCAT总线的智能数控IO装置，所述智能数控IO装置通过标准EtherCAT总线通信协议与外部数控系统进行信息交互；所述智能数控IO装置包括电源管理模块、EtherCAT（以太网控制自动化技术）从站通信模块、中央逻辑控制模块、快速IO输入和输出模块、模拟量A/D输入模块、模拟量D/A输出模块、PWM输出模块、串口通讯模块以及USB模块；其中，所述电源管理模块配置为向智能数控IO装置供电（包括但不限于向EtherCAT从站通信模块，中央逻辑控制模块，快速IO输入和输出模块，模拟量A/D输入模块，模拟量D/A输出模块，PWM输出模块，串口通讯模块以及USB模块等模块供电）；以上的，所述电源管理模块配置为接收24VDC输入电压，经电源滤波电路后输出5V或3.3V电压。所述中央逻辑控制模块分别与EtherCAT从站通信模块、快速IO输入和输出模块、模拟量A/D输入模块、模拟量D/A输出模块、PWM输出模块、串口通讯模块以及USB模块连接；其中，所述EtherCAT从站通信模块包括EtherCAT从站控制器，EEPROM存储芯片，输入接口电路和从站级联接口电路；所述EtherCAT从站控制器分别与EEPROM存储芯片、输入接口电路、从站级联接口电路连接；以上的，所述EtherCAT从站控制器配置为收发指令及处理数据；所述EEPROM存储芯片配置为用于存储控制指令和状态数据；所述输入接口电路配置为与上一级智能数控IO装置连接，实现与上一级智能数控IO装置的EtherCAT从站通信模块的通讯及数据收发；所述从站级联接口电路配置为与下一级智能数控IO装置的EtherCAT从站通信模块连接。具体的，当多个智能数控IO装置级联时，与外部数控系统连接的智能数控IO装置的EtherCAT从站通信模块称为EtherCAT主站；其余与EtherCAT主站连接的若干智能数控IO装置的EtherCAT从站通信模块统称为EtherCAT从站。EtherCAT主站的输入接口电路与外部数控系统连接，其级联接口电路与EtherCAT从站连接，各EtherCAT从站之间通过输入接口电路、从站级联接口电路实现层层级联。若只有一个智能数控IO装置时，其EtherCAT从站通信模块的输入接口电路与外部数控系统连接，从站级联接口电路不连接或接地。优选的，所述EtherCAT从站控制器的型号为LAN9252。优选的，所述输入接口电路、从站级联接口电路均为RJ45网络变压器。优选的，所述EEPROM存储芯片的型号为24FC512。其中，所述中央逻辑控制模块包括CPU中央控制器，以及分别与CPU中央控制器连接的加密芯片、SPIFlash存储芯片、硬件看门狗芯片；以上的，所述加密芯片配置为用于加密主控程序；所述SPIFlash存储芯片配置为存储系统重要参数和数据；所述硬件看门狗芯片配置为用于保证系统稳定性。具体的，所述重要参数包括设备地址，串口通讯参数；AD、DA矫正曲线数据；加密密钥等。优选的，所述CPU中央控制器采用的型号为STM32F40x-ZG-144的ARMCPU中央控制器。优选的，所述加密芯片的型号为ATSHA204加密芯片。优选的，所述SPIFlash存储芯片的型号为MX25L1635DSPIFLASH。优选的，所述硬件看门狗芯片的型号为SP706S。其中，所述快速IO输入和输出模块包括二十四路快速输入电路、十六路快速输出电路、光耦合器、高速CMOS总线收发器和智能功率驱动芯片；以上的，所述二十四路快速输入电路通过光耦合器与中央逻辑控制模块连接；所述十六路快速输出电路包括四路大功率输出电路和十二路小功率输出电路；其中，十二路小功率输出电路通过光耦合器、高速CMOS总线收发器与中央逻辑控制模块连接；四路大功率输出电路通过智能功率驱动芯片、高速CMOS总线收发器与中央逻辑控制模块连接；以上的，所述二十四路快速输入电路的每个输入端口连接有运行状态指示电路，以使通过运行状态指示电路中LED灯的亮灭指示该输入端口的状态。优选的，所述光耦合器的型号为TLP281。优选的，所述高速CMOS总线收发器的型号为74HC245。优选的，所述智能功率驱动芯片的型号为BTS724，每路可提供2A的输出电流，直接驱动电磁阀等高功率器件。进一步地，所述二十四路快速输入电路、十六路快速输出电路还包括24V供电电路，24V供电电路为所述二十四路快速输入电路、十六路快速输出电路提供电能。进一步地，所述二十四路快速输入电路、十六路快速输出电路可通过公共端支持24V输入或0V输入。以上的，所述十六路快速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于EtherCAT总线的智能数控IO装置，其特征在于，所述智能数控IO装置通过标准EtherCAT总线通信协议与外部数控系统进行信息交互；/n所述智能数控IO装置包括电源管理模块、EtherCAT从站通信模块、中央逻辑控制模块、快速IO输入和输出模块、模拟量A/D输入模块、模拟量D/A输出模块和PWM输出模块；/n其中，所述电源管理模块配置为向智能数控IO装置供电；/n所述中央逻辑控制模块分别与EtherCAT从站通信模块、快速IO输入和输出模块、模拟量A/D输入模块、模拟量D/A输出模块以及PWM输出模块连接；/n所述EtherCAT从站通信模块包括EtherCAT从站控制器、EEPROM存储芯片、输入接口电路和从站级联接口电路；/n所述EtherCAT从站控制器分别与EEPROM存储芯片、输入接口电路、从站级联接口电路连接；/n所述EtherCAT从站控制器配置为收发指令及处理数据；所述EEPROM存储芯片配置为用于存储控制指令和状态数据；所述输入接口电路配置为与上一级智能数控IO装置连接，与上一级智能数控IO装置的EtherCAT从站通信模块通讯及数据收发；所述从站级联接口电路配置为与下一级智能数控IO装置的EtherCAT从站通信模块连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于EtherCAT总线的智能数控IO装置，其特征在于，所述智能数控IO装置通过标准EtherCAT总线通信协议与外部数控系统进行信息交互；
所述智能数控IO装置包括电源管理模块、EtherCAT从站通信模块、中央逻辑控制模块、快速IO输入和输出模块、模拟量A/D输入模块、模拟量D/A输出模块和PWM输出模块；
其中，所述电源管理模块配置为向智能数控IO装置供电；
所述中央逻辑控制模块分别与EtherCAT从站通信模块、快速IO输入和输出模块、模拟量A/D输入模块、模拟量D/A输出模块以及PWM输出模块连接；
所述EtherCAT从站通信模块包括EtherCAT从站控制器、EEPROM存储芯片、输入接口电路和从站级联接口电路；
所述EtherCAT从站控制器分别与EEPROM存储芯片、输入接口电路、从站级联接口电路连接；
所述EtherCAT从站控制器配置为收发指令及处理数据；所述EEPROM存储芯片配置为用于存储控制指令和状态数据；所述输入接口电路配置为与上一级智能数控IO装置连接，与上一级智能数控IO装置的EtherCAT从站通信模块通讯及数据收发；所述从站级联接口电路配置为与下一级智能数控IO装置的EtherCAT从站通信模块连接。


2.根据权利要求1所述的智能数控IO装置，其特征在于，所述智能数控IO装置还包括串口通讯模块和USB模块；
所述串口通讯模块、USB模块均与中央逻辑控制模块连接。


3.根据权利要求1或2所述的智能数控IO装置，其特征在于，所述EtherCAT从站控制器的型号为LAN9252；所述输入接口电路、从站级联接口电路均为RJ45网络变压器；所述EEPROM存储芯片的型号为24FC512。


4.根据权利要求1或2所述的智能数控IO装置，其特征在于，所述中央逻辑控制模块包括CPU中央控制器，以及分别与CPU中央控制器连接的加密芯片、SPIFlash存储芯片、硬件看门狗芯片；
所述加密芯片配置为用于加密主控程序；所述SPIFlash存储芯片配置为存储系统数据；所述硬件看门狗芯片配置为用于保证系统稳定性。


5.根据权利要求1或2所述的智能数控IO装置，其特征在于，所述快速IO输入和输出模块包括二十四路快速输入电路、十六路快速输出电路、光耦合器、高速CMOS总线收发器和智能功率驱动芯片；
所述二十四路快速输入电路通过光耦合器与中央逻辑控制模块连接；所述十六路快速输出电路包括四路大功率输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏宇锐，常勇，
申请(专利权)人：佛山市宏石激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44