基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括可編程控制器、液晶觸摸屏、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電源轉(zhuǎn)換模塊和電流檢測(cè)模塊；所述可編程控制器分別與液晶觸摸屏、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源轉(zhuǎn)換模塊和電流檢測(cè)模塊相連，電源轉(zhuǎn)換模塊分別與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和市電源連接，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)電流檢測(cè)模塊與可編程控制器連接。該系統(tǒng)主要通過(guò)觸摸屏和可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制和監(jiān)測(cè)，縮短了開發(fā)周期，提高了運(yùn)行的可靠性，具有性能可靠、控制簡(jiǎn)單、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的推廣示范價(jià)值，另外，軟件的靈活性還有利于設(shè)備的改造和升級(jí)。
【專利說(shuō)明】
基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)電設(shè)備控制領(lǐng)域，尤其涉及一種可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主要是由驅(qū)動(dòng)控制電路和電動(dòng)機(jī)兩者所共同構(gòu)成的，進(jìn)而使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路裝置有效地融為完整的系統(tǒng)。
[0003]步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移(或線位移)的電磁裝置，是一種特殊的電動(dòng)機(jī)。一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸進(jìn)肘步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，每給它一個(gè)脈沖信號(hào)，它就轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量和輸進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，在時(shí)間上與輸進(jìn)脈沖同步，因此只要控制輸進(jìn)脈沖的數(shù)目、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在沒有脈沖輸進(jìn)時(shí)，在繞組電源的激勵(lì)下氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按其輸出轉(zhuǎn)矩的大小來(lái)分，可以分為快速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)?？焖俨竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作頻率高而輸出轉(zhuǎn)矩較小，一般在N.cm級(jí)，可以作為控制小型精密機(jī)床的工作臺(tái)(例線切割機(jī)床)也可以和液壓轉(zhuǎn)矩放大器組成電液脈沖馬達(dá)往驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)，而功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩就比較大是N.m級(jí)的，可以直接往驅(qū)動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按其勵(lì)磁相數(shù)，可以分為三相、四相、五相、六相甚至八相。一般來(lái)說(shuō)隨著相數(shù)的增加，在相同頻率的情況下，每相導(dǎo)通電流的時(shí)間增加，各相均勻電流會(huì)高些，從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性會(huì)好些，步距角亦小。但是隨著相數(shù)的增加，電動(dòng)機(jī)的尺寸就增加，結(jié)構(gòu)亦復(fù)雜，目前多用3?6相的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著輸進(jìn)脈沖頻率變化而變化，調(diào)速范圍很廣，靈敏度高，輸出轉(zhuǎn)角能夠控制，而且輸出精度較高，又能實(shí)現(xiàn)同步控制，所以廣泛地使用在開環(huán)系統(tǒng)中，也還可用在一般通用機(jī)床上，進(jìn)步進(jìn)給機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化水平。
[0004]在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的研究前期，所使用的系統(tǒng)便是開環(huán)系統(tǒng)，到現(xiàn)在為止，在工業(yè)領(lǐng)域控制方面還是大量采用開環(huán)系統(tǒng)，從側(cè)面上看，這就說(shuō)明了開環(huán)系統(tǒng)具有獨(dú)特的技術(shù)性優(yōu)勢(shì)。并且，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)原理中，都是對(duì)開環(huán)運(yùn)行精度要求比較高，普遍高于其他同類的電機(jī)控制系統(tǒng)，而且電動(dòng)機(jī)所運(yùn)行的速度和控制脈沖頻率逐漸呈現(xiàn)出一種正比關(guān)系的發(fā)展趨勢(shì)。
[0005]從本質(zhì)上看，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)代化，必須是由繞組電流的簡(jiǎn)單閉環(huán)來(lái)進(jìn)行科學(xué)的控制，其中，便是在一些常見的微步、恒總流等方面有所體現(xiàn)。而這以上的控制中都是給電流事先設(shè)定數(shù)值，并不是由外環(huán)來(lái)進(jìn)行有效控制。
[0006]步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的研究過(guò)程是一種低速永磁的同步電動(dòng)機(jī)，并且在運(yùn)用范圍上較為廣泛的是混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其在運(yùn)行原理上，是一個(gè)具有多極對(duì)數(shù)的永磁同步電動(dòng)機(jī)，而且，在極對(duì)數(shù)中，可以看成是一個(gè)永磁同步的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)。若是從單純意義上看，這是一種永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)思路，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子的繞組上主要是以對(duì)稱交流電，才能有效促使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的特殊性，使得與同類的電動(dòng)機(jī)相比，更能夠有效地適應(yīng)開環(huán)定位和低速運(yùn)轉(zhuǎn);從另外一個(gè)角度上看，也能夠使得驅(qū)動(dòng)電路裝置獲得巨大的技術(shù)性優(yōu)勢(shì)。
[0007]在對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)思路上，我們可以看出，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)驅(qū)動(dòng)電路主要是控制脈沖序列來(lái)進(jìn)行輸入，當(dāng)進(jìn)行輸出端和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子繞組進(jìn)行相應(yīng)的連接時(shí)，我們可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行輸出相應(yīng)的電壓和電流驅(qū)動(dòng)，這樣就能確保開環(huán)驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)定運(yùn)行。從整體上看，關(guān)于環(huán)形分配器的定子繞組通電順序分析研究中，當(dāng)在輸入脈沖序列的作用下，輸出的定子繞組在通電狀態(tài)下，可以有效地控制主要電路功率開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷。而主要的通電上都是可以選用適當(dāng)?shù)墓β实燃?jí)的功率開關(guān)器件，在其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上主要是可以分為H橋和半橋兩種形式，在H橋的驅(qū)動(dòng)電路中主要由4個(gè)MOSFET所構(gòu)成，而二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可以采用H橋結(jié)構(gòu)，這樣就使二相繞組需要8個(gè)MOSFET來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在半橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架中，每個(gè)繞組最起碼需要2個(gè)MOSFET，這樣就能夠有效地促進(jìn)多個(gè)相數(shù)的電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，有效地減少了功率器件的數(shù)量，進(jìn)而能夠在很大程度上減少成本的支出。
[0008]可編程邏輯控制器簡(jiǎn)稱PLC(英文全稱:Programmable Logic Controller)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)多品種，小批量生產(chǎn)的需求而產(chǎn)生發(fā)展起來(lái)的一種新型的工業(yè)控制裝置?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在執(zhí)行存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算和順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口，控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。
[0009]步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或者角位移的執(zhí)行部件。當(dāng)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出軸會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度(步距角)。不改變電機(jī)的電脈沖方向及勵(lì)磁狀態(tài)，電機(jī)軸固定在某一個(gè)位置而保持停止?fàn)顟B(tài)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度與輸入到電機(jī)的脈沖頻率成正比，而其旋轉(zhuǎn)角度的大小正比于單位時(shí)間內(nèi)的電脈沖數(shù)量，三相繞組的導(dǎo)通和關(guān)斷順序決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。所以，在使用PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向的控制，就必須實(shí)現(xiàn)電機(jī)接收的脈沖數(shù)量、繞組導(dǎo)通順序及脈沖頻率的控制。目前使用廣泛的是兩相和四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其缺點(diǎn)是振動(dòng)和噪聲大；而三相和五相電動(dòng)機(jī)更有優(yōu)勢(shì)，但是五相電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比三相電機(jī)復(fù)雜，而三相電機(jī)控制系統(tǒng)具有更高的性價(jià)比。
[0010]步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、航空航天、工業(yè)機(jī)器人等對(duì)工況要求較高的場(chǎng)合，是一種專門用于速度和位置精確控制的特種電動(dòng)機(jī)。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不需要位置傳感器或速度傳感器便可以在開環(huán)狀態(tài)定位或同步運(yùn)行，因而在眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0011 ]對(duì)于電機(jī)中的步進(jìn)電機(jī)，如何快速且有效地檢測(cè)和控制步進(jìn)電機(jī)的性能特質(zhì)，并且直觀的顯示出來(lái)，其中電機(jī)的性能指標(biāo)中，主要包括驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)、電機(jī)電流的檢測(cè)、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓范圍以及步進(jìn)電機(jī)的頻率等，成為企業(yè)必須考慮的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明提供一種基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要通過(guò)觸摸屏和可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制和監(jiān)測(cè)，縮短了開發(fā)周期，提高了運(yùn)行的可靠性，具有性能可靠、控制簡(jiǎn)單、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的推廣示范價(jià)值，另外，軟件的靈活性還有利于設(shè)備的改造和升級(jí)。
[0013]本發(fā)明技術(shù)方案為:
一種基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括可編程控制器、液晶觸摸屏、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電源轉(zhuǎn)換模塊和電流檢測(cè)模塊；
所述可編程控制器分別與液晶觸摸屏、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源轉(zhuǎn)換模塊和電流檢測(cè)模塊相連，電源轉(zhuǎn)換模塊分別與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和市電源連接，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)電流檢測(cè)模塊與可編程控制器連接。
[0014]所述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊、功能模塊、通信模塊、故障檢測(cè)模塊和保護(hù)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊、功能模塊、通信模塊、故障檢測(cè)模塊和保護(hù)模塊均與單片機(jī)連接，驅(qū)動(dòng)模塊分別與電源轉(zhuǎn)換模塊和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連接；
功能模塊包括:報(bào)警指示燈、鳴器振動(dòng)報(bào)警模塊、USB模塊和存儲(chǔ)模塊；
通信模塊包括:RS485模塊、Zigbee模塊、RS232模塊和Usb模塊；
保護(hù)模塊包括:欠壓時(shí)能保存相應(yīng)數(shù)據(jù)的欠壓存儲(chǔ)模塊、過(guò)壓時(shí)能保護(hù)驅(qū)動(dòng)器的過(guò)壓保護(hù)模塊、高壓時(shí)能控制驅(qū)動(dòng)器停止工作的高壓停機(jī)模塊和過(guò)溫保護(hù)模塊。
[0015]所述保護(hù)模塊在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)功能模塊進(jìn)行告警，具體為:當(dāng)欠壓時(shí)，報(bào)警指示燈紅燈常亮，直至沒電；當(dāng)過(guò)壓時(shí)，報(bào)警指示燈一直紅黃交替閃爍；當(dāng)高壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)器停止工作，報(bào)警指示燈呈紅色閃爍；當(dāng)過(guò)溫時(shí)，報(bào)警指示燈呈黃色常亮;報(bào)警指示燈亮?xí)r鳴器振動(dòng)報(bào)警模塊同時(shí)進(jìn)行蜂鳴報(bào)警。
[0016]所述RS485模塊用于有線連接;所述Zigbee模塊用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的無(wú)線通信;所述RS232模塊用于串口連接進(jìn)行配置;所述Usb模塊用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器與外界的數(shù)據(jù)交換;所述故障檢測(cè)模塊可以對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行自檢，快速地確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的故障點(diǎn)，明確故障位置與類型。
[0017]所述電源轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)為:輸入端L與電壓檔位選擇電路連接，連接后分為兩個(gè)支路，一個(gè)支路連接由兩個(gè)三極管組成共集-共集的放大電路，再與漏電保護(hù)電路的輸入端連接，另一支路連接整流濾波電路后，再與漏電保護(hù)電路的輸入端連接;零線N連接交直流切換電路后，與漏電保護(hù)電路的輸入端零線連接；
所述電壓檔位選擇電路由相互并聯(lián)、并可選擇接入的多個(gè)電感及電容支路組成。
[0018]所述電容包括電極片、隔離膜、極柱和外殼;所述的電極片是由集流體及集流體表面的涂層構(gòu)成;所述的涂層是由包括活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑，經(jīng)溶劑調(diào)和并涂布在集流體表面后再經(jīng)干燥而形成的薄層;所述的集流體單面涂層厚度為15?50微米，面或一面具有涂層的電極片，其厚度為35?120微米。
[0019]所述電流檢測(cè)模塊通過(guò)電流電壓檢測(cè)芯片MAX4172完成電流采集和檢測(cè)；當(dāng)電機(jī)的實(shí)際工作電流大于等于檢測(cè)電流的門限時(shí)報(bào)警，直到故障排除，系統(tǒng)復(fù)位后報(bào)警解除。
[0020]所述電流檢測(cè)模塊可以進(jìn)行修改，檢測(cè)電路中需要測(cè)試的電流。
[0021 ]所述可編程控制器的控制過(guò)程為:可編程控制器初始化后，完成了距離設(shè)定，選擇自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行方式后，再看系統(tǒng)是否有故障或是否到達(dá)原點(diǎn)，分別執(zhí)行自動(dòng)或手動(dòng)操作；
在按設(shè)定距離執(zhí)行自動(dòng)往返運(yùn)行的過(guò)程中，當(dāng)中間執(zhí)行斷開操作后，系統(tǒng)保持運(yùn)行方向，運(yùn)行到設(shè)定距離，保持顯示，然后停止運(yùn)行；當(dāng)執(zhí)行復(fù)位操作后，系統(tǒng)首先運(yùn)行顯示歸零，然后停止運(yùn)行；
在執(zhí)行手動(dòng)運(yùn)行中，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定距離后，系統(tǒng)保持顯示，并停止運(yùn)行；當(dāng)運(yùn)行中執(zhí)行斷開操作，方向不變，到達(dá)設(shè)定距離后，系統(tǒng)保持顯示并停止運(yùn)行；當(dāng)執(zhí)行復(fù)位操作，則運(yùn)行顯示歸零，然后停止運(yùn)行。
[0022 ]該系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟:
①市電源經(jīng)過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊完成電壓轉(zhuǎn)換，操作人員設(shè)定電源轉(zhuǎn)換模塊的電壓檔位，選擇合適的輸出電壓；
②操作人員通過(guò)液晶觸摸屏完成步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)設(shè)置，包括正反轉(zhuǎn)控制、穩(wěn)定狀態(tài)步數(shù)和頻率；
③步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器完成步進(jìn)電機(jī)的正常驅(qū)動(dòng)；
④電流檢測(cè)模塊完成電流米集和檢測(cè)；
⑤步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，液晶觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)的性能情況。
[0023]本發(fā)明的有益效果:
1、采用觸摸屏和可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制和監(jiān)測(cè)，縮短了開發(fā)周期，提高了運(yùn)行的可靠性，具有性能可靠、控制簡(jiǎn)單、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的推廣示范價(jià)值，另外，軟件的靈活性還有利于設(shè)備的改造和升級(jí)；
2、通過(guò)RS485模塊、Zigbee模塊、RS232模塊和Usb模塊可與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行多種方式的通信，克服現(xiàn)有物理連接通信的不足，使步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器能夠適應(yīng)不同的工業(yè)需求；
3、故障檢測(cè)模塊可以對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行自檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的隱患，快速地確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的故障點(diǎn)，明確故障位置與類型，方便了驅(qū)動(dòng)器的日常維護(hù)器；
4、電源轉(zhuǎn)換模塊能輸出用戶所需的多種直流電，并設(shè)置有漏電保護(hù)電路，使用更為安全；
5、設(shè)置獨(dú)特的高壓電解電容，具有內(nèi)阻小、功率大、循環(huán)性好等特點(diǎn)；
6、保護(hù)模塊在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)功能模塊進(jìn)行告警，在不同的電壓下能有效的保護(hù)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器不受損壞，延長(zhǎng)了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使用壽命；
7、其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便投入成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中電源轉(zhuǎn)換模塊的電路圖；
圖4為本發(fā)明基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中可編程控制器的程序流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明提出一種基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括可編程控制器、液晶觸摸屏、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電源轉(zhuǎn)換模塊和電流檢測(cè)模塊；
可編程控制器分別與液晶觸摸屏、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源轉(zhuǎn)換模塊和電流檢測(cè)模塊相連，電源轉(zhuǎn)換模塊分別與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和市電源連接，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)電流檢測(cè)模塊與可編程控制器連接。
[0027]如圖2所示，本發(fā)明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊、功能模塊、通信模塊、故障檢測(cè)模塊和保護(hù)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊、功能模塊、通信模塊、故障檢測(cè)模塊和保護(hù)模塊均與單片機(jī)連接，驅(qū)動(dòng)模塊分別與電源轉(zhuǎn)換模塊和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連接；
功能模塊包括:報(bào)警指示燈、鳴器振動(dòng)報(bào)警模塊、USB模塊和存儲(chǔ)模塊；
通信模塊包括:RS485模塊、Zigbee模塊、RS232模塊和Usb模塊；
保護(hù)模塊包括:欠壓時(shí)能保存相應(yīng)數(shù)據(jù)的欠壓存儲(chǔ)模塊、過(guò)壓時(shí)能保護(hù)驅(qū)動(dòng)器的過(guò)壓保護(hù)模塊、高壓時(shí)能控制驅(qū)動(dòng)器停止工作的高壓停機(jī)模塊和過(guò)溫保護(hù)模塊。
[0028]保護(hù)模塊在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)功能模塊進(jìn)行告警，具體為:當(dāng)欠壓時(shí)，報(bào)警指示燈紅燈常亮，直至沒電；當(dāng)過(guò)壓時(shí)，報(bào)警指示燈一直紅黃交替閃爍；當(dāng)高壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)器停止工作，報(bào)警指示燈呈紅色閃爍；當(dāng)過(guò)溫時(shí)，報(bào)警指示燈呈黃色常亮;報(bào)警指示燈亮?xí)r鳴器振動(dòng)報(bào)警模塊同時(shí)進(jìn)行蜂鳴報(bào)警。
[0029]RS485模塊用于有線連接；Zigbee模塊用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的無(wú)線通信；RS232模塊用于串口連接進(jìn)行配置；Usb模塊用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器與外界的數(shù)據(jù)交換；故障檢測(cè)模塊可以對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行自檢，快速地確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的故障點(diǎn)，明確故障位置與類型。
[0030]如圖3所示，本發(fā)明電源轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)為:K-電源控制開關(guān)，K1、K2、K3、K4、K5-電容接入手動(dòng)開關(guān)，ZL1、ZL2-電感，T-組合放大電路，LJ1、LJ2-電感控制繼電器線圈，LJ-1、LJ-2-電感控制繼電器的常閉開關(guān)，J-交直流輸出切換繼電器線圈J1、J2、J3-交直流切換繼電器的雙向開關(guān)，Dn-整流濾波電路。
[0031]輸入端L與電壓檔位選擇電路連接，連接后分為兩個(gè)支路，一個(gè)支路連接由兩個(gè)三極管組成共集-共集的放大電路，再與漏電保護(hù)電路的輸入端連接，另一支路連接整流濾波電路后，再與漏電保護(hù)電路的輸入端連接;零線N連接交直流切換電路后，與漏電保護(hù)電路的輸入端零線連接；
電壓檔位選擇電路由相互并聯(lián)、并可選擇接入的多個(gè)電感及電容支路組成；
漏電保護(hù)電路包括電流互感器TA、脫扣開關(guān)QF、脫扣線圈KL、可控硅SCR、試驗(yàn)回路和漏電保護(hù)回路，漏電保護(hù)電路的輸入端分為兩個(gè)支路，一個(gè)支路連接由SB按鈕和4.8k電阻組成的試驗(yàn)回路，并通過(guò)脫扣線圈KL與可控硅SCR連接，可控硅SCR連接漏電保護(hù)回路后與漏電保護(hù)電路的輸入端零線連接，另一支路與脫扣開關(guān)QF—端連接;漏電保護(hù)電路的輸入端零線與脫扣開關(guān)QF另一端連接。
[0032]電流互感器TA，又稱為剩余電流互感器。正常情況下，火、零二極構(gòu)成供電回路，流過(guò)L、N線的電流是相等的(實(shí)質(zhì)上為同一電流)，L、N均穿過(guò)TA，因兩線中電流相等，由此形成的電磁場(chǎng)大小相等，方向相反，TA感應(yīng)電勢(shì)為零，可控硅SCR無(wú)觸發(fā)電流信號(hào)，處于截止?fàn)顟B(tài)，脫扣線圈KL不能得電，脫扣開關(guān)QF正常閉合供電。
[0033]漏電情況下，當(dāng)人體碰觸火線時(shí)，火線電流經(jīng)人體和大地構(gòu)成回路，不再由N線返回電網(wǎng)，此時(shí)L線的電流大于N線電流，出現(xiàn)了所謂“剩余電流”。L線周圍的電磁強(qiáng)度大于N線電磁強(qiáng)度，二者不能互相抵消，TA產(chǎn)生磁電感應(yīng)，并由此產(chǎn)生觸發(fā)電流，可控硅導(dǎo)通，KL線圈得電，QF受力產(chǎn)生脫扣動(dòng)作現(xiàn)而開斷，使供電中斷，觸電人脫離電源!SB按鈕和4.8k電阻是試驗(yàn)回路。此電阻模擬人體電阻，當(dāng)按下按鈕時(shí)，產(chǎn)生45mA(大于30mA以上)的漏電流，使保安器產(chǎn)生脫扣動(dòng)作。
[0034]放大電路的基極接電壓電位選擇電路的輸出端，其集電極輸出端連接電源控制開關(guān)K后接入漏電保護(hù)電路的輸入端，其射極接漏電保護(hù)電路的輸入端。
[0035]交直流切換電路通過(guò)輸出切換繼電器的常開、常閉開關(guān)，選擇將整流濾波電路連接至交流電源輸入端的零線上;輸出切換繼電器的常閉開關(guān)的兩端分別為交流電源輸入端的零線與漏電保護(hù)電路的輸入端的零線;輸出切換繼電器的常開開關(guān)至少有三組，第一組將交流電源輸入端的零線連制整流電路輸入側(cè)的電流輸出端，第二組將整流電路輸出側(cè)的負(fù)極與漏電保護(hù)電路的輸入端的零線連接，第三組將整流濾波電路的負(fù)極端與漏電保護(hù)電路的輸入端的零線相連。
[0036]所述電容包括電極片、隔離膜、極柱和外殼;所述的電極片是由集流體及集流體表面的涂層構(gòu)成;所述的涂層是由包括活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑，經(jīng)溶劑調(diào)和并涂布在集流體表面后再經(jīng)干燥而形成的薄層;所述的集流體單面涂層厚度為15?50微米，面或一面具有涂層的電極片，其厚度為35?120微米。
[0037]所述電流檢測(cè)模塊通過(guò)電流電壓檢測(cè)芯片MAX4172完成電流采集和檢測(cè)；當(dāng)電機(jī)的實(shí)際工作電流大于等于檢測(cè)電流的門限時(shí)報(bào)警，直到故障排除，系統(tǒng)復(fù)位后報(bào)警解除。
[0038]所述電流檢測(cè)模塊可以進(jìn)行修改，檢測(cè)電路中需要測(cè)試的電流。
[0039]如圖4所示，本可編程控制器的控制過(guò)程為:可編程控制器初始化后，完成了距離設(shè)定，選擇自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行方式后，再看系統(tǒng)是否有故障或是否到達(dá)原點(diǎn)，分別執(zhí)行自動(dòng)或手動(dòng)操作；
在按設(shè)定距離執(zhí)行自動(dòng)往返運(yùn)行的過(guò)程中，當(dāng)中間執(zhí)行斷開操作后，系統(tǒng)保持運(yùn)行方向，運(yùn)行到設(shè)定距離，保持顯示，然后停止運(yùn)行；當(dāng)執(zhí)行復(fù)位操作后，系統(tǒng)首先運(yùn)行顯示歸零，然后停止運(yùn)行；
在執(zhí)行手動(dòng)運(yùn)行中，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定距離后，系統(tǒng)保持顯示，并停止運(yùn)行；當(dāng)運(yùn)行中執(zhí)行斷開操作，方向不變，到達(dá)設(shè)定距離后，系統(tǒng)保持顯示并停止運(yùn)行；當(dāng)執(zhí)行復(fù)位操作，則運(yùn)行顯示歸零，然后停止運(yùn)行。
[0040]該系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟:
①市電源經(jīng)過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊完成電壓轉(zhuǎn)換，操作人員設(shè)定電源轉(zhuǎn)換模塊的電壓檔位，選擇合適的輸出電壓；
②操作人員通過(guò)液晶觸摸屏完成步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)設(shè)置，包括正反轉(zhuǎn)控制、穩(wěn)定狀態(tài)步數(shù)和頻率；
③步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器完成步進(jìn)電機(jī)的正常驅(qū)動(dòng)；
④電流檢測(cè)模塊完成電流米集和檢測(cè)；
⑤步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，液晶觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)的性能情況。
[0041]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括可編程控制器、液晶觸摸屏、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電源轉(zhuǎn)換模塊和電流檢測(cè)模塊； 所述可編程控制器分別與液晶觸摸屏、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源轉(zhuǎn)換模塊和電流檢測(cè)模塊相連，電源轉(zhuǎn)換模塊分別與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和市電源連接，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)電流檢測(cè)模塊與可編程控制器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊、功能模塊、通信模塊、故障檢測(cè)模塊和保護(hù)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊、功能模塊、通信模塊、故障檢測(cè)模塊和保護(hù)模塊均與單片機(jī)連接，驅(qū)動(dòng)模塊分別與電源轉(zhuǎn)換模塊和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連接； 功能模塊包括:報(bào)警指示燈、鳴器振動(dòng)報(bào)警模塊、USB模塊和存儲(chǔ)模塊； 通信模塊包括:RS485模塊、Zigbee模塊、RS232模塊和Usb模塊； 保護(hù)模塊包括:欠壓時(shí)能保存相應(yīng)數(shù)據(jù)的欠壓存儲(chǔ)模塊、過(guò)壓時(shí)能保護(hù)驅(qū)動(dòng)器的過(guò)壓保護(hù)模塊、高壓時(shí)能控制驅(qū)動(dòng)器停止工作的高壓停機(jī)模塊和過(guò)溫保護(hù)模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)模塊在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)功能模塊進(jìn)行告警，具體為:當(dāng)欠壓時(shí)，報(bào)警指示燈紅燈常亮，直至沒電；當(dāng)過(guò)壓時(shí)，報(bào)警指示燈一直紅黃交替閃爍；當(dāng)高壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)器停止工作，報(bào)警指示燈呈紅色閃爍；當(dāng)過(guò)溫時(shí)，報(bào)警指示燈呈黃色常亮;報(bào)警指示燈亮?xí)r鳴器振動(dòng)報(bào)警模塊同時(shí)進(jìn)行蜂鳴報(bào)警。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述RS485模塊用于有線連接；所述Zigbee模塊用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的無(wú)線通信；所述RS232模塊用于串口連接進(jìn)行配置;所述Usb模塊用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器與外界的數(shù)據(jù)交換;所述故障檢測(cè)模塊可以對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行自檢，快速地確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的故障點(diǎn)，明確故障位置與類型。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電源轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)為:輸入端L與電壓檔位選擇電路連接，連接后分為兩個(gè)支路，一個(gè)支路連接由兩個(gè)三極管組成共集-共集的放大電路，再與漏電保護(hù)電路的輸入端連接，另一支路連接整流濾波電路后，再與漏電保護(hù)電路的輸入端連接;零線N連接交直流切換電路后，與漏電保護(hù)電路的輸入端零線連接； 所述電壓檔位選擇電路由相互并聯(lián)、并可選擇接入的多個(gè)電感及電容支路組成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電容包括電極片、隔離膜、極柱和外殼;所述的電極片是由集流體及集流體表面的涂層構(gòu)成；所述的涂層是由包括活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑，經(jīng)溶劑調(diào)和并涂布在集流體表面后再經(jīng)干燥而形成的薄層;所述的集流體單面涂層厚度為15?50微米，面或一面具有涂層的電極片，其厚度為35?120微米。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流檢測(cè)模塊通過(guò)電流電壓檢測(cè)芯片MAX4172完成電流采集和檢測(cè)；當(dāng)電機(jī)的實(shí)際工作電流大于等于檢測(cè)電流的門限時(shí)報(bào)警，直到故障排除，系統(tǒng)復(fù)位后報(bào)警解除。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流檢測(cè)模塊可以進(jìn)行修改，檢測(cè)電路中需要測(cè)試的電流。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程控制器的控制過(guò)程為:可編程控制器初始化后，完成了距離設(shè)定，選擇自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行方式后，再看系統(tǒng)是否有故障或是否到達(dá)原點(diǎn)，分別執(zhí)行自動(dòng)或手動(dòng)操作； 在按設(shè)定距離執(zhí)行自動(dòng)往返運(yùn)行的過(guò)程中，當(dāng)中間執(zhí)行斷開操作后，系統(tǒng)保持運(yùn)行方向，運(yùn)行到設(shè)定距離，保持顯示，然后停止運(yùn)行；當(dāng)執(zhí)行復(fù)位操作后，系統(tǒng)首先運(yùn)行顯示歸零，然后停止運(yùn)行； 在執(zhí)行手動(dòng)運(yùn)行中，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定距離后，系統(tǒng)保持顯示，并停止運(yùn)行；當(dāng)運(yùn)行中執(zhí)行斷開操作，方向不變，到達(dá)設(shè)定距離后，系統(tǒng)保持顯示并停止運(yùn)行；當(dāng)執(zhí)行復(fù)位操作，則運(yùn)行顯示歸零，然后停止運(yùn)行。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于可編程控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟: ①市電源經(jīng)過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊完成電壓轉(zhuǎn)換，操作人員設(shè)定電源轉(zhuǎn)換模塊的電壓檔位，選擇合適的輸出電壓； ②操作人員通過(guò)液晶觸摸屏完成步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)設(shè)置，包括正反轉(zhuǎn)控制、穩(wěn)定狀態(tài)步數(shù)和頻率； ③步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器完成步進(jìn)電機(jī)的正常驅(qū)動(dòng)； ④電流檢測(cè)模塊完成電流米集和檢測(cè)； ⑤步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，液晶觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)的性能情況。
【文檔編號(hào)】H02P8/00GK106026806SQ201610493156
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】秦展田, 韓興國(guó), 李天明
【申請(qǐng)人】桂林航天工業(yè)學(xué)院