一種利用能耗制動實現轉臺超速保護的安全裝置的製作方法

2023-04-24 23:09:57

本發明涉及數控慣導測試設備技術領域，尤其涉及一種利用能耗制動實現轉臺超速保護的安全裝置。

背景技術：

電動運動控制系統的應用非常廣泛，如轉臺、電梯、機器人等，其運行安全性也越來越受到重視。一般的電動運動控制系統一般包括：控制器、驅動器、電機、機械結構、位置檢測裝置，通過閉環控制原理完成需要的各種類型運動，如點到點定位運動，速率運動，搖擺運動等。由於閉環運動控制系統的特性受到諸如負載特性、控制算法以及部件失效等不確定因素的影響，不可避免地會出現設備失控的現象，因此電動控制系統的安全保護機制對於系統的正常運行和承載物的安全是必要的；

現有的安全保護檢測機制一般包括多級電氣限位檢測和各種故障信號檢測，都是通過斷開閉環系統、切斷電源來實現，如果轉動部件慣量很大，在高速失控後動能很大，在自由運動狀態下，遇到機械限位裝置會產生很大的衝擊力，如果不及時對其進行制動往往會將機械限位破壞，進而造成轉臺線纜及被試產品的損壞，而且這些檢測都以整個系統可靠運行為前提，一旦系統不穩定安全保護檢測機制就可能失效；

對於獨立於系統的安全保護措施一般為機械式電磁抱閘。電磁抱閘有其明顯的局限性，比如磨損，運動衝擊大及結構複雜、重量增加等。一方面，由於機械磨損的原因電磁抱閘的制動效果隨著時間的推移會有變化，另一方面，對一些大型緊湊的結構框架安裝電磁離合裝置往往比較困難，甚至是不可能的。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種利用能耗制動實現轉臺超速保護的安全裝置。

為了實現上述目的，本發明採用了如下技術方案：

一種利用能耗制動實現轉臺超速保護的安全裝置，包括控制系統，所述控制系統包括頻壓變換電路、PLC控制器、制動聯鎖電路、驅動器、電機和位置傳感器，所述驅動器的輸出端和制動聯鎖電路的輸入端電性連接，所述制動聯鎖電路的輸出端和電機的輸入端電性連接，所述電機的輸出端和位置傳感器的輸入端電性連接，所述位置傳感器的輸出端和頻壓變換電路的輸入端電性連接，所述頻壓變換電路的輸入端和PLC控制器電性連接，所述PLC控制器的輸出端和制動聯鎖電路的輸入端電性連接。

優選地，所述PLC控制器為可編程邏輯控制器。

優選地，所述電機為電動和發電雙用電機。

優選地，所述PLC控制器的輸入端和頻壓變換器的輸出端電性連接。

本發明中利用可編程邏輯控制器（PLC）接收實時速率信號和限速設定信號，通過比較後輸出數字量邏輯開關信號；制動聯鎖電路可將電動機置於能耗制動狀態，從而實現電動機超速後自動迅速停止運行的保護功能，數字脈衝形式的位置編碼信號包含旋轉編碼器、光柵、磁柵等位置傳感器輸出的正交方波增量式編碼信號，頻率範圍為0-20MHz。速率檢測模塊採用頻壓變換原理將編碼信號轉換為實時速率信號，為0-10V模擬信號，利用通用可編程邏輯控制器（PLC）接收速率信號轉換生成的0-10V模擬信號，同時接收現場可調的限速設定模擬信號，實現實時速率信號和限速設定信號的接收和邏輯處理，具有高可靠性和靈活性，制動聯鎖電路使電機在電動機和發電機兩種狀態之間的切換，並依靠互斥原理排除兩種狀態同時出現的可能性，能夠明顯減小制動距離，並可量化制動距離，該發明利用電動機的可逆原理產生制動力矩，提供了一種能夠有效地控制制動距離，在轉臺出現超速的非正常狀態，在短距離內立即使運動軸制動的利用能耗制動實現轉臺超速保護的安全裝置，一方面保護裝置結構尺寸小、重量輕，免維護；另一方面也可使制動平緩，減小運動衝擊，從而避免機械結構因受大的衝擊受損或特性發生變化。本發明主要由三部分組成，即：速率檢測模塊，超速判定模塊和能耗制動模塊。

附圖說明

圖1為本發明提出的一種利用能耗制動實現轉臺超速保護的安全裝置的連接框圖；

圖2為本發明提出的一種利用能耗制動實現轉臺超速保護的安全裝置的速率檢測模塊的原理框圖；

圖3為本發明提出的一種利用能耗制動實現轉臺超速保護的安全裝置的聯鎖保護電路原理圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

參照圖1-3，一種利用能耗制動實現轉臺超速保護的安全裝置，包括控制系統，控制系統包括頻壓變換電路、PLC控制器、制動聯鎖電路、驅動器、電機和位置傳感器，PLC控制器為可編程邏輯控制器，且PLC控制器的輸入端和頻壓變換器的輸出端電性連接，可以穩定整體電路的輸出電壓，制動聯鎖電路使電機在電動機和發電機兩種狀態之間的切換，並依靠互斥原理排除兩種狀態同時出現的可能性，能夠明顯減小制動距離，並可量化制動距離，驅動器的輸出端和制動聯鎖電路的輸入端電性連接，制動聯鎖電路的輸出端和電機的輸入端電性連接，電機的輸出端和位置傳感器的輸入端電性連接，位置傳感器的輸出端和頻壓變換電路的輸入端電性連接，頻壓變換電路的輸出端和PLC控制器電性連接，PLC控制器的輸出端和制動聯鎖電路的輸入端電性連接。

本發明中速率檢測模塊的原理框圖如圖2所示。頻壓變換單元100KHz對應10V輸出，首先將轉臺運行最大速度時的位置編碼信號經頻率調整模塊歸一化為100KHz以內的方波信號。歸一化的方波信號脈衝經微分電路微分後產生負向和正向的尖峰脈衝，輸入頻壓變換單元，觸發單穩態觸發器控制恆流源對測量電容的充電，變換輸出電壓值。測量電容上的電壓值與位置編碼信號的頻率成正比，同時該電壓信號代表了實時速率的大小。

超速判定模塊主要功能是完成速率信號模擬量的讀入，與限速設定速率信號比較，判斷當前速率是否超速，該部分主要由PLC完成。實時速率信號模擬量由速率檢測模塊輸出，輸入PLC模擬量輸入通道，限速設定速率信號模擬量由可調電位計進行調整，輸入PLC另一模擬量輸入通道。在對PLC模擬量輸入模塊進行標校後，明確模擬量輸入對應的PLC內部數字量。PLC程序通過讀取實時速率和設定速率對應的數字量，對二者進行比較，如果實時速率數字量大於設定速率數字量，則判定實時速率超速。為了防止實時速率信號由於幹擾發生突變或者PLC模擬量輸入埠受幹擾導致讀入速率信號模擬量錯誤，PLC內部設置了抗幹擾措施，比較該次讀入和10毫秒後的讀入信號，只有這兩個信號差值在一定範圍內時，才認為速率信號是可信的。超速判定模塊同時可將超速信號通過系統I/O通路反饋至系統，系統做出相應的處理。

能耗制動模塊主要利用如圖3所示的聯鎖保護電路保證電機在電動機和發電機兩種狀態之間的切換，並依靠互斥原理排除兩種狀態同時出現的可能性。主要構成是在驅動器和電機之間接入交流接觸器KMX1，在電機與洩放電阻之間接入交流接觸器KMX2，系統通過控制常閉開關SB1和常開開關SB2控制交流接觸器KM0斷開或接通電源，進而通過控制KMX1和KMX2開關閉合或斷開控制電機的工作狀態。具體工作方式如下所述：

控制系統接通總電源L後，PLC-Q0.0處於閉合狀態，SB1閉合且SB2斷開，KM0線包未接通電源，KM0常開觸點處於斷開狀態，常閉觸點處於閉合狀態，KMX1線包未接通電源，KMX2線包接通電源，此時電機與驅動器之間處於開路狀態，電機與洩放電阻處於接通狀態，此時電機工作在發電機狀態；當SB1閉合且SB2閉合時，KM0線包接通電源，KM0常開觸點閉合併保持閉合狀態，常閉觸點斷開，KMX1線包接通電源，KMX2線包斷開電源，此時電機與驅動器接通，電機與洩放電阻斷開，此時電機工作在電動機狀態，可以使執行機構運行。當超速判定模塊確認系統超速後，PLC通路及時斷開，此時KM0線包斷開電源，KMX1線包斷開電源，KMX2線包接通電源，電機工作迅速切換到發電機狀態。此時電機各相電流先增大，後減小。增大是由於速度較高，產生的反電勢較高，短接時反電勢作用在電樞電感和電樞電阻中，電流激增。隨後，產生的反向制動力矩使速度迅速下降，短接電流也隨之下降。電機轉速則是指數式的下降，直至最終完全停止。制動距離可以通過調整能耗制動電阻的大小根據需要進行調整。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。