一种直线运动机构的自动居中与限位电路.pdf

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种直线运动机构的自动居中与限位电路包括一个有四个霍尔开关与一只磁钢为主的居中与方向及限位检测电路、以可编程芯片与固态继电器为主的自动居中与限位控制电路。

居中与方向及限位检测电路包括安装在伺服机构滚珠丝杆螺母上的磁钢MS1，磁钢MS1的下方等间距安装有偏正霍尔开关HS1、偏反霍尔开关HS2、正限霍尔开关HS3、反限霍尔开关HS4，偏正霍尔开关HS1、偏反霍尔开关HS2、正限霍尔开关HS3、反限霍尔开关HS4的各自输出端OUT分别与可编程芯片U1的检测信号输入端I6、I7、I5、I8连接，偏正霍尔开关HS1、偏反霍尔开关HS2、正限霍尔开关HS3、反限霍尔开关HS4的各自电源输入端VC均与信号连接件的电源输出端+E连接，偏正霍尔开关HS1、偏反霍尔开关HS2、正限霍尔开关HS3、反限霍尔开关HS4的各自接地端GND均与信号连接件CN1的地端GND连接。当磁钢MS1处于居中位置O点时(图中的虚线圈为感应区)，偏正霍尔开关HS1、偏反霍尔开关HS2的各自输出端OUT均发出低电平逻辑信号，其余霍尔开关的输出端OUT发出高电平逻辑信号，当磁钢MS1介于O点与L点间的偏正位置时，偏正霍尔开关HS1的输出端OUT发出低电平逻辑信号，其余霍尔开关的输出端OUT发出高电平逻辑信号，当磁钢MS1处于L点的正限位置时，偏正霍尔开关HS1与正限霍尔开关HS3的输出端OUT均发出低电平逻辑信号，其余霍尔开关的输出端OUT发出高电平逻辑信号，当磁钢MS1介于O点与R点间的偏正位置时，偏反霍尔开关HS2的输出端OUT均发出低电平逻辑信号，其余霍尔开关的输出端OUT发出高电平逻辑信号，当磁钢MS1处于R点的正限位置时，偏反霍尔开关HS2与反限霍尔开关HS4的输出端OUT均发出低电平逻辑信号，其余霍尔开关的输出端OUT发出高电平逻辑信号。

自动居中与限位控制电路包括可编程芯片U1，其电源输入端VCC与信号连接件CN1的电源输出端+E连接，其接地端GND与信号连接件CN1的地端GND连接，其信号输入端I1与信号连接件CN1的工作方式输出端W连接，其信号输入端I2与信号连接件CN1的居中指令输出端C连接，其信号输入端I3与信号连接件CN1的正向运动指令输出端Xr连接，其信号输入端I4与信号连接件CN1的反向运动指令输出端Xy连接，其信号输出端O1与正向固态继电器U2的正输入端IN+连接，其信号输出端O2与反向固态继电器U3的正输入端IN+连接，正向固态继电器U2与反向固态继电器U3的负输入端IN-均与信号连接件CN1的地端GND连接，正向固态继电器U2与反向固态继电器U3的输出端OUT1均与熔断器FU1的一端连接，熔断器FU1的另一端与信号连接件CN1的火线输出端ACL连接，正向固态继电器U2的输出端OUT2分别与分相电阻R6的一端、电机M1的A相端连接，分相电阻R6的另一端与分相电容C1的一端连接，分相电容C1的另一端分别与反向固态继电器U3的输出端OUT2、电机M1的B相端连接，电机M1的公共端N与信号连接件CN1的零线输出端ACN连接，可编程芯片U1的信号输出端O3与正限指示灯LED1的阴极连接，正限指示灯LED1的阳极与正限电阻R1的一端连接，正限电阻R1的另一端与电源+E连接，可编程芯片U1的信号输出端O4与偏正指示灯LED2的阴极连接，偏正指示灯LED2的阳极与偏正电阻R2的一端连接，偏正电阻R2的另一端与电源+E连接，可编程芯片U1的信号输出端O5与居中指示灯LED3的阴极连接，居中指示灯LED3的阳极与居中电阻R3的一端连接，居中电阻R3的另一端与电源+E连接，可编程芯片U1的信号输出端O6与偏反指示灯LED4的阴极连接，偏反指示灯LED4的阳极与偏反电阻R4的一端连接，偏反电阻R4的另一端与电源+E连接，可编程芯片U1的信号输出端O7与反限指示灯LED5的阴极连接，反限指示灯LED5的阳极与反限电阻R5的一端连接，反限电阻R5的另一端与电源+E连接。可编程芯片U1的各输入/输出间的逻辑关系所依据的算法如下：

O1=I1I3I8+I‾1I‾2I7(I‾6+I‾5)]]>(1：反向运动)；

O2=I1I4I5+I‾1I‾2I6(I‾7+I‾8)]]>(1：正向运动)；

O₃＝I₆+I₅    (0：正向限位指示)；

O4=I6+I‾·7]]>(0：偏正指示)；

O₅＝I₆+I₇    (0：居中指示)；

O6=I‾·6+I7]]>(0：偏反指示)；

O₇＝I₇+I₈(0：反向限位指示)。

本发明所使用的包括可编程芯片U1、固态继电器U2～U3、霍尔开关HS1～HS4、连接件CN1、指示灯LED1～LED5等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如：可编程芯片U1采用EPM3032ATC44、固态继电器U2～U3采用380D05、霍尔开关HS1～HS4采用NJKS002、信号连接件CN1采用HD6.35-8接线端子排，电机M1采用TDY型永磁低速同步电动机，分相电阻R6与分相电容C1是TDY型永磁低速同步电动机生产厂提供的配套器件。

本发明中的主要电路参数配合为：R1＝R2＝R3＝R4＝R5，此外，霍尔开关HS1～HS4要采用相同的型号，磁钢的大小按伺服机构行程的长短选择。

本发明的工作过程：当信号连接件CN1的ACL、CAN端外接交流电源220VAC，信号连接件CN1的VCC端、GND端外接+3.3V直流电源时，整个电路已通电。伺服机构投入自动运行前先要进行居中操作，此时，上级控制器使信号连接件CN1的工作方式输出端W及居中指令输出端C均输出0电平，可编程芯片U1根据其信号输入端I5、I6、I7、I8的电平状态及内部逻辑算法控制电机M1的正反转电机M1通过联轴器带动丝杠转动，当伺服机构中的磁钢MS1处于居中位置时，可编程芯片U1的输出端O1、O2端均输出0电平信号，使正向固态继电器U2和反向固态继电器U3均关断，则永磁低速同步电动机的A、B两相均不通电，伺服机构不动作，同时根据O₅＝I₆+I₇的逻辑算法使可编程芯片U1的输出端O5端输出0电平，居中指示灯LED3亮；当伺服机构中的磁钢MS1处于正向位置(偏离居中位置)时，可编程芯片U1的输出端O1端输出1电平、O2端输出0电平，正向固态继电器U2导通，则永磁低速同步电动机的A相通电，伺服机构向中点方向移动，直至进入居中位置时即停止，同时居中指示灯LED3亮；当伺服机构中的磁钢MS1处于反向位置(偏离居中位置)时，可编程芯片U1的输出端O1端输出0电平、O2端输出1电平，反向固态继电器U3，则永磁低速同步电动机的B相通电，伺服机构向中点方向移动，直至进入居中位置时即停止，同时居中指示灯LED3亮。

伺服机构居中后便可投入自动工作状态，此时，上级控制器使信号连接件CN1的工作方式输出端W及居中指令输出端C均输出1电平，当需正向运动时，上级控制器使信号连接件CN1的正向运动指令输出端Xr输出1电平、反向运动指令输出端Xy输出0电平，使磁钢MS1偏离居中位置向正向运动时，偏正指示灯LED2亮，当磁钢MS1到达正向极限位置L点时，即停止运动，同时使正向限位指示灯LED1亮；当需反向运动时，上级控制器使信号连接件CN1的正向运动指令输出端Xr输出0电平、反向运动指令输出端Xy输出1电平，当磁钢MS1偏离居中位置向反向运动时，偏反指示灯LED4亮，当磁钢MS1到达反向极限位置R点时，即停止运动，同时使反向位指示灯LED5亮；当需停止时，上级控制器使信号连接件CN1的正向运动指令输出端Xr、反向运动指令输出端Xy均输出0电平，可编程芯片U1的输出端O1、O2端均输出0电平，正向固态继电器U2和反向固态继电器U3均关断，则永磁低速同步电动机的A、B两相均不通电，伺服机构即停止运动。