磨床吸盤充退磁控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種磨床吸盤充退磁控制器，包括有開關(guān)電源模塊、整流濾波模塊、IPM模塊、輸出回路、采樣模塊、主控制模塊、操作面板以及外部控制模塊；本實(shí)用新型采用MCU芯片控制，通過霍爾傳感器對(duì)輸出量進(jìn)行采集并回傳至主控制模塊，形成閉環(huán)伺服系統(tǒng)，內(nèi)部采用PID調(diào)節(jié)，達(dá)到可靠穩(wěn)定的輸出電流或電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨床吸盤的可靠控制。同時(shí)本實(shí)用新型還具有智能調(diào)節(jié)、參數(shù)自動(dòng)記憶、短路和漏電保護(hù)、高壓泄放保護(hù)以及故障代碼顯示等先進(jìn)功能。工作過程不會(huì)發(fā)熱、故障率低，退磁時(shí)間短、精度高、抗干擾性能強(qiáng)。
【專利說明】磨床吸盤充退磁控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種充退磁控制器，尤其涉及一種磨床吸盤充退磁控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]平面磨床通常使用電磁吸盤夾裝工件，為了可靠地吸合和方便取下工件，電磁吸盤的充退磁控制電路設(shè)計(jì)顯得尤為重要?，F(xiàn)有的充退磁控制器一般是通過控制可控硅的觸發(fā)導(dǎo)通來控制電壓的大小，通過控制內(nèi)部和外部的繼電器或接觸器來完成電壓的方向切換，或者通過采用四只功率管以橋式連接形成H橋逆變的主回路，輸出幅值和方向均可調(diào)的直流電壓，進(jìn)行無觸點(diǎn)輸出并直接接電磁吸盤，以實(shí)現(xiàn)電磁吸盤的充退磁控制。然而在實(shí)際工作工程中，現(xiàn)有的這些充退磁控制器存在許多不足之處:1)采用繼電器或接觸器其觸點(diǎn)頻繁切換，會(huì)因拉弧而產(chǎn)生電蝕，影響導(dǎo)通或發(fā)生粘連，從而使產(chǎn)品失效；2)采用繼電器或接觸器進(jìn)行簡單的正反向切換不能使吸盤徹底退磁，退磁效果較差；3)采用橋式連接的功率管退磁效果較好，但是主回路H橋輸出功率特別大，長時(shí)間工作后器件容易發(fā)熱而造成器件的損壞，故障率高、可靠性差，同時(shí)還存在退磁時(shí)間長且精度低，抗干擾性差等缺點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的主要目的是提供一種電磁吸盤充退磁控制器，解決現(xiàn)有的繼電器或接觸器式電磁吸盤充退磁控制器工作狀態(tài)不穩(wěn)定、退磁效果差以及橋式功率管電磁吸盤充退磁控制器容易損壞、故障率高、精度低和抗干擾性差的缺陷。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種磨床吸盤充退磁控制器，包括有開關(guān)電源模塊、整流濾波模塊、IPM模塊、輸出回路、采樣模塊、主控制模塊、操作面板以及外部控制模塊，所述整流濾波模塊與IPM模塊連接，IPM模塊通過輸出回路與吸盤連接，所述輸出回路上設(shè)置有采樣模塊，所述IPM模塊、采樣模塊、操作面板以及外部控制模塊分別與主控制模塊連接。
[0005]本實(shí)用新型的特征還在于，IPM模塊內(nèi)部采用H橋驅(qū)動(dòng)電路，所述采樣模塊的電流采樣采用霍爾傳感器，所述主控制模塊采用MCU芯片，所述操作面板采用編碼開關(guān)。
[0006]輸出回路的電壓值由運(yùn)算放大器直接進(jìn)行采樣，輸出回路的電流值由運(yùn)算放大器通過霍爾傳感器進(jìn)行采樣，運(yùn)算放大器與MCU芯片的VOLTAGE腳和1UT腳連接將采樣信號(hào)送至MCU芯片，MCU芯片輸出PWM信號(hào)和極性轉(zhuǎn)換信號(hào)通過光耦實(shí)現(xiàn)高低壓對(duì)IPM模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
[0007]IPM模塊內(nèi)部設(shè)置有短路保護(hù)、低壓保護(hù)以以及漏電保護(hù)電路，IPM模塊通過光耦與MCU芯片的中斷腳FO連接向主控制模塊發(fā)送故障信號(hào)，操作面板上設(shè)置有數(shù)碼管用以顯示故障代碼。
[0008]IPM模塊外部設(shè)置有高壓泄放保護(hù)電路，所述高壓泄放保護(hù)電路在IPM模塊的V向下管與整流橋之間設(shè)置有外部電阻RX。
[0009]整流濾波模塊包括有三相整流橋電路和濾波電容電路，整流濾波電路與IPM模塊的P端和N端連接。
[0010]整流濾波電路上設(shè)置有啟動(dòng)電阻RT，所述啟動(dòng)電阻RT上并聯(lián)有接觸器Kl，接觸器Kl通過繼電器J9與功率管Q3連接，所述MCU芯片的OUTO腳與功率管Q3連接控制功率管Q3的導(dǎo)通。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0012]I)本實(shí)用新型采用MCU芯片控制，通過霍爾傳感器對(duì)輸出量進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)回傳至主控制模塊，形成閉環(huán)伺服系統(tǒng)，并采用PID調(diào)節(jié)，控制IPM模塊輸出PWM的大小，達(dá)到可靠穩(wěn)定的輸出電流或電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨床吸盤的可靠控制。本實(shí)用新型還具有智能調(diào)節(jié)、參數(shù)自動(dòng)記憶、短路、漏電保護(hù)、高壓泄放保護(hù)以及故障代碼顯示等先進(jìn)功能。工作狀態(tài)穩(wěn)定，能夠使吸盤徹底退磁，保證吸盤的正常工作；
[0013]2)本實(shí)用新型長時(shí)間工作發(fā)熱量小、故障率低，退磁時(shí)間短、精度高、抗干擾性能強(qiáng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的功能實(shí)現(xiàn)框圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型電源供電電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型主工作電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本實(shí)用新型的短路、低壓以及漏電保護(hù)電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本實(shí)用新型的操作面板及外部控制模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]本實(shí)用新型提供一種磨床吸盤充退磁控制器，如圖1所示，一種磨床吸盤充退磁控制器，其特征在于，包括有整流濾波模塊、IPM模塊、輸出回路、霍爾傳感器、主控制模塊、操作面板以及外部控制模塊，所述整流濾波模塊與IPM模塊連接，IPM模塊通過輸出回路與吸盤連接，所述輸出回路上設(shè)置有霍爾傳感器，所述IPM模塊、霍爾傳感器、操作面板以及外部控制模塊分別與主控制模塊連接。
[0021]本實(shí)用新型的基本工作原理是:輸入電源經(jīng)整流濾波模塊形成高壓直流，經(jīng)IPM模塊內(nèi)部的H橋回路，輸出可變的PWM波，通過改變H橋的輸出方向和PWM值的大小，實(shí)現(xiàn)輸出電壓或電流的變化從而控制磨床吸盤，以達(dá)到吸盤磁力的變化。
[0022]主控制模塊采用MCU芯片控制，通過霍爾傳感器對(duì)輸出量進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)回傳至主控制模塊，形成閉環(huán)伺服系統(tǒng)，主控制模塊通過內(nèi)部PID調(diào)節(jié)，控制IPM模塊輸出PWM的大小，達(dá)到可靠穩(wěn)定的輸出電流或電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨床吸盤的可靠控制。同時(shí)主控制模塊還具有智能調(diào)節(jié)、參數(shù)自動(dòng)記憶、短路、漏電保護(hù)以及故障代碼顯示等先進(jìn)功能。
[0023]具體實(shí)施時(shí)，如圖2所示，開關(guān)電源在電源震蕩芯片IC3和變壓器Tl的高頻震蕩下，產(chǎn)生多組電壓輸出，在IC5和反饋光耦0P4的作用下，形成穩(wěn)定的12V電壓，經(jīng)過IC7三端穩(wěn)壓后由+5、GND給主控制模塊提供+5V電源供電；+15-2、GND2給IPM模塊U相上臂提供15V電源；+15-3、GND3給IPM控制模塊W相上臂提供15V電源；+15_l、GNDl給IPM模塊下臂提供15V電源；+12、-12、GND給霍爾傳感器提供+12V和-12V電源；+12_0、GNDO給外部控制模塊提供12V電源。
[0024]如圖3所示，在主回路部分，輸入電源經(jīng)三相整流橋DX和濾波電容C2-C8后形成高壓直流(+500V)，輸入到IPM模塊內(nèi)部P端(正極)和N端(負(fù)極)。為了防止IPM模塊接通電源時(shí)啟動(dòng)電流過大，設(shè)計(jì)了軟啟動(dòng)電路，當(dāng)接通電源瞬間，電流經(jīng)過啟動(dòng)電阻RT，經(jīng)過2秒后，各濾波電容上的電壓上升為正常電壓的80%，主控制模塊的MCU芯片IC6在OUTO腳輸出高電平，使Q3導(dǎo)通，繼電器J9閉合，接觸器Kl閉合，將啟動(dòng)電阻RT短路，輸入電源正常。
[0025]本電路利用IPM模塊內(nèi)部的U、W兩相形成兩相H橋回路，U、W端直接外接控制對(duì)象磨床吸盤FX，使輸出更可靠穩(wěn)定。H橋的上橋臂由UP端和WP端控制，下橋臂由UN端和WN端控制。H橋的工作原理如下:充磁時(shí)，UP端輸入低電平，WP端輸入高電平，UN端輸入高電平，WN輸入低電平，U端輸出高電平，W端輸出低電平，在負(fù)載磨床吸盤FX上形成從U到W的正向電壓；當(dāng)退磁時(shí)，U端到W端先形成負(fù)向電壓，UP端輸入高電平，WP端輸入低電平，UN端輸入低電平，WN端輸入高電平，再形成正向電壓，如此反復(fù)輸出，輸出電壓幅度值同步減小，直到輸出為零。根據(jù)不同材料的磁滯回線設(shè)計(jì)退磁曲線，即設(shè)定不同時(shí)間對(duì)應(yīng)不同輸出電壓的大小和方向，在退磁過程中，輸出回路輸出正反方向的裳減電壓，直到輸出為零。在實(shí)際使用中用戶只需調(diào)整退磁時(shí)間的長短，主控制模塊自動(dòng)完成退磁曲線的調(diào)整。從退磁效果看，磁精度高達(dá)2g/cm2，這樣很好的解決了以前退磁不徹底的問題。
[0026]IPM模塊的控制信號(hào)是由主控制模塊的MCU芯片輸出的PWM信號(hào)和極性轉(zhuǎn)換信號(hào)Cl、C2通過光耦0P2、0P5、0P6以及0P7實(shí)現(xiàn)高低壓隔離后共同輸出到IPM模塊的驅(qū)動(dòng)端。IC4與非門對(duì)PWM、Cl、C2進(jìn)行控制，防止驅(qū)動(dòng)信號(hào)造成的上下橋臂直通，而損壞控制器。
[0027]PWM的控制是通過對(duì)電壓反饋信號(hào)VOLTAGE或電流反饋信號(hào)1UT進(jìn)行AD采樣，通過主控制模塊內(nèi)部的PID算法控制PWM輸出，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。PID控制過程可分為電壓環(huán)和電流環(huán)。電壓環(huán)是根據(jù)設(shè)定的輸出電壓值，輸出PWM，將經(jīng)過運(yùn)放IC8的電壓值采樣后和設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較，利用差值來修正PWM的輸出值，達(dá)到輸出電壓恒定的目的。電流環(huán)是霍爾傳感器JCl檢測(cè)IPM模塊U相輸出的電流，通過運(yùn)放IC8B后由1UT 口進(jìn)入主控制模塊MCU芯片進(jìn)行AD采樣，根據(jù)采樣值與設(shè)定的電流值進(jìn)行比較，當(dāng)采樣值大于設(shè)定值時(shí)，輸出PWM值減小，輸出電流值也隨著減小，從而達(dá)到實(shí)際輸出值和設(shè)定值一致；當(dāng)采樣到的電流值小于設(shè)定的電流值時(shí)，輸出PWM值增大，輸出電流值也隨著增大，以達(dá)到設(shè)定值和輸出值相等，從而實(shí)現(xiàn)恒流輸出的目的。在實(shí)際電路中可根據(jù)負(fù)載的特性采用電流環(huán)或電壓環(huán)，提高輸出回路輸出的穩(wěn)定性和可靠性。
[0028]如圖4所示，IPM模塊內(nèi)部每相的上橋臂和下橋臂都有設(shè)置有短路保護(hù)、低壓保護(hù)和漏電保護(hù)電路，當(dāng)檢測(cè)到故障信號(hào)時(shí)IPM模塊內(nèi)部自動(dòng)禁止輸出同時(shí)發(fā)送故障信號(hào)，故障信號(hào)經(jīng)過光耦0P1、0P3、0P8后輸入主控制模塊MCU芯片(IC6)的中斷腳F0，即可中斷IPM模塊的觸發(fā)信號(hào)。保證微秒級(jí)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。這樣很好的實(shí)現(xiàn)了人機(jī)安全，保證了安全生產(chǎn)的需求。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，操作面板的數(shù)碼管顯示故障代碼，說明故障點(diǎn)，例如顯示E06，表示負(fù)載方面故障，可能是負(fù)載短路或漏電等故障。在充退磁工作過程中，由于負(fù)載吸盤的感量很大，會(huì)產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢(shì)，此反電動(dòng)勢(shì)有可能使IPM模塊損壞，故此電路利用IPM模塊的V相下管與外部電阻RX組成高壓泄放保護(hù)電路；如圖3所示，當(dāng)母線電壓經(jīng)過R16和Rll分壓的電壓值TPldClA 2端)與IClA 3端的設(shè)定電壓TP2比較，當(dāng)TPl大于TP2時(shí)，比較器IClA反轉(zhuǎn)，泄放電路工作，母線電壓加到電阻RX上，使母線電壓下降，當(dāng)TPl大于TP2時(shí)，泄放電路關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)高壓泄放保護(hù)。
[0029]如圖5所示，操作面板完成參數(shù)的設(shè)置和調(diào)節(jié)，LED6是數(shù)碼管，主要顯示差數(shù)和故障代碼，K2是編碼開關(guān)用于參數(shù)調(diào)解。按下編碼開關(guān)，KEY2按鍵接通，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定；旋轉(zhuǎn)K2，KEY3、KEY4相差90°接通，根據(jù)旋轉(zhuǎn)的方向可以設(shè)定為按鍵加和按鍵減，實(shí)現(xiàn)差數(shù)值加減的功能。通過編碼開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)充磁電壓、退磁時(shí)間以及聯(lián)鎖保護(hù)點(diǎn)等多個(gè)參數(shù)設(shè)置和參數(shù)調(diào)節(jié)。外部控制模塊主要用來與工控機(jī)等外部控制設(shè)備連接，用于接受外部工控機(jī)的控制并進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)，來自工控機(jī)的外部控制信號(hào)通過接線端子J_DZ，經(jīng)由光耦0P9和OPlO進(jìn)入主控制模塊。當(dāng)外部信號(hào)接通接線端子J_DZ的2，3腳時(shí)，主控制模塊MCU芯片的TCin腳為低電平，控制器進(jìn)入充磁狀態(tài)；當(dāng)外部信號(hào)接通接線端子J_DZ的3，I腳時(shí)，主控制模塊MCU芯片的CCin為低電平，控制器進(jìn)入退磁狀態(tài)。
[0030]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)，上述實(shí)施方式和說明書只是本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書及其等同物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種磨床吸盤充退磁控制器，其特征在于，包括有開關(guān)電源模塊、整流濾波模塊、IPM模塊、輸出回路、采樣模塊、主控制模塊、操作面板以及外部控制模塊，所述整流濾波模塊與IPM模塊連接，IPM模塊通過輸出回路與吸盤連接，所述輸出回路上設(shè)置有采樣模塊，所述IPM模塊、采樣模塊、操作面板以及外部控制模塊分別與主控制模塊連接。
2.如權(quán)利要求1所述的磨床吸盤充退磁控制器，其特征在于，所述IPM模塊內(nèi)部采用Η橋驅(qū)動(dòng)電路，所述采樣模塊的電流采樣采用霍爾傳感器，所述主控制模塊采用MCU芯片，所述操作面板采用編碼開關(guān)。
3.如權(quán)利要求2所述的磨床吸盤充退磁控制器，其特征在于，所述輸出回路的電壓值由運(yùn)算放大器直接進(jìn)行采樣，輸出回路的電流值由運(yùn)算放大器通過霍爾傳感器進(jìn)行采樣，運(yùn)算放大器與MCU芯片的VOLTAGE腳和10UT腳連接將采樣信號(hào)送至MCU芯片，MCU芯片輸出PWM信號(hào)和極性轉(zhuǎn)換信號(hào)通過光耦實(shí)現(xiàn)高低壓對(duì)IPM模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
4.如權(quán)利要求2所述的磨床吸盤充退磁控制器，其特征在于，所述IPM模塊內(nèi)部設(shè)置有短路保護(hù)、低壓保護(hù)以以及漏電保護(hù)電路，IPM模塊通過光耦與MCU芯片的中斷腳R)連接向主控制模塊發(fā)送故障信號(hào)，操作面板上設(shè)置有數(shù)碼管用以顯示故障代碼。
5.如權(quán)利要求2所述的磨床吸盤充退磁控制器，其特征在于，所述IPM模塊外部設(shè)置有高壓泄放保護(hù)電路，所述高壓泄放保護(hù)電路在IPM模塊的V向下管與整流橋之間設(shè)置有外部電阻RX。
6.如權(quán)利要求3、4或5任一所述的磨床吸盤充退磁控制器，其特征在于，所述整流濾波模塊包括有三相整流橋電路和濾波電容電路，整流濾波電路與IPM模塊的P端和N端連接。
7.如權(quán)利要求6所述的磨床吸盤充退磁控制器，其特征在于，所述整流濾波電路上設(shè)置有啟動(dòng)電阻RT，所述啟動(dòng)電阻RT上并聯(lián)有接觸器K1，接觸器K1通過繼電器J9與功率管Q3連接，所述MCU芯片的0UT0腳與功率管Q3連接控制功率管Q3的導(dǎo)通。
【文檔編號(hào)】H01F13/00GK204189548SQ201420256593
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】王云富, 肖強(qiáng), 楊莉 申請(qǐng)人:西安鳴士機(jī)電開發(fā)有限公司