CN102999009B - 机床控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机床控制电路，包括电源电路和控制电路，电源电路向控制电路提供三相电源，电源电路和控制电路的开关器件采用电力电子器件，电源电路和控制电路一同或分别集成到电路板上。本发明开关器件采用电力电子器件，电源电路和控制电路一同或分别集成到电路板上，结构简单、噪音小、体积小、反应快、安全可靠。<!--1-->

Description

机床控制电路

[技术领域]

本发明涉及机床电路，尤其涉及一种机床控制电路。

[背景技术]

传统的机床行业的机床控制电路包括许多空开，接触器，马达启动器、中间继电器等控制元器件，用来实现对机床内部电机起停控制、正反切换控制，对电气部分阀门控制等操作；其中空开断路器主要目的是在异常情况下保护输入电源，接触器控制三相电源通断和正反切换电机控制。马达启动器对电机启动和各种异常情况下的电机保护装置，中间继电器作为上位机的控制开关对阀门元器件进行控制。

传统的机床控制电路存在以下诸多缺点，如：机床控制箱体积大，占用过多的系统体积；机床电路接线复杂，需要很多接线盘，误操作可能性大；机械开关和接触器吸合噪声大，控制接触器反应速度慢，马达启动器保护时间长，反应慢；保护不及时；机械断路器在大电流状态下容易拉弧，安全性能不好。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、噪音小、体积小、反应快、安全可靠的机床控制电路。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种机床控制电路，包括电源电路和控制电路，电源电路向控制电路提供三相电源，电源电路和控制电路的开关器件采用电力电子器件，电源电路和控制电路一同或分别集成到电路板上。

以上所述的机床控制电路，控制电路包括过流检测电路、可控硅开关电路、故障封锁电路和电机驱动逻辑电路；可控硅开关电路的输入端接电源电路、输出端接输出接口；电机驱动逻辑电路的第一控制信号输入端接控制信号输入接口，输出端接可控硅开关电路的控制端，控制可控硅开关电路输出的通断；过流检测电路接在可控硅开关电路的输入端，检测可控硅开关电路的输入电流，过流检测电路的信号输出端接故障封锁电路的信号输入端，故障封锁电路的信号输出端接电机驱动逻辑电路的第二控制信号输入端，当过流检测电路检测到可控硅开关电路的输入电流过大时，电机驱动逻辑电路控制可控硅开关电路关断输出电流。

以上所述的机床控制电路，过流检测电路包括高压隔离电流传感器IC，高压隔离电流传感器IC的铜传导路径的一端接电源电路，另一端接可控硅开关电路的输入端；高压隔离电流传感器IC的信号输出端接故障封锁电路的信号输入端。

以上所述的机床控制电路，故障封锁电路包括PNP三极管和第一NPN三极管；PNP三极管的基极为故障封锁电路的信号输入端，集电极通过第一电阻接地，发射极接高电平；第一NPN三极管的基极接PNP三极管的集电极，发射极接地，集电极通过第二电阻接高电平；第一NPN三极管的集电极作为故障封锁电路的信号输出端接电机驱动逻辑电路的第二控制信号输入端。

以上所述的机床控制电路，故障封锁电路包括RC滤波电路、第一反相器、第二反相器和第一二极管，RC滤波电路的输入端接过流检测电路的信号输出端，输出端接PNP三极管的基极；第一反相器的输入端接PNP三极管的集电极，输出端接第二反相器的输入端；第二反相器的输出端接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极接第一NPN三极管的基极。

以上所述的机床控制电路，电机驱动逻辑电路包括第一光耦、第三反相器和第一与非门，第一光耦光电二极管的阳极接高电平，阴极为电机驱动逻辑电路的第一控制信号输入端；第一光耦光电三极管的集电极通过第三电阻接高电平，发射极接地；第三反相器的输入端接第一光耦光电三极管的集电极，输出端接第一与非门的第一输入端；第一与非门的第二输入端为电机驱动逻辑电路的第二控制信号输入端接故障封锁电路的信号输出端，第一与非门的输出端为电机驱动逻辑电路的输出端接可控硅开关电路的控制端。

以上所述的机床控制电路，包括故障信号指示电路，故障信号指示电路包括第二NPN三极管、第二与非门和发光二极管，第二NPN三极管的基极接高压隔离电流传感器IC的信号输出端，集电极通过第四电阻接高电平，发射极接地；第二与非门的第一输入端接高电平，第二输入端接第二NPN三极管的集电极；发光二极管的阳极接高平，阴极接第二与非门的输出端。

以上所述的机床控制电路，故障信号指示电路包括箝位二极管、第四反相器和第五反相器，第四反相器的输入端接第二NPN三极管的集电极，输出端接第五反相器的输入端；第五反相器的输出端接第二与非门的第二输入端；箝位二极管的阳极接第五反相器的输入端，阴极接第二与非门的输出端。

以上所述的机床控制电路，所述的电源电路包括顺序连接的EMC干扰电路、相序检测和断路器，EMC抗干扰电路接三相输入端，通过压敏电阻消除尖峰电压，通过Y电容和X电容对系统脉冲干扰进行滤波；断路器为液压型PCB断路器。

本发明机床控制电路的开关器件采用电力电子器件，电源电路和控制电路一同或分别集成到电路板上，结构简单、噪音小、体积小、反应快、安全可靠。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明机床控制电路实施例的原理框图。

图2是本发明机床控制电路实施例电机驱动逻辑电路的电路图。

图3是本发明机床控制电路实施例过流检测电路的电路图。

图4是本发明机床控制电路实施例可控硅开关电路的电路图。

图5是本发明机床控制电路实施例故障信号指示电路的电路图。

图6是本发明机床控制电路实施例故障封锁电路的电路图。

图7是信号输入指示电路的电路图。

[具体实施方式]

本发明机床控制电路实施例的结构如图1至图6所示。

如图1所示，本发明实施例的机床控制电路包括电源电路和控制电路，电源电路向控制电路提供三相电源，电源电路和控制电路的开关器件均采用电力电子器件，电源电路和控制电路分别集成到各自的电路板上。

电源电路包括顺序连接的EMC干扰电路、相序检测和断路器。其主要作用是抗干扰，判断三相电相序，分出三相和单相电多路输入，电流过大超过断路器额定保护。

EMC抗干扰电路接三相输入端，通过压敏电阻消除尖峰电压，减少对内部电压源的干扰；通过Y电容和X电容对系统脉冲干扰进行滤波。

单相和三相断路器为液压型PCB断路器。对于电流超过设计值的一段时间进行自动跳开，起到异常情况下的保护作用，因为断路器保护时间较长，对于电路上电子元件的保护是不起作用，只能对上级系统电源进行保护。

如图1所示，控制电路包括过流检测电路、可控硅开关电路、故障封锁电路、故障信号指示电路和电机驱动逻辑电路。

可控硅开关电路的输入端接电源电路、输出端接输出接口。电机驱动逻辑电路的第一控制信号输入端接控制信号输入接口，输出端接可控硅开关电路的控制端，控制可控硅开关电路输出的通断。过流检测电路接在可控硅开关电路的输入端，检测可控硅开关电路的输入电流，流检测电路的信号输出端接故障封锁电路的信号输入端，故障封锁电路的信号输出端接电机驱动逻辑电路的第二控制信号输入端，当过流检测电路检测到可控硅开关电路的输入电流过大时，电机驱动逻辑电路控制可控硅开关电路关断输出电流。故障信号指示电路接过流检测电路的信号输出端。

开关电源工作原理采用反激电源方案，输入DC24V,两路输出+5V+15V给控制板上芯片供电，当系统输入24V电源异常时候封锁PWM控制芯片输出，达到保护作用。

如图3所示，过流检测电路包括高压隔离电流传感器IC（ACS710U61），ACS710U61的原边检测主电路输入电流，可以通过副边调整R309/R310电阻分压关系调整电流保护点。高压隔离电流传感器IC的铜传导路径的一端IP+接电源电路，另一端IP-接可控硅开关电路的输入端。高压隔离电流传感器IC的信号输出端FAULT（13脚）通过图5所示的两个反相器U130A和U130B接故障封锁电路的信号输入端和故障信号指示电路的信号输入端。当流经铜传导路径（IP+到IP-之间）的电流超过阈值时，开漏过流故障引脚FAULT将转换到逻辑低电压状态，即当流过铜传导路径的电流过大时候，芯片13脚输出故障低电平FAULT1。

如图2所示，电机驱动逻辑电路包括第一光耦U93、第三反相器U100E和第一与非门U135C，第一光耦U93的光电二极管的阳极通过二极管D56接+24V电平，阴极为电机驱动逻辑电路的第一控制信号输入端，通过二极管D57接机床数控系统的I/O信号输入端1。第一光耦U93光电三极管的集电极通过第三电阻R136接+15V电平，发射极接地。第三反相器U100E的输入端接第一光耦U93光电三极管的集电极，输出端接第一与非门U135C的第一输入端8。第一与非门U135C的第二输入端9为电机驱动逻辑电路的第二控制信号输入端，接故障封锁电路的信号输出端BLOCK，第一与非门U135C的输出端为电机驱动逻辑电路的输出端接图4可控硅开关电路的控制端PU1。

机床数控系统发出I/O信号，当电机控制I/O信号为有效时候，第一光耦U93导通，同时进行电平转换，（I/O信号为24V，转换为+15V信号），通过U100E反向器输出高电平，通过与非门电路U135C处理输出低电平信号（正常情况BLOCK信号为高电平有效，当故障情况下为低电平）给图4中的可控硅控制光耦U33U34U35原边，当可控硅控制光耦U33U34U35导通时，可控硅开关Q9Q10Q11导通，电机运转；相反，当电机控制I/O信号无效时候，驱动可控硅控制光耦U33U34U35截止，可控硅开关Q9Q10Q11截止，电机停止工作。

如图6所示，故障封锁电路包括PNP三极管Q7、NPN三极管Q5、RC滤波电路、第一反相器U130E、第二反相器U130F和第一二极管D37。RC滤波电路由电阻R140、R141、R145和电容C73组成。

PNP三极管Q7的基极，通过RC滤波电路和图5所示的两个反相器U130A和U130B接高压隔离电流传感器IC的信号输出端FAULT（13脚），集电极通过第一电阻R146和电容C72接地，发射极接+5V电平。

第一反相器U130E的输入端接PNP三极管Q7的集电极，输出端接第二反相器U130F的输入端。第二反相器U130F的输出端接第一二极管D37的阳极，第一二极管D37的阴极接第一NPN三极管Q5的基极。NPN三极管Q5的发射极接地，集电极通过第二电阻R148接+15V电平。NPN三极管Q5集电极BLOCK作为故障封锁电路的信号输出端接电机驱动逻辑电路的第二控制信号输入端，即图2中第一与非门U135C的第二输入端9。

当过流检测电路输出故障低电平后，信号经过故障封锁电路RC滤波电路滤波，PNP三极管Q7导通，通过电容C72充电，使得第二反相器U130F输出高电平，得二极管Q5导通，BLOCK信号转为低电平；BLOCK信号转为低电平使电机驱动逻辑电路中的第一与非门U135C输出高电平，驱动可控硅驱动光耦U33U34U35不能导通，使得电机停止工作；启动故障封锁。

如图5所示，故障信号指示电路包括第二NPN三极管Q12、第二与非门U136B、发光二极管LED2、箝位二极管D22、第四反相器U137C和第五反相器U137D。

第二NPN三极管Q12的基极两个反相器U130A和U130B接高压隔离电流传感器IC的信号输出端FAULT（13脚），集电极通过第四电阻R199接+15V电平，发射极接地。第四反相器U137C的输入端接第二NPN三极管Q12的集电极，输出端通过电阻R132接第五反相器U137D的输入端。第五反相器U137D的输出端接第二与非门U136B的第二输入端6，第二与非门U136B的第一输入端5通过电阻R125接+15V电平。发光二极管LED2的阳极接+15V，阴极接第二与非门U136B的输出端。

箝位二极管D22的阳极接第五反相器U137D的输入端，阴极接第二与非门U136B的输出端。

当过流检测电路输出故障低信号FUALT1为低电平时，第二NPN三极管Q12截止，第四反相器U137C输出低电平，第二与非门U136B输出低电平使得LED2灯点亮，同时通过二极管D22箝位，使得U137C输出始终保持低电平，LED2一直保持故障显示，控制电路启动保护作用，并指出故障位置。

控制电路还包括信号输入指示电路，如图7所示，信号输入指示电路通过二极管D51和D52整流和跳线方式（SCPLC与COM+24V选择）满足输入高低兼容；上位机输出I/O（RR）信号低有效时（SCPLC短接到+24V），反之为低有效；整流后通过LED（D15）指示灯判断信号是否正常，同时控制继电器线圈使得继电器KA6常开触点闭合。

本发明以上实施例结构简单、噪音小、体积小、反应快、安全可靠，在异常大电流情况下能够快速响应过流信号，及时封锁驱动信号，起到很好的保护作用，保护器件不会损坏。

Claims (7)

1.一种机床控制电路，其特征在于，包括电源电路和控制电路，电源电路向控制电路提供三相电源，电源电路和控制电路的开关器件采用电力电子器件，电源电路和控制电路一同或分别集成到电路板上；控制电路包括过流检测电路、可控硅开关电路、故障封锁电路和电机驱动逻辑电路；可控硅开关电路的输入端接电源电路、输出端接输出接口；电机驱动逻辑电路的第一控制信号输入端接控制信号输入接口，输出端接可控硅开关电路的控制端，控制可控硅开关电路输出的通断；过流检测电路接在可控硅开关电路的输入端，检测可控硅开关电路的输入电流，过流检测电路的信号输出端接故障封锁电路的信号输入端，故障封锁电路的信号输出端接电机驱动逻辑电路的第二控制信号输入端，当过流检测电路检测到可控硅开关电路的输入电流过大时，电机驱动逻辑电路控制可控硅开关电路关断输出电流；故障封锁电路包括PNP三极管和第一NPN三极管；PNP三极管的基极为故障封锁电路的信号输入端，集电极通过第一电阻接地，发射极接高电平；第一NPN三极管的基极接PNP三极管的集电极，发射极接地，集电极通过第二电阻接高电平；第一NPN三极管的集电极作为故障封锁电路的信号输出端接电机驱动逻辑电路的第二控制信号输入端。

2.根据权利要求1所述的机床控制电路，其特征在于，过流检测电路包括高压隔离电流传感器IC，高压隔离电流传感器IC的铜传导路径的一端接电源电路，另一端接可控硅开关电路的输入端；高压隔离电流传感器IC的信号输出端接故障封锁电路的信号输入端。

3.根据权利要求1所述的机床控制电路，其特征在于，故障封锁电路包括RC滤波电路、第一反相器、第二反相器和第一二极管，RC滤波电路的输入端接过流检测电路的信号输出端，输出端接PNP三极管的基极；第一反相器的输入端接PNP三极管的集电极，输出端接第二反相器的输入端；第二反相器的输出端接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极接第一NPN三极管的基极。

4.根据权利要求1所述的机床控制电路，其特征在于，电机驱动逻辑电路包括第一光耦、第三反相器和第一与非门，第一光耦光电二极管的阳极接高电平，阴极为电机驱动逻辑电路的第一控制信号输入端；第一光耦光电三极管的集电极通过第三电阻接高电平，发射极接地；第三反相器的输入端接第一光耦光电三极管的集电极，输出端接第一与非门的第一输入端；第一与非门的第二输入端为电机驱动逻辑电路的第二控制信号输入端接故障封锁电路的信号输出端，第一与非门的输出端为电机驱动逻辑电路的输出端接可控硅开关电路的控制端。

5.根据权利要求1所述的机床控制电路，其特征在于，包括故障信号指示电路，故障信号指示电路包括第二NPN三极管、第二与非门和发光二极管，第二NPN三极管的基极接高压隔离电流传感器IC的信号输出端，集电极通过第四电阻接高电平，发射极接地；第二与非门的第一输入端接高电平，第二输入端接第二NPN三极管的集电极；发光二极管的阳极接高平，阴极接第二与非门的输出端。

6.根据权利要求5所述的机床控制电路，其特征在于，故障信号指示电路包括箝位二极管、第四反相器和第五反相器，第四反相器的输入端接第二NPN三极管的集电极，输出端接第五反相器的输入端；第五反相器的输出端接第二与非门的第二输入端；箝位二极管的阳极接第五反相器的输入端，阴极接第二与非门的输出端。

7.根据权利要求1所述的机床控制电路，其特征在于，所述的电源电路包括顺序连接的EMC干扰电路、相序检测和断路器，EMC抗干扰电路接三相输入端，通过压敏电阻消除尖峰电压，通过Y电容和X电容对系统脉冲干扰进行滤波；断路器为液压型PCB断路器。