CN103308854A - 电机运动故障监控方法及系统 - Google Patents

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王胜昌
李训青
张力华
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Abstract

本发明公开一种电机运动故障监控方法及系统。其中，所述方法包括步骤：采集电机运动时的编码器脉冲，由计数器对脉冲进行二进制计数；取计数器中数值的1个二进制位，判断所述二进制位的值是否变化，若不变化，则判断电机运动出现故障，若变化，则转入下一步骤；计算所述二进制位等于1的值与该二进制位等于0的值之差的绝对值，判断所述绝对值是否在某单位时间内一直大于某定值或小于某定值，若是，则判断电机驱动器中的编码器出现异常并报错，否则判断电机运动正常。本发明在电机运动过程中能实时监控编码器反馈的脉冲，以此判定电机是否出现运动正常，具有实现简单、实现成本低，且判断准确率高等诸多优点。

Description

电机运动故障监控方法及系统
技术领域
本发明涉及一种电机运动监控技术，尤其是涉及一种电机运动故障监控方法及系统。
背景技术
X射线数字化放射摄影系统(简称DR)由悬吊型机架、球管、高压发生器、探测器、影像工作采集站、摄影床等构成。其中悬吊型机架包含探测器升降、探测器旋转、吊架移动(SID)、吊筒升降和球管旋转5个运动。
结合临床需要各运动都可进行一键到位(自动位)和手动位操作，为了记忆自动位时各运动的三维位置和操作安全性(正常操作时各运动之间的防撞)，其中探测器升降、探测器旋转、吊筒升降和球管旋转4个非步进电机、伺服电机的运动都装有编码器，用PLC采集各运动相应的编码器的脉冲反馈通过编程来得出各运动的位置。为了确保各运动在异常时不产生其它严重后果，则在程序中需要编写一段判断各运动异常的机制。
目前，一般非步进电机、伺服电机的驱动器都装设了编码器，编码器反馈的脉冲通过编程来得出各运动的位置。而通常判定运动故障的方式是将运动时所接收到的脉冲数与运动的时间系数作比较。
例如：将某一运动，在电机运动中采集的脉冲数-停止时的脉冲数＝A；则正常时此运动正转时，A从0逐渐增大，反转时A从0逐渐减小；取A的绝对值＝B；若正常时运动中，每0.01秒可采集到15个左右脉冲，若取系数为10，则时间系数C＝0.01秒计数器×10，则：若B＞C时，判断电机运转正常；若B＜C时，判定电机出现运动故障。
上述的判定方法，由于时间系数预先确定，时间系数的取值并非准确，容易产生如下缺陷：1、在正常启动时误容易判定为异常而报错；2、在运动一段时间后再出现异常则会滞后报错，而滞后报错容易产生运动部件相撞或撞地等严重后果；3、如将速度调慢或机械不够顺页畅时容易误判定而报错；4、如将速度调快后在真正出现异常时会滞后报错。
发明内容
本发明提出一种电机运动故障监控方法及系统，在电机运动过程中能实时监控编码器反馈的脉冲，以此判定电机是否出现运动正常。
本发明采用如下技术方案实现：一种电机运动故障监控方法，其包括步骤：采集电机运动时的编码器脉冲，由计数器对脉冲进行二进制计数；取计数器中数值的1个二进制位，判断所述二进制位的值是否变化，若不变化，则判断电机运动出现故障，若变化，则转入下一步骤；计算所述二进制位等于1的值与该二进制位等于0的值之差的绝对值，判断所述绝对值是否在某单位时间内一直大于某定值或小于某定值，若是，则判断电机驱动器中的编码器出现异常并报错，否则判断电机运动正常。
其中，所述二进制位为计数器中数值的低8位中的其中一个二进制位。
其中，所述二进制位的值是否变化是指所述二进制位的值是否在0与1之间变化。
其中，所述计数器中数值存入一个暂存器A。
其中，所述二进制位等于0和1时的值分别存入暂存器B和暂存器C，将暂存器C中值减去暂存器B中值，并将结果取绝对值即得到所述绝对值。
另外，本发明还公开一种电机运动故障监控系统，其包括与电机连接的编码器，用于采集电机运动信息的脉冲进行二进制计数的计数器；运动故障判断单元，用于取计数器中数值的1个二进制位，判断所述二进制位的值是否变化，若不变化，则判断电机运动出现故障；编码器异常判断单元，用于计算所述二进制位等于1的值与该二进制位等于0的值之差的绝对值，判断所述绝对值是否在某单位时间内一直大于某定值或小于某定值，若是，则判断电机驱动器中的编码器出现异常并报错，否则判断电机运动正常。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明在电机运动过程中能实时监控编码器反馈的脉冲，以此判定电机是否出现运动正常，具有实现简单、实现成本低，且判断准确率高等诸多优点。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明的系统机构示意图；
图3A～图3E分别是本发明一个具体实施例中使用PLC程序实现的各部分PLC程序结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种电机运动监控方法，在电机运动过程中能实时监控编码器反馈的脉冲，以此判定电机是否出现运动正常。
通过分析可知：如果运动出现故障(如机械部分卡死、电机损坏或编码器损坏等)，那么编码器反馈的脉冲计数不会再作递增或递减变化，而是停留在某一数值或在某一数值跳动。
如图1所示，具体来说，本发明采用包括如下步骤：
步骤S1、在运动中，将电机驱动装置中编码器的计数器(用于采集电机运动信息的脉冲进行计数)的当前值或变化值存入一个暂存器A，取此暂存器低8位中的某二进制位。
步骤S2、判断此二进制位是否数值变化。
步骤S3、如果此二进制位的数值不变化，一直为0或一直为1时，说明此运动和停止时的状态一样，则可判定该电机运动出现故障；
步骤S4、如果此二进制位的值在0与1之间变化，则进一步此二进制位等于0和1时的值分别存入暂存器B和暂存器C，再将C减去B，并取C减去B的结果的绝对值。
步骤S5、判断上述绝对值是在某单位时间内一直大于某定值或小于某定值，如是，则判断判定编码器异常而报错，否则，认定电机运动正常。其中，合理值为上述二进制位对应该的十进制数值减1。
如果电机运动正常时，上述绝对值只应该在1至此二进制位对应该的十进制数值小1的数变化(例如：取第4位二进制位，那此位二进制对应该的十进制为23＝8，则B减A结果的绝对值正常时只应该在1至7之间变化)。那C减B的结果如在单位时间内(如1秒)一直小于比此二进制位对应该的十进制数小2以下的值(例如：取第4位二进制位，那B减A的结果一直小于2、3、4、5、或6)时或大于比此二进制位对应该的十进制数大2(例如：取第4位二进制位，那B减A的结果一直大于10以上数)，则判定编码器异常而报错。
如图2所示，本发明提出的电机运动监控系统，其包括与电机连接的编码器，用于采集电机运动信息的脉冲进行二进制计数的计数器；用于执行上述步骤S1和步骤S2的运动故障判断单元；用于执行上述步骤S4和步骤S5的编码器异常判断单元。
结合图3A～图3E，悬吊型DR机架运动系统中，探测器升降、探测器旋转、吊筒升降和球管旋转这4个部件的运动(均是由电机驱动)中采用西门子PLC的实际程序中探测器升降运动故障判定机制，能够在各运动发生故障时及时报错制动，同时也不会在正常运动或调整变频器频率改变电机转速后误报错或滞后报错。
图3A中“网络6”说明：①当探测器上升或下降时，计时器T121开始计时；②将探测器升降编码器脉冲反馈的当前值减去停止时的脉冲计数值，得于探测器升降运动时的脉冲计数VD1148。当上升时VD1152从0逐渐递增，当下降时VD1148从0逐渐递减(为负数)；③当VD1148＞0时，将VD1148的数值直接传给VD1152；当VD1148＜0时，将VD1148×-1，其结果为VD1152。即取VD1148的绝对值，其结果为VD1152。
图3B中“网络7”说明：①将探测器升降脉冲的绝对值VD1152转换为16位数值VW1150；②在探测器升降运动启动1秒(T121＞10)后，取探测器升降运动脉冲计数绝对值16位计数VW1150的低8位的第4位V1951.3的二进制码为1且持续0.5秒时，则取值一直为1时报错计时器T188输出；③在探测器升降运动启动1秒(T121＞10)后，取探测器升降运动脉冲计数绝对值16位计数VW1150的低8位的第4位V1951.3的二进制码为0且持续0.5秒，则取值一直为0时报错计时器T189输出。
图3C中“网络8”说明：探测器升降运动脉冲计数绝对值16位计数VW1150的低8位的第4位V1951.3的二进制码为0时，将探测器升降脉冲的绝对值传给VD1650。“网络9”说明：探测器升降运动脉冲计数绝对值16位计数。W1152的低8位的第4位V1951.3的二进制码为1时，将探测器升降脉冲的绝对值传给VD1655；
图3D中“网络10”说明：①将探测器升降运动脉冲计数绝对值16位计数VW1150的低8位的第4位V1951.3的二进制码为1时和为0时分别取的值相减，即VD1655减VD1650，得出结果为VD1660；②当VD1660＞0时，将VD1660的数值直接传给VD1665；当VD1660＜0时，将VD1660×-1，其结果为VD1665。即取VD1660的绝对值，其结果为VD1665；③当VD1665＜5或VD1665＞10待续1秒时，探测器取样值计算报错计时器T190输出.
图3E中“网络11”说明：当探测器升降1秒后，当取值一直为0时输出的T188或当取值一直为1时输出的T189或取样值计算报错计时器T190其中一个条件满足都会判定为探测器升降运动故障，M27.0报错输出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机运动故障监控方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
采集电机运动时的编码器脉冲，由计数器对脉冲进行二进制计数；
取计数器中数值的1个二进制位，判断所述二进制位的值是否变化，若不变化，则判断电机运动出现故障，若变化，则转入下一步骤；
计算所述二进制位等于1的值与该二进制位等于0的值之差的绝对值，判断所述绝对值是否在某单位时间内一直大于某定值或小于某定值，若是，则判断电机或编码器出现异常并报错，否则判断电机运动正常。
2.根据权利要求1所述电机运动故障监控方法，其特征在于，所述二进制位为计数器中数值的低8位中的其中一个二进制位。
3.根据权利要求1所述电机运动故障监控方法，其特征在于，所述二进制位的值是否变化是指所述二进制位的值是否在0与1之间变化。
4.根据权利要求1所述电机运动故障监控方法，其特征在于，所述计数器中数值存入一个暂存器A。
5.根据权利要求1所述电机运动故障监控方法，其特征在于，所述二进制位等于0和1时的值分别存入暂存器B和暂存器C，将暂存器C中值减去暂存器B中值，并将结果取绝对值即得到所述绝对值。
6.一种电机运动故障监控系统，其包括与电机连接的编码器，用于采集电机运动信息的脉冲进行二进制计数的计数器；其特征在于，所述系统还包括：
运动故障判断单元，用于取计数器中数值的1个二进制位，判断所述二进制位的值是否变化，若不变化，则判断电机运动出现故障；
编码器异常判断单元，用于计算所述二进制位等于1的值与该二进制位等于0的值之差的绝对值，判断所述绝对值是否在某单位时间内一直大于某定值或小于某定值，若是，则判断电机驱动器中的编码器出现异常并报错，否则判断电机运动正常。
7.根据权利要求6所述电机运动故障监控系统，其特征在于，所述二进制位为计数器中数值的低8位中的其中一个二进制位。
8.根据权利要求6所述电机运动故障监控系统，其特征在于，所述二进制位的值是否变化是指所述二进制位的值是否在0与1之间变化。
9.根据权利要求6所述电机运动故障监控系统，其特征在于，所述计数器中数值存入一个暂存器A。
10.根据权利要求6所述电机运动故障监控系统，其特征在于，所述二进制位等于0和1时的值分别存入暂存器B和暂存器C，将暂存器C中值减去暂存器B中值，并将结果取绝对值即得到所述绝对值。
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