CN105529689B - 一种伺服过载检测方法、装置及系统 - Google Patents

一种伺服过载检测方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种伺服过载检测方法、装置及系统。其中，该方法包括：检测实时转矩指令值Ti；在所述实时转矩指令值Ti超过额定转矩指令值Tn的指定比例时，计算累加值Sum；其中，N是无穷大的正数，f(Ti)是所述实时转矩指令值Ti所对应的权值，所述指定比例＞100％；在累加值Sum超过指定阈值时，输出报警信号。本发明的伺服过载检测方法、装置及系统解决了现有技术中伺服电机过载保护不够可靠的问题，能满足各种伺服系统的要求(根据伺服电机特性选择过载保护的动作时限)，相比复杂的热继电器保护电路，大大提高了伺服驱动器报警保护功能的可靠性和伺服系统在生产中的安全性。

Description

一种伺服过载检测方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及伺服过载检测技术领域，具体而言，涉及一种伺服过载检测方法、装置及系统。
背景技术
伺服电机广泛应用于工业生产线的自动化设备中，由于连续工作时间长、设备负载过大等工况因素，伺服电机很容易出现过载而导致电机发热。如果发热量超过限值，且持续时间较长，会导致伺服电机烧毁甚至引发严重的安全事故。伺服电机发热通常是由于伺服电机负载超过额定值且超过一定的时限所引起的。
高性能的伺服电机通常具有一定的过载能力，短时限的过载是允许的，但当伺服电机出现长时间持续的过载情况时，伺服驱动器必须立即发出报警停机信号来防止伺服电机被损坏。
常见的电机过载保护采用过电流和热过载继电器作为电机过载保护的判定依据，其检测方法是：当电机由于过载发生过电流时，依据继电器的磁通变化来切断控制电路。但在实际应用中常常由于继电器的参数设置不准确、易受温度影响、触头可靠性差等因素，导致继电器起不到应有的保护作用。
针对现有技术中伺服电机过载保护不够可靠的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例中提供一种伺服过载检测方法、装置及系统，以解决现有技术中伺服电机过载保护不够可靠的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种伺服过载检测方法，其中，该方法包括：检测实时转矩指令值Ti；在所述实时转矩指令值Ti超过额定转矩指令值Tn的指定比例时，计算累加值Sum；其中，N是无穷大的正数，f(Ti)是所述实时转矩指令值Ti所对应的权值，所述指定比例＞100％；在所述累加值Sum超过指定阈值时，输出报警信号。
优选地，所述累加值Sum超过指定阈值是指：其中，K是常数，Δt是采样时间。
优选地，所述方法还包括：在时，判断Sum＞0是否成立；如果是，则重新计算所述累加值Sum，如果否，则将所述累加值Sum复位为0。
优选地，所述指定比例是115％。
本发明还提供了一种伺服过载检测装置，其中，该装置包括：检测模块，用于检测实时转矩指令值Ti；累加模块，用于在所述实时转矩指令值Ti超过额定转矩指令值Tn的指定比例时，计算累加值Sum；其中，N是无穷大的正数，f(Ti)是所述实时转矩指令值Ti所对应的权值，所述指定比例＞100％；报警模块，用于在所述累加值Sum超过指定阈值时，输出报警信号。
优选地，所述累加值Sum超过指定阈值是指：其中，K是常数，Δt是采样时间。
优选地，所述装置还包括：累加值判断模块，用于在时，判断Sum＞0是否成立；如果是，则重新计算所述累加值Sum，如果否，则将所述累加值Sum复位为0。
本发明还提供了一种伺服过载检测系统，其中，该系统包括：转矩指令检测器，用于检测实时转矩指令值Ti；微处理器，用于在所述实时转矩指令值Ti超过额定转矩指令值Tn的指定比例时，计算累加值Sum；其中，N是无穷大的正数，f(Ti)是所述实时转矩指令值Ti所对应的权值，所述指定比例＞100％；伺服驱动器，用于在满足以下条件时，输出报警信号：其中，K是常数，Δt是采样时间。
应用本发明的技术方案，能满足各种伺服系统的要求(根据伺服电机特性选择过载保护的动作时限)，相比复杂的热继电器保护电路，大大提高了伺服驱动器报警保护功能的可靠性和伺服系统在生产中的安全性。
附图说明
图1是根据本发明实施例的伺服过载检测方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的伺服过载检测系统的结构框图；
图3是根据本发明实施例的伺服过载检测方法流程图；
图4是根据本发明实施例的转矩指令有效值的获取方法流程图；
图5是根据本发明实施例的伺服过载检测装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1是根据本发明实施例的伺服过载检测方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S102，检测实时转矩指令值Ti；
步骤S104，在实时转矩指令值Ti超过额定转矩指令值Tn的指定比例时，计算累加值Sum；其中，N是无穷大的正数，表示电机运行过程中实时检测并一直不停地计算累加值；f(Ti)是实时转矩指令值Ti所对应的权值，上述指定比例＞100％；优选地，该指定比例可以设定是115％；
步骤S106，在累加值Sum超过指定阈值时，输出报警信号。
另外，在的情况下，判断Sum＞0是否成立；如果是，则重新计算累加值Sum，如果否，则将累加值Sum复位为0。
通过上述方法，能满足各种伺服系统的要求(根据伺服电机特性选择过载保护的动作时限)，相比复杂的热继电器保护电路，大大提高了伺服驱动器报警保护功能的可靠性和伺服系统在生产中的安全性。
对应于图1介绍的伺服过载检测方法，本实施例提供了一种伺服过载检测系统，图2是根据本发明实施例的伺服过载检测系统的结构框图，如图2所示，该装置包括：
转矩指令检测器，用于检测实时转矩指令值Ti；
微处理器，用于在实时转矩指令值Ti超过额定转矩指令值Tn的指定比例时，计算累加值Sum；其中，N是无穷大的正数，f(Ti)是所述实时转矩指令值Ti所对应的权值，指定比例＞100％；
伺服驱动器，用于在所述累加值Sum超过指定阈值时，输出报警信号。
具体地，在满足以下条件时，输出报警信号：其中，K为常数，t为时间。
通过上述系统，能满足各种伺服系统的要求(根据伺服电机特性选择过载保护的动作时限)，相比复杂的热继电器保护电路，大大提高了伺服驱动器报警保护功能的可靠性和伺服系统在生产中的安全性。
本发明提供的伺服电机的过载保护检测方案主要由转矩指令检测器、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器微处理器)及其对应的硬件部分组成。在伺服电机运行情况下，由转矩指令检测器获取伺服电机的转矩指令，并通过DSP处理器的计数器计算单元依据伺服电机过载特性，累积计算得到转矩指令的权值总和，当计算得到的转矩指令的权值总和超过伺服电机的过载特性所对应的阈值时，伺服驱动器发出报警停机信号。
伺服电机的负载与伺服电机的转矩指令具有线性关系，当伺服电机的负载为m倍额定负载时，其转矩指令也为额定转矩TN的m倍；因而通过检测伺服电机的转矩指令即可知道伺服电机的负载状况。伺服驱动器控制伺服电机的运行，同时反映伺服电机负载的转矩指令也被实时反馈到伺服驱动器，通过控制器的转矩指令检测器获取伺服电机的实时转矩指令。
通常伺服电机具有一点的过载能力：当转矩指令T≤115％TN时，伺服电机可长时间运行；当伺服电机的转矩指令T>115％TN时，伺服电机只能短时限运行，例如某伺服电机的限时特性如下：在转矩指令持续为200％TN时，允许运行时间为9.2s；在转矩指令持续为300％TN时，允许运行时间为2.5s。
某厂家伺服电机的过载时限与本发明的过载保护动作时限对比如表1所示：
表1
经过大量的实验数据可知，伺服电机的短时限与伺服电机的转矩指令具有一定的函数关系，其时限时间t与转矩指令T的函数关系为：
考虑到伺服系统的转矩指令随时间变化的特点，K可写为转矩指令T对时间t的积分，上式可写为如下的积分特性：
离散化后得到：
式中，K为常数，Tn为不同采样时刻对应的转矩指令，f(TN)为当前转矩指令所对应的权值；
计算思路如下：微处理器DSP以周期Δt得到伺服电机的转矩指令值Ti后，当大于115％时，计算累加值并与比较，当时，伺服驱动器立即输出报警停机信号；当小于等于115％时，先比较SUM是否大于0：SUM>0时，计算当计算累加值并与比较；当SUM≤0时，将SUM复位为0。
图3是根据本发明实施例的伺服过载检测方法流程图，如图3所示，该流程包括：
步骤S301，检测转矩指令Ti；
步骤S302，判断Ti＞115％Tn是否成立；如果是，则执行步骤S303，如果否，则执行步骤S306；
步骤S303，计算累加值
步骤S304，判断是否成立；如果是，则执行步骤S305，如果否，则执行步骤S301；
步骤S305，输出报警信号，该流程结束。
步骤S306，判断Sum＞0是否成立；如果是，则执行步骤S303，如果否，则执行步骤S301。
计算方法为：微处理器以采样周期Δt1获取伺服电机的当前转矩指令TK，得到n个不同采样时刻对应的转矩指令值后，依据上式求出伺服电机Δt内转矩指令的有效值。其中过载保护检测方法中的Δt与采样周期Δt1的关系为：Δt＝n*Δt1
图4是根据本发明实施例的转矩指令有效值的获取方法流程图，如图4所示，该流程包括：
步骤S401，检测当前转矩指令值TK；
步骤S402，判断K≥n是否成立；如果是，则执行步骤S403，如果否，则执行步骤S404；
步骤S403，通过计算得到有效值T；
步骤S404，执行K＝K+1，之后执行步骤S401。
对应于图1介绍的伺服过载检测方法，本实施例提供了一种伺服过载检测装置，图5是根据本发明实施例的伺服过载检测装置的结构框图，如图5所示，该装置包括：
检测模块10，用于检测实时转矩指令值Ti；
累加模块20，连接至检测模块10，用于在实时转矩指令值Ti超过额定转矩指令值Tn的指定比例时，计算累加值Sum；其中，N是无穷大的正数，f(Ti)是实时转矩指令值Ti所对应的权值，指定比例＞100％；
为了提高伺服过载检测精度，实时转矩指令值Ti可以设置为当前转矩指令值TK的有效值T；其中，
优选地，上述装置还包括：累加值判断模块，用于在时，判断Sum＞0是否成立；如果是，则重新计算累加值Sum，如果否，则将累加值Sum复位为0。
从以上的描述中可知，本发明根据伺服电机的应用场合(特别是在负载变化的情况下)，提出了可实时检测伺服电机过载情况并产生报警动作的过载保护检测方案。其能充分发挥伺服电机的过载能力，确保伺服电机不受损坏。应用本发明的技术方案，能满足各种伺服系统的要求(根据伺服电机特性选择过载保护的动作时限)，该检测方法在伺服系统运行中稳定可靠，利用微处理器的实时计算能力克服了常用热继电器在过载保护中不可靠、不稳定的特点，微处理器实时计算出来的过载保护动作时限精确，与伺服电机的过载能力和过载时限完全匹配，相比复杂的热继电器保护电路，大大提高了伺服驱动器报警保护功能的可靠性和伺服系统在生产中的安全性。
本发明解决了伺服电机在不同的应用场合，过载保护动作时限提前导致伺服电机的过载能力未能充分利用的问题，还解决了在生产系统中，由于过载保护动作与伺服电机的过载特点和过载能力不匹配导致的生产安全性问题，有效降低成本，可靠性高。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种伺服过载检测方法，其特征在于，所述方法包括：
检测实时转矩指令值Ti；
在所述实时转矩指令值Ti超过额定转矩指令值Tn的指定比例时，计算累加值Sum；其中，N是无穷大的正数，f(Ti)是所述实时转矩指令值Ti所对应的权值，所述指定比例＞100％；
在所述累加值Sum超过指定阈值时，输出报警信号，
其中，所述累加值Sum超过指定阈值是指：
其中，K是常数，Δt是采样时间，其中，计算方法为：微处理器以采样周期Δt1获取伺服电机的当前转矩指令TK，得到n个不同采样时刻对应的转矩指令值后，依据公式求出伺服电机Δt内转矩指令的有效值，其中过载保护检测方法中的Δt与采样周期Δt1的关系为：Δt＝n*Δt1；
所述方法还包括：
在时，判断Sum＞0是否成立；
如果是，则重新计算所述累加值Sum，如果否，则将所述累加值Sum复位为0；
其中，所述实时转矩指令值Ti为当前转矩指令值TK的有效值T，通过如下步骤实现：
步骤S401，检测当前转矩指令值TK；
步骤S402，判断K≥n是否成立；如果是，则执行步骤S403，如果否，则执行步骤S404；
步骤S403，通过计算得到有效值T；
步骤S404，执行K＝K+1，之后执行步骤S401。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述指定比例是115％。
3.一种伺服过载检测装置，其特征在于，所述装置包括：
检测模块，用于检测实时转矩指令值Ti；
累加模块，用于在所述实时转矩指令值Ti超过额定转矩指令值Tn的指定比例时，计算累加值Sum；其中，N是无穷大的正数，f(Ti)是所述实时转矩指令值Ti所对应的权值，所述指定比例＞100％；
报警模块，用于在所述累加值Sum超过指定阈值时，输出报警信号，
其中，所述累加值Sum超过指定阈值是指：
其中，K是常数，Δt是采样时间，其中，计算方法为：微处理器以采样周期Δt1获取伺服电机的当前转矩指令TK，得到n个不同采样时刻对应的转矩指令值后，依据公式求出伺服电机Δt内转矩指令的有效值，其中过载保护检测方法中的Δt与采样周期Δt1的关系为：Δt＝n*Δt1；
所述装置还包括：
累加值判断模块，用于在时，判断Sum＞0是否成立；如果是，则重新计算所述累加值Sum，如果否，则将所述累加值Sum复位为0，
其中，上述检测模块检测的实时转矩指令值Ti为当前转矩指令值TK的有效值T，通过如下步骤实现：
步骤S401，检测当前转矩指令值TK；
步骤S402，判断K≥n是否成立；如果是，则执行步骤S403，如果否，则执行步骤S404；
步骤S403，通过计算得到有效值T；
步骤S404，执行K＝K+1，之后执行步骤S401。
4.一种伺服过载检测系统，其特征在于，所述系统包括：
转矩指令检测器，用于检测实时转矩指令值Ti，其中，所述实时转矩指令值Ti为当前转矩指令值TK的有效值T，通过如下步骤实现：步骤S401，检测当前转矩指令值TK；步骤S402，判断K≥n是否成立；如果是，则执行步骤S403，如果否，则执行步骤S404；步骤S403，通过计算得到有效值T；步骤S404，执行K＝K+1，之后执行步骤S401；
微处理器，用于在所述实时转矩指令值Ti超过额定转矩指令值Tn的指定比例时，计算累加值Sum；其中，N是无穷大的正数，f(Ti)是所述实时转矩指令值Ti所对应的权值，所述指定比例＞100％；
伺服驱动器，用于在满足以下条件时，输出报警信号：其中，K是常数，Δt是采样时间，其中，计算方法为：微处理器以采样周期Δt1获取伺服电机的当前转矩指令TK，得到n个不同采样时刻对应的转矩指令值后，依据公式求出伺服电机Δt内转矩指令的有效值，其中过载保护检测方法中的Δt与采样周期Δt1的关系为：Δt＝n*Δt1；
其中，所述伺服过载检测系统在时，判断Sum＞0是否成立；如果是，则重新计算所述累加值Sum，如果否，则将所述累加值Sum复位为0。
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