CN106208884A - 一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统及方法，系统包括伺服驱动器、伺服电机、交流电源、+24VDC、开关，伺服驱动器内部包括DSP处理器、整流滤波单元、继电器控制单元、编码器反馈模块、电流采样电路、逆变单元、驱动单元、PWM缓冲器、两路光耦电路、驱动单元的电源控制电路；在伺服驱动器内部增加两个转矩安全关断的接口，通过外部提供持续的直流电压+24VDC输入，一旦直流电压+24VDC关断，伺服驱动器内部立刻通过硬件和软件两次关断PWM信号，同时关断驱动电源和母线电源，使伺服驱动器的转矩安全关断，伺服电机立刻停止运行，能够有效的防止机械设备活动部件做出危险动作，保证设备和操作人员的安全，具有良好的应用前景。

Description

一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统及方法

技术领域

本发明涉及伺服驱动器控制技术领域，具体涉及一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统及方法。

背景技术

当遇到紧急情况，需要伺服驱动器停止工作时，现有的伺服驱动器关断，主要通过以下两种方式：

（1）通过关闭伺服驱动器动力电源上的交流接触器，将动力电源关断，保证伺服驱动器的转矩关断；（2）通过伺服驱动器的IO口或者通讯接口，让伺服驱动器采用内部软件关断，使其停止工作。

对于通过交流接触器关断的方案（1），需要增加交流接触器，若需要同时控制多台伺服驱动器的情况下，比如机器人控制柜、自动化流水线等，将使控制柜体积加大，成本较高，且不方便控制柜内部布线；对于通过伺服驱动器内部软件关断的方案（2），可靠性不够高，当伺服驱动器出现死机或者程序跑飞的情况下，不能可靠关断，不能保证设备和操作人员的安全。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的用于伺服驱动器的转矩安全关断系统及方法，在伺服驱动器内部增加两个转矩安全关断的接口，通过外部提供持续的直流电压+24VDC输入，一旦直流电压+24VDC关断，伺服驱动器内部立刻通过硬件和软件两次关断PWM信号，同时关断驱动电源和母线电源，使伺服驱动器的转矩安全关断，伺服电机立刻停止运行，能够有效的防止机械设备活动部件做出危险动作，保证设备和操作人员的安全，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：包括伺服驱动器、伺服电机、交流电源、外部直流供电电源，所述伺服驱动器包括DSP处理器、整流滤波单元、继电器控制单元、编码器反馈模块、电流采样电路、逆变单元、驱动单元、PWM缓冲器、两路光耦电路、驱动单元电源控制电路，所述交流电源通过整流滤波单元与继电器控制单元的电源输入端相连接，所述继电器控制单元的电源输出端与逆变单元相连接，所述DSP处理器通过PWM缓冲器与驱动单元相连接，所述驱动单元与逆变单元相连接，所述逆变单元与伺服电机相连接，所述伺服电机还分别通过电流采样电路、编码器反馈模块与DSP处理器相连接，所述DSP处理器还与继电器控制单元的控制端相连接，所述外部直流供电电源通过开关与两路光耦电路的输入端相连接，所述两路光耦电路的第一路输出端与PWM缓冲器相连接，用于控制PWM缓冲器的PWM信号正常或停止输出，所述两路光耦电路的第二路输出端与驱动单元电源控制电路的输入端相连接，所述两路光耦电路的第二路输出还与DSP处理器的IO端口相连接，所述驱动单元电源控制电路的输出端与驱动单元的电源输入端相连接。

前述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：所述外部直流供电电源的输入电压为直流+24V。

前述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：所述两路光耦电路包括第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2，所述第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2的正输入端通过电阻R1外接外部直流供电电源+24VDC的正极，所述第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2的负输入端外接外部直流供电电源+24VDC的负极，所述第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2正、负输入端之间并联有电阻R2、电容C1、二极管D1，所述二极管D1的正极与外接外部直流供电电源的负极相连接，所述二极管D1的负极与外接外部直流供电电源的正极相连接，所述第一光耦芯片U1的输出端与PWM缓冲器相连接，所述第二光耦芯片U2的第一路输出端与驱动单元电源控制电路相连接，所述第二光耦芯片U2第二路输出端通过电阻R5与DSP处理器的IO端口相连接。

前述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：所述PWM缓冲器由U9组成，U9为具有三态输出的8路缓冲器，所述PWM缓冲器的使能端与第一光耦芯片U1的输出端相连接。

前述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：所述驱动单元电源控制电路包括三极管Q1、MOS管Q2，所述三极管Q1的基极作为驱动单元电源控制电路的输入通过电阻R6与两路光耦电路第二路输出相连接，所述三极管Q1的发射极与地相连接，所述三极管Q1的集电极通过电阻R8与MOS管Q2的栅极相连接，所述MOS管Q2的源极外接供电电源VCC，所述MOS管Q2的漏极作为驱动单元电源控制电路的输出与驱动单元的电源输入端相连接。

前述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：所述三极管Q1的基极、发射极之间设置有电阻R7，所述MOS管Q2的栅极、漏极之间设置有电容C2，所述MOS管Q2的栅极、源极之间设置有电阻R9，所述MOS管Q2的源极还通过电容C3与地相连接。

基于上述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统的转矩安全关断方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（1），通过外部直流供电电源给伺服驱动器的两路光耦电路正常供电；

步骤（2），当外部直流供电电源正常供电时，则伺服驱动器的两路光耦电路输出信号正常，DSP处理器正常输出PWM信号，伺服电机正常工作；

步骤（3），当通过开关将外部直流供电电源关断，则两路光耦电路的第一路输出通过PWM缓冲器将PWM信号通道关闭；同时，两路光耦电路的第二路通过驱动单元电源控制电路将驱动单元的所需电源切断，保证PWM信号通道的关闭，实现伺服驱动器的转矩关断。

步骤（4），两路光耦电路的第二路输出信号输入DSP处理器，DSP处理器判断出外部直流供电电源被关断，关闭PWM信号；同时，DSP处理器通过控制继电器控制单元关闭电机母线电源，实现伺服驱动器的转矩安全关断。

本发明的有益效果是：

本发明的用于伺服驱动器的转矩安全关断系统及方法，在伺服驱动器内部增加两个转矩安全关断的接口，通过外部提供持续的直流电压+24VDC输入，一旦直流电压+24VDC关断，伺服驱动器内部立刻通过硬件和软件两次关断PWM信号，同时关断驱动电源和母线电源，使伺服驱动器的转矩安全关断，伺服电机立刻停止运行，能够有效的防止机械设备活动部件做出危险动作，保证设备和操作人员的安全，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的用于伺服驱动器的转矩安全关断系统的系统框图。

图2是本发明的两路光耦电路的电路图。

图3是本发明的PWM缓冲器的电路图。

图4是本发明的驱动单元电源控制电路的电路图。

图5是本发明的转矩安全关断的控制时序图。

图6是本发明的用于伺服驱动器的转矩安全关断方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，包括伺服驱动器、伺服电机、交流电源、外部直流供电电源，所述伺服驱动器内部包括DSP处理器、整流滤波单元、继电器控制单元、编码器反馈模块、电流采样电路、逆变单元、驱动单元、PWM缓冲器、两路光耦电路、驱动单元电源控制电路，所述交流电源通过整流滤波单元与继电器控制单元的电源输入端相连接，所述继电器控制单元的电源输出端与逆变单元相连接，所述DSP处理器通过PWM缓冲器与驱动单元相连接，所述驱动单元与逆变单元相连接，所述逆变单元与伺服电机相连接，所述伺服电机还分别通过电流采样电路、编码器反馈电路与DSP处理器相连接，所述DSP处理器还与继电器控制单元的控制端相连接。

所述外部直流供电电源+24VDC（提供+24V的直流电压）通过开关与两路光耦电路的输入端相连接，所述两路光耦电路的第一路输出端与PWM缓冲器相连接，用于控制PWM缓冲器的PWM信号正常或停止输出，所述两路光耦电路的第二路与驱动单元电源控制电路的输入端相连接，所述驱动单元电源控制电路的输出端与驱动单元的电源输入端相连接，用于控制驱动单元的电源正常或者关断，所述两路光耦电路的第二路输出还与DSP处理器的IO端口相连接，用于判断外部+24VDC是否正常供电。

如图2所示，所述两路光耦电路包括第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2，所述第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2的正输入端通过电阻R1外接外部直流供电电源+24VDC的正极，所述第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2的负输入端外接外部直流供电电源+24VDC的负极，所述第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2正、负输入端之间并联有电阻R2、电容C1、二极管D1，所述二极管D1的正极与外接外部直流供电电源+24VDC的负极相连接，所述二极管D1的负极与外接外部直流供电电源+24VDC的正极相连接，所述第一光耦芯片U1的输出端与PWM缓冲器相连接，所述第二光耦芯片U2的第一路输出端与驱动单元电源控制电路相连接，所述第二光耦芯片U2第二路输出端通过电阻R5与DSP处理器的IO端口相连接。

如图3所示，所述PWM缓冲器由U9组成，U9为具有三态输出的8路缓冲器，所述PWM缓冲器的使能端与第一光耦芯片U1的输出端相连接，当外部输入电源+24VDC正常时，使能信号PWM-EN为低电平，8路缓冲器U9正常工作，6路PWM输出正常；当外部输入电源+24VDC关断时，使能信号PWM-EN为高电平，8路缓冲器U9关闭6路PWM的输出。

如图4所示，所述驱动单元电源控制电路包括三极管Q1、MOS管Q2，所述三极管Q1的基极作为驱动单元电源控制电路的输入通过电阻R6与两路光耦电路第二路的第一路输出相连接，所述三极管Q1的发射极与地相连接，所述三极管Q1的集电极通过电阻R8与MOS管Q2的栅极相连接，所述MOS管Q2的源极外接供电电源VCC，所述MOS管Q2的漏极作为驱动单元电源控制电路的输出与驱动单元的电源输入端相连接，所述三极管Q1的基极、发射极之间设置有电阻R7，所述MOS管Q2的栅极、漏极之间设置有电容C2，所述MOS管Q2的栅极、源极之间设置有电阻R9，所述MOS管Q2的源极还通过电容C3与地相连接，所述三极管Q1为NPN三极管，MOS管Q2为P沟道MOS管。当外部输入电源+24VDC正常时，PWM_VCC_EN为高电平，Q1正常工作，Q6也正常工作，驱动电路的电源正常；当外部输入电源+24VDC关断时，PWM_VCC_EN为低电平，Q1关闭，Q6也关闭，驱动电路的电源关闭。

如图5所示，外部输入电源+24VDC正常时，PWM、驱动单元的电源、母线电源都正常，驱动器正常工作，驱动器的转矩输出正常；外部输入电源+24VDC关闭时，PWM和驱动单元的电源被同时关闭，此时驱动器的转矩关闭，同时，DSP将PWM和母线电源关闭，t1为光耦处理电路的延时时间，t2为母线电源关闭时间。

基于上述的用于伺服驱动器的转矩安全关断系统的转矩安全关断方法，如图6所示，包括以下步骤，

步骤（1），通过外部直流供电电源+24VDC给伺服驱动器的两路光耦电路正常供电；

步骤（2），当外部直流供电电源+24VDC正常供电时，则伺服驱动器的两路光耦电路输出信号正常，DSP处理器正常输出PWM信号，伺服电机正常工作；

步骤（3），当通过开关将外部直流供电电源+24VDC关断，则两路光耦电路的第一路输出通过PWM缓冲器将PWM信号通道关闭；同时，两路光耦电路的第二路通过驱动单元电源控制电路将驱动单元的所需电源切断，保证PWM信号通道的关闭，实现伺服驱动器的转矩关断。

步骤（4），两路光耦电路的第二路输出信号输入DSP处理器，DSP处理器判断出+24VDC被关断，关闭PWM信号；同时，DSP处理器通过控制继电器关闭电机母线电源，实现伺服驱动器的转矩安全关断。

综上所述，本发明的用于伺服驱动器的转矩安全关断系统及方法，在伺服驱动器内部增加两个转矩安全关断的接口，通过外部提供持续的直流电压+24VDC输入，一旦直流电压+24VDC关断，伺服驱动器内部立刻通过硬件和软件两次关断PWM信号，同时关断驱动电源和母线电源，使伺服驱动器的转矩安全关断，伺服电机立刻停止运行，能够有效的防止机械设备活动部件做出危险动作，保证设备和操作人员的安全，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：包括伺服驱动器、伺服电机、交流电源、外部直流供电电源，所述伺服驱动器包括DSP处理器、整流滤波单元、继电器控制单元、编码器反馈模块、电流采样电路、逆变单元、驱动单元、PWM缓冲器、两路光耦电路、驱动单元电源控制电路，所述交流电源通过整流滤波单元与继电器控制单元的电源输入端相连接，所述继电器控制单元的电源输出端与逆变单元相连接，所述DSP处理器通过PWM缓冲器与驱动单元相连接，所述驱动单元与逆变单元相连接，所述逆变单元与伺服电机相连接，所述伺服电机还分别通过电流采样电路、编码器反馈模块与DSP处理器相连接，所述DSP处理器还与继电器控制单元的控制端相连接，所述外部直流供电电源通过开关与两路光耦电路的输入端相连接，所述两路光耦电路的第一路输出端与PWM缓冲器相连接，用于控制PWM缓冲器的PWM信号正常或停止输出，所述两路光耦电路的第二路输出端与驱动单元电源控制电路的输入端相连接，所述两路光耦电路的第二路输出还与DSP处理器的IO端口相连接，所述驱动单元电源控制电路的输出端与驱动单元的电源输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：所述外部直流供电电源的输入电压为直流+24V。

3.根据权利要求1所述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：所述两路光耦电路包括第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2，所述第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2的正输入端通过电阻R1外接外部直流供电电源+24VDC的正极，所述第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2的负输入端外接外部直流供电电源+24VDC的负极，所述第一光耦芯片U1、第二光耦芯片U2正、负输入端之间并联有电阻R2、电容C1、二极管D1，所述二极管D1的正极与外接外部直流供电电源的负极相连接，所述二极管D1的负极与外接外部直流供电电源的正极相连接，所述第一光耦芯片U1的输出端与PWM缓冲器相连接，所述第二光耦芯片U2的第一路输出端与驱动单元电源控制电路相连接，所述第二光耦芯片U2第二路输出端通过电阻R5与DSP处理器的IO端口相连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：所述PWM缓冲器由U9组成，U9为具有三态输出的8路缓冲器，所述PWM缓冲器的使能端与第一光耦芯片U1的输出端相连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：所述驱动单元电源控制电路包括三极管Q1、MOS管Q2，所述三极管Q1的基极作为驱动单元电源控制电路的输入通过电阻R6与两路光耦电路第二路输出相连接，所述三极管Q1的发射极与地相连接，所述三极管Q1的集电极通过电阻R8与MOS管Q2的栅极相连接，所述MOS管Q2的源极外接供电电源VCC，所述MOS管Q2的漏极作为驱动单元电源控制电路的输出与驱动单元的电源输入端相连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统，其特征在于：所述三极管Q1的基极、发射极之间设置有电阻R7，所述MOS管Q2的栅极、漏极之间设置有电容C2，所述MOS管Q2的栅极、源极之间设置有电阻R9，所述MOS管Q2的源极还通过电容C3与地相连接。

7.基于权利要求1所述的一种用于伺服驱动器的转矩安全关断系统的转矩安全关断方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（1），通过外部直流供电电源给伺服驱动器的两路光耦电路正常供电；

步骤（2），当外部直流供电电源正常供电时，则伺服驱动器的两路光耦电路输出信号正常，DSP处理器正常输出PWM信号，伺服电机正常工作；

步骤（3），当通过开关将外部直流供电电源关断，则两路光耦电路的第一路输出通过PWM缓冲器将PWM信号通道关闭；同时，两路光耦电路的第二路通过驱动单元电源控制电路将驱动单元的所需电源切断，保证PWM信号通道的关闭，实现伺服驱动器的转矩关断；

步骤（4），两路光耦电路的第二路输出信号输入DSP处理器，DSP处理器判断出外部直流供电电源被关断，关闭PWM信号；同时，DSP处理器通过控制继电器控制单元关闭电机母线电源，实现伺服驱动器的转矩安全关断。