CN108803759A - 控制接口转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了控制接口转换电路,包括电平转换电路、倍频电路、差分信号电路、控制电路、整形电路、光耦继电器电路,PLC信号进入电平转换电路,所述倍频电路、差分信号电路、控制电路分别与电平转换电路连接,所述倍频电路与差分信号的电路连接,所述差分信号电路和控制电路分别与整形电路连接,所述整形电路与光耦继电器电路连接;所述电平转换电路用于将24V的PLC信号转换成直流伺服电机所接收的5V电平,倍频电路用于锁相倍频;差分信号电路用于抑制共模干扰信号;整形电路用于对信号波形进行整形;光耦继电器电路用于数字信号的传输。本发明通过倍频电路、控制电路以及差分信号电路将信号分离开,提高控制信号的脉冲频率。
Description
技术领域
本发明涉及电路领域,具体涉及控制接口转换电路。
背景技术
直线伺服电机是国内外近年来发展起来的一种新型电机。伺服电动机又称为执行电动机。 直线伺服电机能把输入电信号(又称为控制信号)变换成位移或速度输出,改变控制信号就可 改变动子的直线位移量、位移方向和速度,从而改变直线伺服电机的位移量、位移方向和速 度。
通常,直线伺服电机工作在位置控制方式下,即利用脉冲加方向信号去控制直线伺服电 机的运行。在这种控制方式下,不但可以通过控制脉冲数量来控制直线伺服电机的位置,而 且可以通过调节脉冲的频率来控制其速度。然而,直线伺服电机的控制信号通常来源于工业 PLC,这种情况下,一方面,由于PLC输出控制信号电压和直线伺服电机接收的控制信号电压 不同,因此须进行电平转换;另一方面,直线伺服电机为了提高其定位精度和运动平稳性, 通常需将其电子齿轮比设置尽量小,但此时若要保证运动速度不变,就必需要提高控制信号 脉冲频率。现有技术中由于采用无差别信号传输,控制信号脉冲频率无法进一步提高,无法 满足要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中由于采用无差别信号传输,控制信号脉冲频率 无法进一步提高,无法满足要求,目的在于提供控制接口转换电路,将信号分离开,提高控 制信号的脉冲频率。
本发明通过下述技术方案实现:
控制接口转换电路,包括电平转换电路、倍频电路、差分信号电路、控制电路、整形电 路、光耦继电器电路,PLC信号进入电平转换电路,所述倍频电路、差分信号电路、控制电路分别与电平转换电路连接,所述倍频电路与差分信号的电路连接,所述差分信号电路和控 制电路分别与整形电路连接,所述整形电路与光耦继电器电路连接;所述电平转换电路用于 将24V的PLC信号转换成直流伺服电机所接收的5V电平,所述倍频电路用于锁相倍频;所 述差分信号电路用于抑制共模干扰信号;所述整形电路用于对信号波形进行整形;所述光耦 继电器电路用于数字信号的传输。
进一步地,倍频电路包括锁相环U1、计数器U2、计数器U3、电容C1、电容C2、电容C6、电容C7、电容C8、电容C11、电容C12、电容VC1、电位器RW2、三极管Q1、电阻 R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9,所述锁相环U1采用NE564, 计数器U2、计数器U3均采用74LS393;锁相环U1的12引脚与13引脚之间并联有电容C12 和电容VC1;所述电容C6一端为信号输入端,其另一端连接锁相环U1的5引脚;所述锁相 环U1的3引脚连接计数器U2的3引脚,计数器U2的1引脚连接计数器U3的6引脚,技 术其U2的2引脚连接计数器U3的2引脚,计数器U3的1引脚连接电阻R6,电阻R6连接 计数器U3端的另一端接地;所述电位器RW2的一个固定端连接在电阻R6与计数器U3连 接的线路上,另一个固定端连接电容C8,电容C8连接电位器RW2端的另一端连接电阻R3, 电阻R3连接电容C8端的另一端连接电容C2,电容C2连接电阻R3端的另一端接地;锁相 环U1的9引脚连接在电阻R3与电容C7连接的线路上;电容C1一端接正5V电源同时还连 接在电容C2与电阻R3连接的线路上,其另一端接地;电容C7一端连接在电阻R3与电容 C8连接的线路上,其另一端连接在三极管Q1的基极;三极管Q1的集电极连接在电容C1与 电容C2连接的线路上;电阻R7并联在三极管Q1的集电极与基极之间;电阻R8一端连接 三极管Q1的基极,其另一端接地;所述电阻R9一端连接在电阻R8接地的一端,电阻R9 的另一端与三极管Q1的发射极连接;电容C11一端连接在电阻R9与三极管Q1连接的线路 上,其另一端为信号输出端。
进一步地,控制接口转换电路,还包括电位器RW1、电阻R2、电容C3、电容C4、电容C5,所述电位器RW1的一个固定端连接在电容C1与电容C2连接的线路上,其另一个固定 端接地;电阻R2一端连接电位器RW1的活动端,其另一端连接锁相环U1的2引脚,电容 C3一端连接在电阻R2与锁相环U1连接的线路上,其另一端接地;所述电容C4一端连接锁 相环U1的5引脚,电容C4的另一端接地;所述电容C5一端连接锁相环U1的4引脚,电 容C5的另一端接地。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:本发明通过倍频电路、控制电路 以及差分信号电路将信号分离开,提高控制信号的脉冲频率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不 构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明结构框图;
图2为本发明倍频电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明 作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本 发明的限定。
实施例
如图1至图2所示,控制接口转换电路,包括电平转换电路、倍频电路、差分信号电路、 控制电路、整形电路、光耦继电器电路,PLC信号进入电平转换电路,所述倍频电路、差分 信号电路、控制电路分别与电平转换电路连接,所述倍频电路与差分信号的电路连接,所述 差分信号电路和控制电路分别与整形电路连接,所述整形电路与光耦继电器电路连接;所述 电平转换电路用于将24V的PLC信号转换成直流伺服电机所接收的5V电平,所述倍频电路 用于锁相倍频;所述差分信号电路用于抑制共模干扰信号;所述整形电路用于对信号波形进 行整形;所述光耦继电器电路用于数字信号的传输。
倍频电路包括锁相环U1、计数器U2、计数器U3、电容C1、电容C2、电容C6、电容 C7、电容C8、电容C11、电容C12、电容VC1、电位器RW2、三极管Q1、电阻R3、电阻 R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9,所述锁相环U1采用NE564,计数器 U2、计数器U3均采用74LS393;锁相环U1的12引脚与13引脚之间并联有电容C12和电 容VC1;所述电容C6一端为信号输入端,其另一端连接锁相环U1的5引脚;所述锁相环 U1的3引脚连接计数器U2的3引脚,计数器U2的1引脚连接计数器U3的6引脚,技术其 U2的2引脚连接计数器U3的2引脚,计数器U3的1引脚连接电阻R6,电阻R6连接计数 器U3端的另一端接地;所述电位器RW2的一个固定端连接在电阻R6与计数器U3连接的 线路上,另一个固定端连接电容C8,电容C8连接电位器RW2端的另一端连接电阻R3,电 阻R3连接电容C8端的另一端连接电容C2,电容C2连接电阻R3端的另一端接地;锁相环 U1的9引脚连接在电阻R3与电容C7连接的线路上;电容C1一端接正5V电源同时还连接 在电容C2与电阻R3连接的线路上,其另一端接地;电容C7一端连接在电阻R3与电容C8 连接的线路上,其另一端连接在三极管Q1的基极;三极管Q1的集电极连接在电容C1与电 容C2连接的线路上;电阻R7并联在三极管Q1的集电极与基极之间;电阻R8一端连接三 极管Q1的基极,其另一端接地;所述电阻R9一端连接在电阻R8接地的一端,电阻R9的 另一端与三极管Q1的发射极连接;电容C11一端连接在电阻R9与三极管Q1连接的线路上, 其另一端为信号输出端。
控制接口转换电路,还包括电位器RW1、电阻R2、电容C3、电容C4、电容C5,所述 电位器RW1的一个固定端连接在电容C1与电容C2连接的线路上,其另一个固定端接地; 电阻R2一端连接电位器RW1的活动端,其另一端连接锁相环U1的2引脚,电容C3一端连 接在电阻R2与锁相环U1连接的线路上,其另一端接地;所述电容C4一端连接锁相环U1 的5引脚,电容C4的另一端接地;所述电容C5一端连接锁相环U1的4引脚,电容C5的 另一端接地。
利用PLC输出的方向信号D、脉冲信号P和控制信号C,就可以完成对直线伺服电机运 行状态的控制。为了解决直线伺服电机和PLC接口兼容问题,以及使得直线伺服电机工作在 最佳状态,首先需要对PLC的3种输出信号进行电平转换,再者需要提高PLC输出的脉冲 信号频率,最后为了提高抗干扰能力,需要将PLC输出的方向信号和脉冲信号转换为差分信 号D+、D-和P+、P-。因此,整个系统的硬件由3大部分组成电平转换电路、倍频电路分和差分信号电路。由于PLC输出为+24V电平信号,而直线伺服电机所接收的信号电平为+5V,为此须进行电平转换。在该设计中,采用高速光耦6N137组成电平转换电路。6N137的隔离电压为3kV,频率在10MHz以上,而且每个芯片仅提供一个隔离通道。采用高速光耦6N137 可以达到两种目的,一是进行电平转换;二是隔离PLC输出信号和后续电路的输入信号,防 止干扰。另外,在此电路中,采用74HC14对6N137的输出信号进行整形。
差分信号电路有较强地抑制共模干扰信号能力。因此,差分信号对外部电磁干扰(EMI)是 高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。电压差异决定信号值, 这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外,差分信号比单端信 号生成的EMI还要少。
为了保证系统稳定的工作,需对PLC控制器输出的经过倍频以后的脉冲信号和经电平转 换电路转换以后的方向信号进行以下转换:一是将倍频以后的脉冲信号P差分为P+,P-信号 对,用于直线伺服电机位置控制;二是将方向信号D差分为D+,D-信号对;用于控制直线 伺服电机的运动方向。
电路设计使用AM26LS31C四差动线驱动器。AM26LS31C由4个互补的线驱动器组成,其具有驱动能力强、5V单电源供电的特点;并可以通过1个公共使能端控制4个驱动器输出三态(高电平/低电平/高阻态)。在方向信号输出采用光藕继电器AA31,以提高方向信号的驱动 能力。
倍频电路原理分析:进行32倍频实验时,500KHZ正弦信号由INPUT输入,经过压控振荡器VCO后由9输出,进入到74LS393进行32分频处理,处理之后的分频信号再由3引 脚输出,后由NE564的3引脚输入。NE564的3引脚输入的分频信号与6引脚输入的参考信 号进入进行鉴频,调节滑动变阻器,从而调节误差电压使输出误差电压控制VCO,最终使VCO 输出32oRff=的频率,达到倍频目的。在输出端接入示波器,观察波形,便可得到16MHZ的 方波信号,从而得到实验所需数据,完成实验。
当进行2倍频时电路改为74LS393 IC32B的3脚连接NE564的3脚;当进行4倍频时电路修改为74LS393 IC32B的4脚连接NE564的3脚;当进行8倍频时电路修改为 74LS393IC32B的5脚连接NE564的3脚;当进行16倍频时电路修改为74LS393 IC32B的6 脚连接NE564的3脚;当进行64倍频时电路修改为74LS393 IC32A的4脚连接NE564的3 脚。
由于NE564的最高工作频率为50MHz,所以虽然该设计理论上能够达到128倍频,256 倍频,但实际上当NE564的工作频率大于50MHz时,该设计电路不可用。
由IN输入500KHz的纯载波(大小约0dBm),作为参考信号。首先将NE564的3脚与 计数器U3-74LS393的3脚连接起来,组成2倍频实验电路,此时NE564的12脚与13脚跨 接625PF的电容,调节可调电容VC1,使从OUT处测得的信号频率为1MHz(74LS393的1 脚输入信号保持在2.4V左右)。调节的方法为:用示波器同时在IN和NE564的3脚处观察 输入信号和分频信号,若输入信号为正弦波,则分频信号为方波,调节可调电容VC1,使两 信号同频,此时即输出1MHz的信号。其次,再连接NE564的3脚与74LS393 IC32A的3 脚连接起来,组成32倍频实验电路。观察锁相环同步过程,失锁过程,再同步过程。
用示波器同时在IN和NE564的3脚处观察输入信号和分频信号,改变输入信号频率(以 10KHz为步进)。首先增大输入信号频率Rf,在示波器上观测两波形,开始时,两波形同步 移动,此时处于同步跟踪状态。当增大到一定值的时候,只有输入信号在移动,此时处于失 锁状态,记下此时的Rf值。然后再减小输入信号频率Rf直至进入锁定状态(两波形同时移 动),调节RW1。在增大输入信号频率Rf直至失锁,记下此时的Rf值。重复上述步骤,比 较两次的Rf值大小,找到最大的Rf值,即此NE564的同步带。
射极电压跟随器是共集电极电路,R7和R8为三极管设置静态工作点,R9负反馈稳定静 态工作点,C11滤波电容。射极电压跟随器的特点:电压同相输出,放大倍数约等于1且小 于1,输入电阻大,输出电阻小,负载能力比较强,能够起到隔离的作用。当负载变化时,输出电压几乎不变,从而消除负载对输出电压的影响,因此射极跟随器常做输出极使用。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护 范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本 发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.控制接口转换电路,其特征在于,包括电平转换电路、倍频电路、差分信号电路、控制电路、整形电路、光耦继电器电路,PLC信号进入电平转换电路,所述倍频电路、差分信号电路、控制电路分别与电平转换电路连接,所述倍频电路与差分信号的电路连接,所述差分信号电路和控制电路分别与整形电路连接,所述整形电路与光耦继电器电路连接;所述电平转换电路用于将24V的PLC信号转换成直流伺服电机所接收的5V电平,所述倍频电路用于锁相倍频;所述差分信号电路用于抑制共模干扰信号;所述整形电路用于对信号波形进行整形;所述光耦继电器电路用于数字信号的传输。
2.根据权利要求1所述的控制接口转换电路,其特征在于,所述倍频电路包括锁相环U1、计数器U2、计数器U3、电容C1、电容C2、电容C6、电容C7、电容C8、电容C11、电容C12、电容VC1、电位器RW2、三极管Q1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9,所述锁相环U1采用NE564,计数器U2、计数器U3均采用74LS393;锁相环U1的12引脚与13引脚之间并联有电容C12和电容VC1;所述电容C6一端为信号输入端,其另一端连接锁相环U1的5引脚;所述锁相环U1的3引脚连接计数器U2的3引脚,计数器U2的1引脚连接计数器U3的6引脚,技术其U2的2引脚连接计数器U3的2引脚,计数器U3的1引脚连接电阻R6,电阻R6连接计数器U3端的另一端接地;所述电位器RW2的一个固定端连接在电阻R6与计数器U3连接的线路上,另一个固定端连接电容C8,电容C8连接电位器RW2端的另一端连接电阻R3,电阻R3连接电容C8端的另一端连接电容C2,电容C2连接电阻R3端的另一端接地;锁相环U1的9引脚连接在电阻R3与电容C7连接的线路上;电容C1一端接正5V电源同时还连接在电容C2与电阻R3连接的线路上,其另一端接地;电容C7一端连接在电阻R3与电容C8连接的线路上,其另一端连接在三极管Q1的基极;三极管Q1的集电极连接在电容C1与电容C2连接的线路上;电阻R7并联在三极管Q1的集电极与基极之间;电阻R8一端连接三极管Q1的基极,其另一端接地;所述电阻R9一端连接在电阻R8接地的一端,电阻R9的另一端与三极管Q1的发射极连接;电容C11一端连接在电阻R9与三极管Q1连接的线路上,其另一端为信号输出端。
3.根据权利要求2所述的控制接口转换电路,其特征在于,还包括电位器RW1、电阻R2、电容C3、电容C4、电容C5,所述电位器RW1的一个固定端连接在电容C1与电容C2连接的线路上,其另一个固定端接地;电阻R2一端连接电位器RW1的活动端,其另一端连接锁相环U1的2引脚,电容C3一端连接在电阻R2与锁相环U1连接的线路上,其另一端接地;所述电容C4一端连接锁相环U1的5引脚,电容C4的另一端接地;所述电容C5一端连接锁相环U1的4引脚,电容C5的另一端接地。
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