CN111240236A - 一种基于泵升耗能电阻的负载紧急制动系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于泵升耗能电阻的负载紧急制动系统及方法。该系统包括控制系统、电源系统、速度及位置检测模块、通讯模块、驱动器、伺服电机和泄放电阻，其中驱动器包括驱动器控制模块、驱动电路、功率模块和泵升耗能电路。方法为：首先控制系统通过电源系统给驱动器加电，驱动器控制模块通过通讯模块接收控制系统发出的位置及速度指令，控制伺服电机运行；然后速度及位置检测模块实时监控运行状态，并上传实时信息至控制系统，当检测到驱动器处于失控状态时，将失控信息上传至控制系统；最后驱动器控制模块通过泵升耗能电路控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，使伺服电机紧急制动。本发明能够在系统失控时实现负载的紧急制动，稳定性高。
Description
技术领域
本发明属于伺服驱动系统技术，特别是一种于泵升耗能电阻的负载紧急制动系统及方法。
背景技术
随着控制系统自动化程度的不断提高，自动控制系统采用了三相交流伺服系统，可以实现高精度、快速响应的控制要求，大部分伺服系统采用交-直-交的PWM调制工作方式。国内现有的伺服产品采用位置、速度、电流三闭环控制，对大惯量的负载装置来说，由于惯量大、速度高，在对于安全性有较高要求的运用场合，一旦在运行过程中出现断电或失控等现象，将不能对负载实现有效的控制，负载由于大的惯性而滑行，巨大的惯性能量将会冲撞系统限位，甚至会造成严重的设备损坏或人身伤亡。
为了在系统失控的情况下仍然能够控制负载减速，就需要在伺服驱动系统外部增加额外的系统装置来实现。但是，增加外部的系统装置会占用很大的空间，且存在成本高、制动效果差、稳定性弱等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节约空间、成本低、效果好、稳定性强的泵升耗能电阻的负载紧急制动系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于泵升耗能电阻的负载紧急制动系统，包括控制系统、电源系统、速度及位置检测模块、通讯模块、驱动器、伺服电机和泄放电阻，
所述控制系统通过电源系统给驱动器加电，驱动器通过通讯模块接收控制系统的位置及速度指令控制伺服电机运行；速度及位置检测模块实时监控运行状态，并通过通讯模块上传实时信息至控制系统；
控制系统检测到需要进行紧急制动时，通过通讯模块发送紧急制动指令至驱动器，驱动器控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，实现负载的紧急制动。
进一步地，所述驱动器包括控制模块、驱动电路、功率模块和泵升耗能电路，通讯模块与控制模块相连，控制模块一方面通过泵升耗能电路与泄放电阻连接，另一方面通过驱动电路、功率模块与伺服电机连接；所述驱动电路用于驱动功率模块的运行，功率模块用于控制伺服电机的运行，泵升耗能电路，用于控制泄放电阻的运行。
一种基于泵升耗能电阻的负载紧急制动方法，包括以下步骤：
步骤1、控制系统通过电源系统给驱动器加电，驱动器中的控制模块通过通讯模块接收控制系统发出的位置及速度指令，控制伺服电机运行；
步骤2、速度及位置检测模块实时监控运行状态，并上传实时信息至控制系统，当检测到驱动器处于失控状态时，将失控信息上传至控制系统；
步骤3、控制系统通过通讯模块发送紧急制动指令至驱动器，驱动器中的控制模块通过泵升耗能电路控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，使伺服电机紧急制动。
进一步地，步骤2所述的速度及位置检测模块实时监控运行状态，并上传实时信息至控制系统，当检测到驱动器处于失控状态时，将失控信息上传至控制系统，具体如下：
步骤2.1、驱动器中的驱动器控制模块通过速度及位置检测模块实时监控负载的运行状态；
步骤2.2、当检测到负载装置运动到边界位置，且采集到的速度值大于该位置限定的最高运行速度，认定驱动器处于失控状态，将失控信息上传至控制系统。
进一步地，步骤3所述的控制系统通过通讯模块发送紧急制动指令至驱动器，驱动器中的控制模块通过泵升耗能电路控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，使伺服电机紧急制动，具体如下：
步骤3.1、控制系统收到失控信息后，断开电源系统对驱动器的动力电源开关；
步骤3.2、驱动器中的控制模块控制驱动电路切断伺服电机的脉冲使能；
步骤3.3、驱动器中的控制模块利用泵升耗能电路实现负载紧急制动的方法来加速电机的制动过程。
进一步地，步骤3.3所述的驱动器中的控制模块利用泵升耗能电路实现负载紧急制动的方法来加速电机的制动过程，具体如下：
驱动电路接收到控制模块发出的制动指令后，发出脉冲高电平信号，驱动泵升耗能电路中的泵升电压泄放IGBT开关管持续开通，直流母线通过泵升耗能电路短路，通过反向续流二极管、泵升耗能电路在电机内产生反向电流，形成反向力矩，使得电机快速制动，电机能量经泄放电阻泄放。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)利用控制系统的泵升耗能电阻，结合速度、位置检测模块、通讯模块等功能模块，能够有效识别系统失控问题并产生相应的控制逻辑，同时进行切断动力、使能并接通泵升电压限制电路的开关管，电机能量通过能耗电阻迅速泄放，从而使电机实现紧急制动；(2)在不增加成本和外部空间的基础上，实现了在系统失控时负载的紧急制动，实现成本低、制动效果好、稳定性高，且提高了系统的安全性。
附图说明
图1是本发明基于泵升耗能电阻的负载紧急制动系统的结构框图。
图2是本发明基于泵升耗能电阻的负载紧急制动方法的电路结构图。
具体实施方式
结合图1，本发明基于泵升耗能电阻的负载紧急制动系统，包括控制系统、电源系统、速度及位置检测模块、通讯模块、驱动器、伺服电机和泄放电阻，
所述控制系统通过电源系统给驱动器加电，驱动器通过通讯模块接收控制系统的位置及速度指令控制伺服电机运行；速度及位置检测模块实时监控运行状态，并通过通讯模块上传实时信息至控制系统；
控制系统检测到需要进行紧急制动时，通过通讯模块发送紧急制动指令至驱动器，驱动器控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，实现负载的紧急制动。
进一步地，所述驱动器包括控制模块、驱动电路、功率模块和泵升耗能电路，通讯模块与控制模块相连，控制模块一方面通过泵升耗能电路与泄放电阻连接，另一方面通过驱动电路、功率模块与伺服电机连接；所述驱动电路用于驱动功率模块的运行，功率模块用于控制伺服电机的运行，泵升耗能电路，用于控制泄放电阻的运行。
本发明基于泵升耗能电阻的负载紧急制动方法，包括以下步骤：
步骤1、控制系统通过电源系统给驱动器加电，驱动器中的控制模块通过通讯模块接收控制系统发出的位置及速度指令，控制伺服电机运行；
步骤2、速度及位置检测模块实时监控运行状态，并上传实时信息至控制系统，当检测到驱动器处于失控状态时，将失控信息上传至控制系统；
步骤3、控制系统通过通讯模块发送紧急制动指令至驱动器，驱动器中的控制模块通过泵升耗能电路控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，使伺服电机紧急制动。
进一步地，步骤2所述的速度及位置检测模块实时监控运行状态，并上传实时信息至控制系统，当检测到驱动器处于失控状态时，将失控信息上传至控制系统，具体如下：
步骤2.1、驱动器中的驱动器控制模块通过速度及位置检测模块实时监控负载的运行状态；
步骤2.2、当检测到负载装置运动到边界位置，且采集到的速度值大于该位置限定的最高运行速度，认定驱动器处于失控状态，将失控信息上传至控制系统。
进一步地，步骤3所述的控制系统通过通讯模块发送紧急制动指令至驱动器，驱动器中的控制模块通过泵升耗能电路控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，使伺服电机紧急制动，具体如下：
步骤3.1、控制系统收到失控信息后，断开电源系统对驱动器的动力电源开关；
步骤3.2、驱动器中的控制模块控制驱动电路切断伺服电机的脉冲使能；
步骤3.3、驱动器中的控制模块利用泵升耗能电路实现负载紧急制动的方法来加速电机的制动过程。
进一步地，步骤3.3所述的驱动器中的控制模块利用泵升耗能电路实现负载紧急制动的方法来加速电机的制动过程，具体如下：
驱动电路接收到控制模块发出的制动指令后，发出脉冲高电平信号，驱动泵升耗能电路中的泵升电压泄放IGBT开关管持续开通，直流母线通过泵升耗能电路短路，通过反向续流二极管、泵升耗能电路在电机内产生反向电流，形成反向力矩，使得电机快速制动，电机能量经泄放电阻泄放。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
结合图1，本发明一种基于泵升耗能电阻的负载紧急制动系统，包括控制系统、电源系统、速度及位置检测模块、通讯模块、驱动器、伺服电机和泄放电阻，其中驱动器包括控制模块、驱动电路、功率模块和泵升耗能电路；
所述控制系统用于控制整个系统的运行；电源系统用于为整个系统提供电源；速度及位置检测模块用于实时监控运行状态，并上传实时信息至控制系统；通讯模块用于系统各模块之间的通讯；控制模块用于控制驱动器中各个模块的运行；驱动电路用于驱动功率模块的运行；功率模块用于控制伺服电机的运行；泵升耗能电路用于控制泄放电阻的运行，实现负载的紧急制动。
控制系统通过电源系统给驱动器加电，驱动器内部控制模块通过通讯模块接收控制系统的位置及速度指令控制伺服电机运行，并通过速度及位置检测模块实时监控运行状态，并上传实时信息至控制系统，需要进行紧急制动时，驱动器控制模块经检测计算，通过泵生能耗电路控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，使伺服电机紧急制动。
本实施例中利用控制系统的泵升耗能电阻，结合速度、位置检测模块、通讯模块等功能模块，能够有效识别系统失控问题并产生相应的控制逻辑，同时进行切断动力、使能并接通泵升电压限制电路的开关管，电机能量通过能耗电阻迅速泄放，从而使电机实现紧急制动。
基于泵升耗能电阻的负载紧急制动方法，包括以下步骤：
步骤1、控制系统通过电源系统给驱动器加电，驱动器中的控制模块通过通讯模块接收控制系统发出的位置及速度指令，控制伺服电机运行；
步骤2、速度及位置检测模块实时监控运行状态，并上传实时信息至控制系统，当检测到驱动器处于失控状态时，将失控信息上传至控制系统，具体如下：
步骤2.1、驱动器中的驱动器控制模块通过速度及位置检测模块实时监控负载的运行状态；
步骤2.2、当检测到负载装置运动到边界位置，且采集到的速度值大于该位置限定的最高运行速度，认定驱动器处于失控状态，将失控信息上传至控制系统。
步骤3、控制系统通过通讯模块发送紧急制动指令至驱动器，驱动器中的控制模块通过泵升耗能电路控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，使伺服电机紧急制动，具体如下：
步骤3.1、控制系统收到失控信息后，断开电源系统对驱动器的动力电源开关；
步骤3.2、驱动器控制模块控制驱动电路切断伺服电机的脉冲使能；
步骤3.3、驱动器控制模块利用泵升耗能电路实现负载紧急制动的方法来加速电机的制动过程，具体如下：
驱动电路接收到驱动器控制模块发出的制动指令后，发出冲高电平信号，驱动泵升耗能电路中的泵升电压泄放IGBT开关管持续开通，直流母线通过泵升耗能电路短路，通过反向续流二极管、泵升耗能电路在电机内产生反向电流，形成反向力矩，使得电机快速制动，电机能量经泄放电阻泄放。
结合图2，K1为电源系统与驱动器动力电源连接的开关，C1为驱动器直流母线电容，P为直流母线电源正，M为直流母线电源地，V1～V6为驱动三相伺服电机工作的IGBT开关管，V7～V12为IGBT漏极与源极间的反向续流二极管，M为伺服电机，R1为泵升耗能电阻，V13为泵升电压泄放IGBT开关管，控制电路向V13发出开通及关断的脉冲电平信号。
控制电路接收到CPU发出的制动指令后，发出1.8s左右的脉冲高电平信号，驱动开关管V13持续开通，直流母线P与M将通过泵升耗能电阻R1短路，通过图中反向续流二极管V7～V12、泵升耗能电阻R1在电机内产生反向电流，形成反向力矩，使得电机快速制动，电机能量经R1泄放。
该功能利用了控制系统的CPU、通讯模块、速度及位置检测模块及泵升耗能电路进行系统安全的防护，在不增加成本和外部空间的基础上，提高了系统的安全性。经负载测试，控制负载以最大速度运行至边界位置，并且拆除限位开关，模拟系统失控状态，触发泵升耗能电路工作，负载可以立即停下，能够达到很好的制动效果。
Claims (6)
1.一种基于泵升耗能电阻的负载紧急制动系统，其特征在于，包括控制系统、电源系统、速度及位置检测模块、通讯模块、驱动器、伺服电机和泄放电阻，
所述控制系统通过电源系统给驱动器加电，驱动器通过通讯模块接收控制系统的位置及速度指令控制伺服电机运行；速度及位置检测模块实时监控运行状态，并通过通讯模块上传实时信息至控制系统；
控制系统检测到需要进行紧急制动时，通过通讯模块发送紧急制动指令至驱动器，驱动器控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，实现负载的紧急制动。
2.根据权利要求1所述的基于泵升耗能电阻的负载紧急制动系统，其特征在于，所述驱动器包括控制模块、驱动电路、功率模块和泵升耗能电路，通讯模块与控制模块相连，控制模块一方面通过泵升耗能电路与泄放电阻连接，另一方面通过驱动电路、功率模块与伺服电机连接；所述驱动电路用于驱动功率模块的运行，功率模块用于控制伺服电机的运行，泵升耗能电路，用于控制泄放电阻的运行。
3.一种基于泵升耗能电阻的负载紧急制动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、控制系统通过电源系统给驱动器加电，驱动器中的控制模块通过通讯模块接收控制系统发出的位置及速度指令，控制伺服电机运行；
步骤2、速度及位置检测模块实时监控运行状态，并上传实时信息至控制系统，当检测到驱动器处于失控状态时，将失控信息上传至控制系统；
步骤3、控制系统通过通讯模块发送紧急制动指令至驱动器，驱动器中的控制模块通过泵升耗能电路控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，使伺服电机紧急制动。
4.根据权利要求3所述的基于泵升耗能电阻的负载紧急制动方法，其特征在于，步骤2所述的速度及位置检测模块实时监控运行状态，并上传实时信息至控制系统，当检测到驱动器处于失控状态时，将失控信息上传至控制系统，具体如下：
步骤2.1、驱动器中的驱动器控制模块通过速度及位置检测模块实时监控负载的运行状态；
步骤2.2、当检测到负载装置运动到边界位置，且采集到的速度值大于该位置限定的最高运行速度，认定驱动器处于失控状态，将失控信息上传至控制系统。
5.根据权利要求3所述的基于泵升耗能电阻的负载紧急制动方法，其特征在于，步骤3所述的控制系统通过通讯模块发送紧急制动指令至驱动器，驱动器中的控制模块通过泵升耗能电路控制泄放电阻消耗掉伺服电机的能量，使伺服电机紧急制动，具体如下：
步骤3.1、控制系统收到失控信息后，断开电源系统对驱动器的动力电源开关；
步骤3.2、驱动器中的控制模块控制驱动电路切断伺服电机的脉冲使能；
步骤3.3、驱动器中的控制模块利用泵升耗能电路实现负载紧急制动的方法来加速电机的制动过程。
6.根据权利要求5所述的基于泵升耗能电阻的负载紧急制动方法，其特征在于，步骤3.3所述的驱动器中的控制模块利用泵升耗能电路实现负载紧急制动的方法来加速电机的制动过程，具体如下：
驱动电路接收到控制模块发出的制动指令后，发出脉冲高电平信号，驱动泵升耗能电路中的泵升电压泄放IGBT开关管持续开通，直流母线通过泵升耗能电路短路，通过反向续流二极管、泵升耗能电路在电机内产生反向电流，形成反向力矩，使得电机快速制动，电机能量经泄放电阻泄放。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200605 |