CN111717668B - 位置检测系统、方法及磁浮输送装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁浮输送装置的位置检测系统，包括：磁栅尺、多个磁敏式传感器、CPLD定位编码器和控制器，磁栅尺设置在磁浮输送装置的动子上；磁敏式传感器沿磁浮输送装置的轨道均匀分布以用于感应磁栅尺，相邻两个磁敏式传感器的安装间距小于磁栅尺的长度；磁敏式传感器与CPLD定位编码器相连，CPLD定位编码器将传感器信息整合成脉冲信号；控制器与CPLD定位编码器相连。还包括一种磁浮输送装置的位置检测方法，CPLD定位编码器先对磁敏式传感器反馈的脉冲信号进行时钟同步，然后将磁敏式传感器的脉冲信号整合成一路反馈给控制器，控制器根据磁敏式传感器输出的两路正交方波脉冲串的相位变化方向和脉冲个数来计算动子运动的距离和方向。

Description

位置检测系统、方法及磁浮输送装置

技术领域

本发明涉及运输控制领域，具体的涉及一种位置检测系统、方法及磁浮输送装置。

背景技术

目前，各大企业和工厂在生产线上广泛采用机械式传送带或者机械式直线电机进行物品运输，机械式传送带的原理是是通过旋转电机带动皮带或链板进行运动，机械式直线电机将旋转电机通过转换器转换为直线动能驱动动子运动，机械式传送带或机械式直线电机因为机械摩擦不可避免的存在效率不高、噪音大、摩擦部件容易损坏、后续维护量大、运输过程中定位的精度低等问题，并且机械式直线电机的动子部分还需要连接线缆，运动时会受到线缆的约束影响灵活性。

目前市面上已经有公司设计出一种通过永磁直线电机实现输送货物的磁浮输送带，但是常规机械传输带的控制系统无法实时检测电机动子在轨道上的位置和速度，从而无法实现运输过程中的精确调度和控制。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种位置检测系统、方法及磁浮输送装置，能够实时检测磁浮输送带的动子位置和速度，实现运输过程中的精确调度和控制。

根据本发明实施例的一种位置检测系统，包括：

磁栅尺，所述磁栅尺设置在磁浮输送装置的动子上；

多个磁敏式传感器，所述磁敏式传感器沿磁浮输送装置的轨道均匀分布以用于感应磁栅尺，相邻两个磁敏式传感器的安装间距小于磁栅尺的长度；

CPLD定位编码器，所述磁敏式传感器与所述CPLD定位编码器相连，所述CPLD定位编码器用于将传感器信息整合成脉冲信号；

控制器，所述控制器与CPLD定位编码器相连，以用于接收脉冲信号并计算出动子的当前速度和位置信息。

根据本发明实施例的一种磁浮输送装置的位置检测方法，包括以下步骤：

S1、将磁敏式传感器的输出设置为三路信号A、B和Z，其中A、B两路信号是相位相差90°的正交方波脉冲串,Z信号为代表参考码道的脉冲信号；

S2、磁敏式传感器感应到动子后向CPLD定位编码器反馈传感器信号；

S4、CPLD定位编码器对传感器输入的异步信号用主时钟打两拍同步化；

S5、CPLD定位编码器对同步化后的信号进行逻辑判断，将传感器信号整合成一路脉冲信号反馈给控制器；

S6、控制器收到整合后的脉冲信号，根据A、B信号之间的相位关系判断动子的运动方向，根据A、B相位变化方向和脉冲个数计算动子的位置和速度信息。

根据本发明的一种磁浮输送装置，包括磁浮输送装置本体，以及设置在磁浮输送装置本体上的上述位置检测系统。

根据本发明实施例的位置检测系统、方法及磁浮输送装置，至少具有如下技术效果：本发明实施方式中将磁敏式传感器均匀分布在轨道上,通过感应在动子上的磁栅尺来产生脉冲信号,相邻两个磁敏式传感器的安装间距小于磁栅尺的长度，可以保证动子在轨道上任意位置动作时总会有脉冲信号输出,CPLD定位编码器先对磁敏式传感器反馈的脉冲信号进行时钟同步，然后将四路磁敏式传感器的脉冲信号整合成一路反馈给控制器，控制器根据磁敏式传感器输出的两路正交方波脉冲串的相位变化方向和脉冲个数来计算动子运动的距离和方向。

本发明实施方式能够实时检测磁浮输送装置的动子位置和速度，实现运输过程中的精确调度和控制，使得磁浮输送带可以实现全自动运行。

根据本发明的一些实施例，所述磁栅尺包括第一磁栅尺和第二磁栅尺，所述第一磁栅尺用于提供编码信息，所述第二磁栅尺用于提供动子的位置信息和速度信息。

根据本发明的一些实施例，所述CPLD定位编码器包括CPLD芯片、输入接口模块、输出接口模块、通讯模块和时钟芯片，所述CPLD芯片通过所述输入接口模块电性连接传感器，所述CPLD芯片通过所述输出接口模块电性连接驱动单元，所述CPLD芯片通过所述通讯模块电性连接所述控制器，所述时钟芯片与所述CPLD芯片电性连接以用于提供时钟信号。

根据本发明的一些实施例，所述输入接口模块包括第一端子和光耦合器，所述传感器的信号输出端通过所述第一端子与所述光耦合器的输入端电性连接，所述光耦合器的输出端与所述CPLD芯片的输入端电性连接。

根据本发明的一些实施例，所述输出接口模块包括第二端子和电平转换芯片，所述CPLD芯片的输出端电性连接所述电平转换芯片的输入端，所述电平转换芯片的输出端通过所述第二端子连接所述驱动器。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S5中逻辑判断的条件为：

如果CPLD定位编码器只收到一个传感器信号，则将该传感器信号作为输出；

如果CPLD定位编码器同时收到两路传感器信号，则将最新收到的传感器信号作为输出。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中位置检测系统的原理框图；

图2为本发明实施例中动子与磁敏式传感器的位置示意图；

图3为本发明实施例中CPLD芯片的电路原理图；

图4为本发明实施例中输入接口模块的电路原理图；

图5为本发明实施例中输出接口模块的电路原理图。

附图标号

磁栅尺200、磁敏式传感器100、CPLD定位编码器300、控制器400。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在发明的描述中，多个的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

一种位置检测系统，本实施例中的磁浮输送装置包括轨道、若干带三相绕组的定子铁芯，定子铁芯沿轨道走向分部并且位于轨道中间位置，还包括设置在轨道上带永磁体的动子，带三相绕组的定子铁芯通电后产生磁场，永磁体与定子产生的磁场作用产生牵引力驱动动子在轨道上滑动，通过动子的运动来运送物品。

参考图1，本实施例中的位置检测系统包括：磁栅尺200、多个磁敏式传感器100、CPLD定位编码器300和控制器400。

参考图2，磁栅尺200设置在磁浮输送装置的动子上，磁栅尺200包括第一磁栅尺和第二磁栅尺，第一磁栅尺用于提供编码信息，第二磁栅尺用于提供动子的位置信息和速度信息。

多个磁敏式传感器100沿磁浮输送装置的轨道均匀分布，当动子经过传感器时，传感器产生脉冲信号，相邻两个磁敏式传感器100的安装间距小于磁栅尺的长度，以确保无论动子在轨道上的任何地方，都会有传感器检测到动子的位置信息。

其中，若干磁敏式传感器与CPLD定位编码器300相连以用于反馈传感器信号，CPLD定位编码器300用于将多路传感器信号整合成一路脉冲信号，一方面输出给驱动单元，另一方面通过RS485接口输送到控制器，驱动单元包括若干与定子铁芯一一对应的驱动器，每个驱动器分别控制对应定子铁芯的电流。

控制器400与CPLD定位编码器300相连以用于接收整合后的脉冲信号并计算出动子的当前速度和位置信息。

本实施例中控制器400采用PLC控制器，控制器400的信号输入端与CPLD定位编码器300的信号输出端相连以用于接收动子的位置信息和速度信息，控制器400的信号输出端与驱动器的控制端电性连接，以用于发送控制命令。为了实现人机交互，控制器400还连接有触摸屏，用户可以通过触摸屏实时获取动子位置和速度信息，并且还能够输入需求和系统参数等。

CPLD定位编码器300包括CPLD芯片、输入接口模块、输出接口模块、通讯模块和时钟芯片，参考图3，本实施例中CPLD芯片的型号为5M1270ZT144I5。CPLD芯片通过输入接口模块电性连接传感器，CPLD芯片通过输出接口模块电性连接驱动单元，CPLD芯片通过通讯模块电性连接控制器400。

每个输入接口模块对应一个磁敏式传感器，以其中任意一个为例，参考图4，其包括第一端子J4和光耦合器U8，磁敏式传感器的信号输出端通过第一端子J4与光耦合器U8的输入端电性连接，光耦合器U8的输出端与CPLD芯片的输入端电性连接，优选的，本实施例中的光耦合器采用HCPL-2630高速隔离光耦实现电气隔离，防止传感器故障导致CPLD芯片损坏。

每个输出接口模块对应一个驱动器，以其中任意一个为例，参考图5，输出接口模块包括第二端子J18和电平转换芯片U23，CPLD芯片的输出端电性连接电平转换芯片U23的输入端，电平转换芯片的输出端通过第二端子连接驱动器，优选的，本实施例中电平转换芯片U23的型号为SN74LVC4245A。

时钟芯片与CPLD芯片电性连接，用于给CPLD芯片提供时钟信号。

本发明实施例还包括一种磁浮输送装置的位置检测方法，包括以下步骤：

S1、沿轨道走向设置间距相等的磁敏式传感器，参考图2，以四个磁敏式传感器为例，依次编号为A1、A2、A3、A4，当动子经过磁敏式传感器时，磁敏式传感器检测到磁栅尺的运动，将运动位移转换成周期性的脉冲信号；

S2、将磁敏式传感器的输出设置为三路信号A、B和Z，其中A、B两路信号是相位相差90°的正交方波脉冲串,每个脉冲代表动子运动了一定的距离，Z信号是一个代表参考码道的脉冲信号,可用于调零、对位；

S3、当动子运行到任意传感器的上方时，磁敏式传感器中的A1、A2、A3、A4任意一个或两个向CPLD定位编码器反馈传感器信号；

S4、CPLD定位编码器对传感器输入的异步信号用主时钟打两拍同步化；

S5、CPLD定位编码器对同步化后的信号进行逻辑判断，控制器只需要接收到最新的那一路脉冲即可计算出位置和速度。因此动子最多同时经过两个传感器的上方，因此如果CPLD定位编码器同时接收2个脉冲信号，也只需发送前进方向上的最后接收到的脉冲信号即可。因此只需要一路输出到控制器。逻辑判断的条件如下：

S5a、检测到动子运动方向为正方向，且A1有信号而A2无信号输出时，CPLD定位编码器的输出信号OUT＝A1；

S5b、检测到动子运动方向为正方向，且A2有信号而A3无信号输出时，CPLD定位编码器的输出信号OUT＝A2；

S5c、检测到动子运动方向为正方向，且A3有信号而A4无信号输出时，CPLD定位编码器的输出信号OUT＝A3；

S5d、检测到动子运动方向为正方向，且A4有信号输出时，CPLD定位编码器的输出信号OUT＝A4；

S5e、检测到动子运动方向为反方向，且A4有信号而A3无信号输出时，CPLD定位编码器的输出信号OUT＝A4；

S5f、检测到动子运动方向为反方向，且A3有信号而A2无信号输出时，CPLD定位编码器的输出信号OUT＝A3；

S5g、检测到动子运动方向为反方向，且A2有信号而A1无信号输出时，CPLD定位编码器的输出信号OUT＝A2；

S5h、检测到动子运动方向为反方向，且A1有信号输出时，CPLD定位编码器的输出信号OUT＝A1。

通过上述逻辑，就可以将4个传感器信号合成1路脉冲信号合成一路脉冲信号反馈给控制器；

S6、控制器收到整合后的脉冲信号，整合后的脉冲信号可以进行加减计算，根据A、B信号之间的相位关系判断动子的运动方向,即当A超前B，运动方向为正；当B超前A，运动方向为反；根据A、B相位变化方向和脉冲个数计算动子运动的距离，根据第二磁栅尺的信息，能得到动子的编码号，由此可以获取动子的速度和位置信息。

本发明实施例还包括一种磁浮输送装置，其包括磁浮输送装置本体，以及设置在磁浮输送装置本体上的上述任一项所述的位置检测系统。

综上，本发明实施方式中将磁敏式传感器均匀分布在轨道上,通过感应在动子上的磁栅尺来产生脉冲信号,相邻两个磁敏式传感器的安装间距小于磁栅尺的长度，可以保证动子在轨道上任意位置动作时总会有脉冲信号输出,CPLD定位编码器先对磁敏式传感器反馈的脉冲信号进行时钟同步，然后将四路磁敏式传感器的脉冲信号整合成一路反馈给控制器，控制器根据磁敏式传感器输出的两路正交方波脉冲串的相位变化方向和脉冲个数来计算动子运动的距离和方向。

磁敏式传感器通过高速光耦将脉冲信号反馈到CPLD定位编码器中，CPLD定位编码器的核心器件是CPLD芯片，工作时钟频率为50MHz。采用CPLD芯片实现脉冲信号处理，速度快且可靠性高。CPLD定位编码器可实现硬件上的并行工作，非常适用于实时测控和高速应用领域，而且可靠性高，还具备抗强电磁干扰的特性。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种位置检测系统，应用于磁浮输送装置，其特征在于，包括：

磁栅尺(200)，所述磁栅尺(200)设置在磁浮输送装置的动子上；

多个磁敏式传感器(100)，所述磁敏式传感器(100)沿磁浮输送装置的轨道均匀分布以用于感应所述磁栅尺(200)，相邻两个磁敏式传感器(100)的安装间距小于磁栅尺(200)的长度；

CPLD定位编码器(300)，所述磁敏式传感器与所述CPLD定位编码器(300)相连以用于反馈传感器信号，所述CPLD定位编码器(300)用于将多路传感器信号整合成一路脉冲信号；

控制器(400)，所述控制器(400)与所述CPLD定位编码器(300)相连以用于接收整合后的脉冲信号并计算出动子的当前速度和位置信息。

2.根据权利要求1所述的位置检测系统，其特征在于：所述磁栅尺(200)包括第一磁栅尺和第二磁栅尺，所述第一磁栅尺用于提供编码信息，所述第二磁栅尺用于提供动子的位置信息和速度信息。

3.根据权利要求1所述的位置检测系统，其特征在于：所述CPLD定位编码器(300)包括CPLD芯片、输入接口模块、输出接口模块、通讯模块和时钟芯片，所述CPLD芯片通过所述输入接口模块电性连接所述磁敏式传感器，所述CPLD芯片通过所述输出接口模块电性连接磁浮输送装置的电机驱动器，所述CPLD芯片通过所述通讯模块电性连接所述控制器(400)，所述时钟芯片与所述CPLD芯片电性连接以用于提供时钟信号。

4.根据权利要求3所述的位置检测系统，其特征在于：所述输入接口模块包括第一端子和光耦合器，所述磁敏式传感器的信号输出端通过所述第一端子与所述光耦合器的输入端电性连接，所述光耦合器的输出端与所述CPLD芯片的输入端电性连接。

5.根据权利要求3所述的位置检测系统，其特征在于：所述输出接口模块包括第二端子和电平转换芯片，所述CPLD芯片的输出端电性连接所述电平转换芯片的输入端，所述电平转换芯片的输出端通过所述第二端子连接磁浮输送装置的电机驱动器。

6.一种位置检测方法，应用于磁浮输送装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将磁敏式传感器的输出设置为三路信号A、B和Z，其中A、B两路信号是相位相差90°的正交方波脉冲串,Z信号为代表参考码道的脉冲信号；

S2、磁敏式传感器感应到动子后向CPLD定位编码器反馈传感器信号；

S4、CPLD定位编码器对传感器输入的异步信号进行时钟同步；

S5、CPLD定位编码器对同步化后的信号进行逻辑判断，将传感器信号整合成一路脉冲信号反馈给控制器；

S6、控制器收到整合后的脉冲信号，根据A、B信号之间的相位关系判断动子的运动方向，根据A、B相位变化方向和脉冲个数计算动子的位置和速度信息。

7.根据权利要求6所述的位置检测方法，其特征在于：所述步骤S5中逻辑判断的条件为：

如果CPLD定位编码器只收到一个传感器信号，则将该传感器信号作为输出；

如果CPLD定位编码器同时收到两路传感器信号，则将最新收到的传感器信号作为输出。

8.一种磁浮输送装置，其特征在于：包括磁浮输送装置本体，以及设置在磁浮输送装置本体上的如权利要求1至6任一所述位置检测系统。

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