CN114200872A - 一种伺服电机抱闸系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服电机抱闸系统，其中系统包括：伺服抱闸电机；内置抱闸控制系统的伺服驱动器，抱闸控制系统包括：抱闸电路、微控制单元MCU和FPGA；伺服驱动器分别与伺服抱闸电机、人机接口连接；用于获取并显示实时电流信号的人机接口；FPGA得到抱闸电路的实时电流信号并将所述实时电流信号发送给所述MCU；MCU接收FPGA发送的实时电流信号，并将实时电流信号发送至人机接口，MCU发送对抱闸电路的控制信号；抱闸电路根据所述控制信号控制伺服抱闸电机进行抱闸和释放。本发明可以很直观地获得抱闸电路的实际运行情况，能够及时准确地发现抱闸电路的问题，有效降低抱闸电路的故障率，提高抱闸电路的可靠性和安全性。

Description

一种伺服电机抱闸系统

技术领域

本发明涉及伺服电机技术领域，尤其涉及一种伺服电机抱闸系统。

背景技术

随着社会的发展，对产品运动位置精度要求越来越高，特别是有些设备不允许因重力或者惯性产生滑动，具有抱闸控制系统的伺服驱动器发展前景将越来越广泛。

然而，当前采用的伺服抱闸系统，抱闸电路经常处于额定电流情况下运行，甚至稍微高于额定电流值运行，这时功率器件和抱闸线圈就会发热严重，如果不及时发现，就会发生烧毁功率器件和抱闸线圈的情况，功率器件和抱闸线圈烧坏也不容易查找原因。同时，抱闸电源也可能会出现电压过高过低以及断电的情况，目前都很难对这些情况进行及时有效地反馈，最终可能导致损坏生产设备的严重后果。

发明内容

本发明公开了一种伺服电机抱闸系统，以解决现有技术中不能实时显示抱闸电路的实际运行情况而导致存在安全隐患的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种伺服电机抱闸系统，包括：

用于实现抱闸和释放动作的伺服抱闸电机；

内置抱闸控制系统的伺服驱动器，所述抱闸控制系统包括：抱闸电路、微控制单元MCU和现场可编程逻辑门阵列FPGA；

用于获取并显示实时电流信号的人机接口；

所述伺服驱动器通过所述MCU和所述人机接口连接，所述伺服驱动器通过所述抱闸电路和所述伺服抱闸电机连接，所述抱闸电路与所述FPGA连接，所述MCU分别与所述抱闸电路、所述FPGA连接；

其中，所述FPGA得到所述抱闸电路的实时电流信号并将所述实时电流信号发送给所述MCU；所述MCU接收所述FPGA发送的所述实时电流信号，并将所述实时电流信号发送至所述人机接口，所述MCU发送对所述抱闸电路的控制信号；所述抱闸电路根据所述控制信号控制所述伺服抱闸电机进行抱闸和释放。

可选地，所述抱闸电路包括：

用于控制所述伺服抱闸电机的抱闸接口电路、用于驱动所述抱闸接口电路的抱闸驱动电路、用于检测抱闸电源电压稳定性的抱闸电源检测电路和用于检测抱闸驱动电路负载电流的抱闸电流检测电路；

其中，所述抱闸驱动电路分别与所述抱闸接口电路、所述抱闸电流检测电路和所述MCU电连接；所述抱闸电源检测电路分别与所述抱闸接口电路、所述MCU电连接；所述抱闸电流检测电路分别与所述抱闸驱动电路、所述FPGA电连接；所述抱闸接口电路分别与所述抱闸电源检测电路、所述抱闸驱动电路和所述伺服抱闸电机电连接。

可选地，所述抱闸接口电路包括：

抱闸电源、与伺服抱闸电机的抱闸接口和用于防止电源插错的第五二极管，所述抱闸接口电路的第1脚与所述第五二极管的负极连接，所述第五二极管的正极与所述抱闸电源的+24VBR端连接，所述抱闸接口电路的第2脚连接所述抱闸电源的接地端+24VGND，所述抱闸接口电路的第3脚、第4脚分别连接所述抱闸接口的BRAKE+、BRAKE-。

可选地，所述抱闸驱动电路包括：

两个部分；其中，第一部分包括控制信号BRC、第一电阻、第二电阻、第一电容、第一光电耦合器的发光侧和+3.3V电源；第二部分包括第一光电耦合器的受光侧、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、第二二极管、开关管和第一二极管；

其中，所述第一电阻分别与所述控制信号BRC、所述第一光电耦合器连接，所述第一光电耦合器与+3.3V电源连接，所述第一电容、第二电阻与所述第一光电耦合器并联，所述第四电阻分别与所述第一光电耦合器、所述第五电阻连接，所述第五电阻分别与所述第四电阻、抱闸接口BRAKE-、所述第一二极管连接，所述第一二极管分别与所述第五电阻、抱闸接口BRAKE+、所述开关管连接，所述第三电阻、所述第二电容、所述第二二极管并联于所述第一光电耦合器和所述开关管之间。

可选地，所述抱闸电源检测电路包括欠压保护电路和过压保护电路，分别用于所述抱闸电源的欠压、过压的检测和保护，并将电压异常时的过压、欠压保护信号发送给所述MCU。

可选地，所述欠压保护电路包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第三电容、第四电容、第七电容、第八电容、第三二极管、第二比较器以及第三光电耦合器；

其中，所述第六电阻、所述第七电阻串联并与抱闸电源+24VBR、所述第二比较器连接，所述第二比较器与所述第三电容、所述第四电容串联，所述第八电阻分别与+15VBR、所述第九电阻连接，所述第二比较器与所述第三二极管连接，所述第三二极管分别与所述第二比较器、所述第三光电耦合器连接，所述第三光电耦合器分别与所述第十四电阻、所述第十六电阻、所述第十七电阻、GND连接，所述第十五电阻和第七电容串联，所述第十六电阻分别连接+5V、所述第三光电耦合器，所述第十七电阻分别与电压保护信号VBF、所述第三光电耦合器连接。

可选地，所述过压保护电路包括：第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第四二极管、第二比较器以及第三光电耦合器；

其中，所述第十电阻、所述第十一电阻串联并与抱闸电源+24VBR、所述第二比较器连接，所述第二比较器与所述第五电容、所述第六电容串联，所述第十二电阻分别与+15VBR、所述第十三电阻连接，所述第二比较器与所述第四二极管连接，所述第四二极管分别与所述第二比较器、所述第三光电耦合器连接，所述第三光电耦合器分别与所述第十四电阻、所述第十六电阻、所述第十七电阻、GND连接，所述第十五电阻和第七电容串联，所述第十六电阻分别连接+5V、所述第三光电耦合器，所述第十七电阻分别与电压保护信号VBF、所述第三光电耦合器连接。

可选地，所述抱闸电流检测电路为：

隔离式Σ-Δ调制器，所述隔离式Σ-Δ调制器分别与所述抱闸驱动电路的第五电阻、所述FPGA相连，所述第五电阻用于对所述抱闸驱动电路进行电流采样，所述隔离式Σ-Δ调制器将所述第五电阻的电流采样信号转换为数据流，并将所述数据流发送给所述FPGA。

可选地，所述FPGA还用于：

配置处理隔离式∑–Δ调制器输出所需的数字滤波器，以消除模拟过流保护电路，并根据预设的电流阈值生成过流保护信号并发送给所述MCU。

可选地，所述人机接口包括伺服驱动器操作系统，用于操作伺服驱动器。

本发明提供的一种伺服电机抱闸系统，包括：用于实现抱闸和释放动作的伺服抱闸电机；内置抱闸控制系统的伺服驱动器，所述抱闸控制系统包括：抱闸电路、微控制单元MCU和现场可编程逻辑门阵列FPGA；用于获取并显示实时电流信号的人机接口；所述伺服驱动器通过所述MCU和所述人机接口连接，所述伺服驱动器通过所述抱闸电路和所述伺服抱闸电机连接，所述抱闸电路与所述FPGA连接，所述MCU分别与所述抱闸电路、所述FPGA连接；其中，所述FPGA得到所述抱闸电路的实时电流信号并将所述实时电流信号发送给所述MCU；所述MCU接收所述FPGA发送的所述实时电流信号，并将所述实时电流信号发送至所述人机接口，所述MCU发送对所述抱闸电路的控制信号；所述抱闸电路根据所述控制信号控制所述伺服抱闸电机进行抱闸和释放。

有鉴如此，本发明带来的有益效果为：

本发明中的伺服驱动器通过抱闸电路与伺服抱闸电机连接，能够控制伺服电机的抱闸和释放动作；FPGA将所述抱闸电路输出的数据流转换为实时电流信号并发送给MCU，MCU接收FPGA发送的抱闸电路的实时电流信号并发送给人机接口，人机接口接收MCU发送的抱闸电路实时负载电流并以波形的形式显示出来，通过波形能直观、有效地观察抱闸电路的实际运行情况，能够及时准确地发现抱闸电路的问题并做出有效的处理。抱闸电路负载电路的波形可以为抱闸电路的控制方式提供依据，从而能够有效降低抱闸电路的故障率，提高抱闸电路的可靠性和安全性，也能够在抱闸电路出现故障时快速及时提供故障发生的原因。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明实施例的系统结构示意图；

图3为本发明实施例的抱闸驱动电路示意图；

图4为本发明实施例的电源检测电路示意图；

图5为本发明实施例的隔离式Σ-Δ调制器电流采样电路示意图；

图6为本发明实施例的电源转换电路示意图一；

图7为本发明实施例的电源转换电路示意图二；

图8为本发明实施例的抱闸接口电路示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种伺服电机抱闸系统，以解决现有技术中不能实时显示抱闸电路的实际运行情况而导致存在安全隐患的问题。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明提供了一种伺服电机抱闸系统的实施例，包括：

用于实现抱闸和释放动作的伺服抱闸电机；

内置抱闸控制系统的伺服驱动器，所述抱闸控制系统包括：抱闸电路、微控制单元MCU和现场可编程逻辑门阵列FPGA；

用于获取并显示实时电流信号的人机接口；

所述伺服驱动器通过所述MCU和所述人机接口连接，所述伺服驱动器通过所述抱闸电路和所述伺服抱闸电机连接，所述抱闸电路与所述FPGA连接，所述MCU分别与所述抱闸电路、所述FPGA连接；

其中，所述FPGA得到所述抱闸电路的实时电流信号并将所述实时电流信号发送给所述MCU；所述MCU接收所述FPGA发送的所述实时电流信号，并将所述实时电流信号发送至所述人机接口，所述MCU发送对所述抱闸电路的控制信号；所述抱闸电路根据所述控制信号控制所述伺服抱闸电机进行抱闸和释放。

本实施例中的抱闸电路包括：

用于控制所述伺服抱闸电机的抱闸接口电路、用于驱动所述抱闸接口电路的抱闸驱动电路、用于检测抱闸电源电压稳定性的抱闸电源检测电路和用于检测抱闸驱动电路负载电流的抱闸电流检测电路；

其中，所述抱闸驱动电路分别与所述抱闸接口电路、所述抱闸电流检测电路和所述MCU电连接；所述抱闸电源检测电路分别与所述抱闸接口电路、所述MCU电连接；所述抱闸电流检测电路分别与所述抱闸驱动电路、所述FPGA电连接；所述抱闸接口电路分别与所述抱闸电源检测电路、所述抱闸驱动电路和所述伺服抱闸电机电连接。

本实施例中的抱闸接口电路的一端与抱闸驱动电路连接，用于接收抱闸驱动电路发送的控制信号，通过控制信号驱动抱闸接口电路进行工作；抱闸接口电路的另一端与伺服抱闸电机连接，用于控制伺服电机的抱闸和释放动作。抱闸接口电路主要包括：抱闸电源、抱闸接口电路与伺服抱闸电机间的抱闸接口和用于防止电源插错的第五二极管。具体的，请参阅图8，本实施例中的抱闸接口电路（CN1）主要有抱闸电源(+24VBR，+24VGND)和与抱闸电机的接口（包括抱闸接口正BRAKE+，抱闸接口负BRAKE-）以及防止+24VBR电源插错的二极管D5。具体的，（+24VBR，+24VGND）用于接24V电源，（BRAKE+，BRAKE-）与伺服抱闸电机的抱闸线圈连接，抱闸电源、与伺服抱闸电机的抱闸接口和用于防止电源插错的第五二极管，抱闸接口电路的第1脚与第五二极管的负极连接，第五二极管的正极与抱闸电源的+24VBR端连接，抱闸接口电路的第2脚连接抱闸电源的接地端+24VGND，抱闸接口电路的第3脚、第4脚分别连接抱闸接口的BRAKE+、BRAKE-。

本实施例中的微控制单元MCU的第一端和FPGA的一端连接，用于获取电流采样信息，二者通过数据总线进行数据交流，MCU接收FPGA发送的实时电流信号和过流保护信息，获取FPGA传来的电流实时情况，并把这些信息通过USB总线传送到人机接口上；MCU的第二端与抱闸驱动电路和电源检测电路连接，用于发送抱闸电路控制信号BRC，以及接收电源检测电路发送的抱闸电源过压、欠压保护信息并发出过压、欠压保护信号；MCU的第三端和人机接口连接，MCU通过USB总线和人机接口进行数据交流，将抱闸电路的实时情况传送到人机接口。

值得说明的是，MCU在抱闸电路中的应用仅仅是其一部分功能，不需要增加额外的硬件，所以本实施例中将MCU应用在抱闸电路不需要增加额外的成本和空间。

本实施例中，抱闸驱动电路通过发送控制信号BRC从而驱动抱闸接口电路，抱闸驱动电路的第一端连接抱闸接口电路的一端，用于发送对控制抱闸接口电路的控制信号；抱闸驱动电路的第二端与MCU连接，抱闸驱动电路的第三端与隔离式∑–Δ调制器连接。

具体的，本实施例中的抱闸驱动电路包括：

驱动电路包括两个部分；其中，第一部分驱动电路包括控制信号BRC、第一电阻、第二电阻、第一电容、第一光电耦合器的发光侧和+3.3V电源；第二部分驱动电路包括第一光电耦合器的受光侧、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、第二二极管、开关管和第一二极管。优选的实施方式，开关管为P型MOS管。

具体的，第一电阻的一端与控制信号BRC连接，第一电阻的另一端与第一光电耦合器的第二脚连接，第一光电耦合器的第一脚与+3.3V电源连接，第一电容和第二电阻与第一光电耦合器的第一第二脚并联，第一光电耦合器的第三脚与第四电阻一端连接，第四电阻的另一端与第五电阻的一端连接，并且这一连接端还与+24VGND连接，第五电阻的另一端与抱闸接口BRAKE-和第一二极管正极连接，第一二极管的负极与抱闸接口BRAKE+和开关管的第二脚连接，开关管的第一脚与第一光电耦合器的第四脚连接，第三电阻、第二电容、第二二极管并联于第一光电耦合器的第四脚和开关管的第一脚之间，开关管第一脚与抱闸电源+24VBR连接。

请参阅图3，本实施例中的抱闸驱动电路，可以分成2个部分，第一部分是由控制信号BRC、电阻R1、电阻R2、电容C1、光电耦合器U1的发光侧以及+3.3V电源组成；第二部分由光电耦合器U1的受光侧、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、第二二极管D2、开关管Q1、续流二极管D1组成。具体的，MCU发来的控制信号BRC传送到光电耦合器U1，当控制信号BRC为低信号时，光电耦合器U1导通，Q1为P型MOS，此时驱动电压为负值，开关管Q1导通，抱闸电路释放；当控制信号BRC为高信号时，正好相反，抱闸电路抱住。本实施例中的第二二极管可以为双向TVS管。

本实施例中的抱闸电源检测电路包括欠压保护电路和过压保护电路，分别用于抱闸电源的欠压、过压的检测和保护，抱闸电源为+24VBR电源，可以由伺服驱动器内部反激式开关电源提供，也可以由外部提供，本发明以外部提供方式进行说明。

具体的，欠压保护电路为：+24VBR电源经第六电阻和第七电阻接到第一比较器的第三脚，第七电阻与第三电容并联；+15VBR电源经第八电阻和第九电阻接到第一比较器的第二脚，提供欠压保护基准电压；第九电阻与第四电容并联，第一比较器的第一脚经第三二极管与第一光电耦合器的发光侧第二脚相连，第一光电耦合器的发光侧第一脚经第十四电阻接+5V电源，第十五电阻、第七电容与第一光电耦合器的发光侧二极管并联；第一光电耦合器的受光侧第四脚经第十六电阻接+5V电源，同时经第十七电阻和第八电容接电压保护信号VBF。

具体的，第六电阻的一端与抱闸电源+24VBR连接，第六电阻的另一端与第七电阻的一端连接，并且两个电阻的连接点与第二比较器的第三脚连接，第七电阻的另一端连接抱闸电源+24VGND，第二比较器的第三脚和第四脚串联第三电容，第八电阻的一端与所述+15VBR连接，第八电阻的另一端与第九电阻的一端连接，且两个电阻的连接点与第二比较器的第二脚连接，第二比较器的第二脚和第四脚串联第四电容，第二比较器的第一脚与第三二极管的一端连接，第三二极管的另一端与第三光电耦合器的第二脚连接，第三光电耦合器的第一脚与第十四电阻的一端连接，第十四电阻的另一端与+15VBR连接，第三光电耦合器的第一脚和第二脚之间串联第十五电阻和第七电容，第三光电耦合器的第四脚分别与第十六电阻和第十七电阻连接，第十六电阻的另一端连接+5V，第十七电阻的另一端与电压保护信号VBF连接，第三光电耦合器的第三脚与GND连接，第八电容串联于VBF和GND之间。

具体的，过压保护电路为：+24VBR电源经第十电阻和第十一电阻接到第一比较器的第六脚，第十一电阻与第五电容并联；+15VBR电源经第十二电阻和第十三电阻接到第一比较器的第五脚，提供过压保护基准电压；第十三电阻与第六电容并联，第一比较器的第7脚经第四二极管与第一光电耦合器的发光侧第二脚相连，第一光电耦合器的发光侧第一脚经第十四电阻接+5V电源，第十五电阻、第七电容与第一光电耦合器的发光侧二极管并联；第一光电耦合器的受光侧第四脚经第十六电阻接+5V电源，同时经第十七电阻和第八电容接电压保护信号VBF。

具体的，第十电阻的一端与抱闸电源+24VBR连接，第十电阻的另一端与第十一电阻的一端连接，并且两个电阻的连接点与第二比较器的第六脚连接，第十一电阻的另一端连接抱闸电源+24VGND，第二比较器的第六脚和第四脚串联第五电容，所述第十二电阻的一端与+15VBR连接，所述第十二电阻的另一端与第十三电阻的一端连接，且两个电阻的连接点与第二比较器的第五脚连接，第二比较器的第五脚和第四脚串联第六电容，第二比较器的第一脚与第四二极管的一端连接，第四二极管的另一端与第三光电耦合器的第二脚连接，第三光电耦合器的第一脚与第十四电阻的一端连接，第十四电阻的另一端与+15VBR连接，第三光电耦合器的第一脚和第二脚之间串联第十五电阻和第七电容，第三光电耦合器的第四脚分别与第十六电阻和第十七电阻连接，第十六电阻的另一端连接+5V，第十七电阻的另一端与电压保护信号VBF连接，第三光电耦合器的第三脚与GND连接，第八电容串联于VBF和GND之间。

请参阅图4，本实施例中的抱闸电源检测电路主要是对抱闸电源进行过压、欠压检测和保护，并将过压、欠压异常信号传送到MCU，在抱闸电源的电压过高或者过低的时候进行报警保护。优选的实施方式，本实施例中的抱闸电源检测电流包括两部分：

第一部分为欠压保护电路，+24VBR电源经过分压器即电阻R6和R7，接到2路比较器U2的第3脚（正向输入端），电容C3电阻R7并联；+15VBR电源经过分压器即电阻R8和R9，接到比较器U2的第2脚（负向输入端），提供欠压保护提供基准电压Vref1，电容C4电阻R9并联，比较器U2的第一脚（输出脚），经过二极管D3与光电耦合器U3的发光侧第二脚相连，光电耦合器U3的发光侧另一端接通过电阻R14接+5V电源，电阻R15、电容C7与光电耦合器U3的发光侧二极管并联；光电耦合器U3的受光侧第4脚通过电阻R16接+5V电源进行上拉，同时通过电阻R17和电容R8组成的滤波电解接电压保护信号VBF。当+24VBR电源经过分压器即电阻R6和R7得到电压大于Vref1时，比较器U2的第一脚（输出脚）输出为高电平，光电耦合器U3不发光，电压保护信号VBF为高电平；当+24VBR电源经过分压器即电阻R6和R7得到电压小于Vref1时，比较器U2的第一脚（输出脚）输出为低电平，光电耦合器U3发光，电压保护信号VBF为低电平，将此信号传送到微控制单元MCU，然后MCU发出欠压保护信号，伺服驱动器会进行欠压保护，此报警信号即欠压保护信号会在人机接口界面显示出来。

第二部分为过压保护电路，+24VBR电源经过分压器即电阻R10和R11，接到比较器U2的第6脚（负向输入端），电容C5电阻R11并联；+15VBR电源经过分压器即电阻R12和R13，接到比较器U2的第2脚（正向输入端），提供过保护提供基准电压Vref2，电容C6电阻R13并联，比较器U2的第7脚（输出脚），经过二极管D4与光电耦合器U3的发光侧第二脚相连，光电耦合器U3的发光侧另一端接通过电阻R14接+15V电源，电阻R15、电容C7与光电耦合器U3的发光侧二极管并联；光电耦合器U3的受光侧第4脚通过电阻R16接+5V电源进行上拉，同时通过电阻R17和电容C8组成的滤波电解接电压保护信号VBF。当+24VBR电源经过分压器即电阻R10和R11得到电压大于Vref2时，比较器U2的第一脚（输出脚）输出为高电平，光电耦合器U3不发光，电压保护信号VBF为高电平；当+24VBR电源经过分压器即电阻R10和R11得到电压小于Vref1时，比较器U2的第一脚（输出脚）输出为低电平，光电耦合器U1发光，电压保护信号VBF为低电平，将此信号传送到MCU，然后MCU发出过压保护信号，伺服驱动器会进行过压保护，此报警信号即过压保护信号会在人机接口界面显示出来。

值得说明的是，比较器U2是一个2路比较器，为了方便表示2路，在图3中分别叫U2A和U2B。本实施例中的电源检测电路同时具备欠压和过压保护电路，尤其是二极管D3和D4会使两端存在一定的压差，可以保证不会轻易误判，欠压保护电路和过压保护电路这两部分共用图3的右半部分，主要是共用了一个比较器U2和一个隔离光电耦合器U3。

请参阅图6所示的电源转换电路，是抱闸电源(+24VBR，+24VGND)通过LDO生成+15VBR电源，此电源为图4中2路比较器U2（包括U2A和U2B）的供电电源，同时+15VBR电源经过分压器，接到比较器U2，提供基准电压。

请参阅图7所示的电源转换电路，是+15VBR电源经过LDO生成一路+5V电源，为图5隔离式∑–Δ调制器的供电电源。

本实施例中，还包括隔离式∑–Δ调制器，隔离式∑–Δ调制器的输入端与抱闸驱动电路相连，用于对抱闸电路的负载电流进行采样，检测抱闸电路负载电流的大小。隔离式∑–Δ调制器的一端与抱闸驱动电路的采样电阻即第五电阻相连，可以将流经采样电阻的模拟输入与数字输出隔离开，通过选择不同阻值的电阻，可以检测不同范围的电流。隔离式∑–Δ调制器的另一端与FPGA连接，能够将采样电阻输入的模拟信号转换为高速的单个位数据流，并将转换得到的高速数据流传送给FPGA。

值得说明的是，隔离式∑–Δ调制器能够将输入的模拟信号转为高速的1位数据流，不需要在加外部采样保持电路，输入信号以数据流浓度的形式包含在输出数据流内，该数据流的最高数据速率可到20MHz。

请参阅图5，隔离式∑–Δ调制器，其模拟输入部分接图3中采样电阻即第五电阻R5的两端，将流过电阻R5的电流信号转换成高速的1位数据流，不需要在加外部采样保持电路，输入信号以数据流浓度的形式包含在输出数据流内，该数据流的最高数据速率可到20MHz，同时再利用FPGA逻辑资源实现快速OCP环路，从而消除模拟过流保护(OCP)电路。

本实施例中，FPGA的一端与隔离式∑–Δ调制器连接，获取隔离式∑–Δ调制器转换得到的高速、单个位数据流，FPGA将隔离式∑–Δ调制器输出的数据流转换为电流数字量值，同时配置处理∑-Δ调制器输出所需的数字滤波器，以实现快速OCP环路，从而消除模拟过流保护(OCP)电路，并根据预设的电流阈值生成过流保护信号并发送给所述MCU。

FPGA的另一端与MCU的一端相连，FPGA向MCU发送电流采样信号和过流保护信息，MCU通过FPGA能获取抱闸系统的电流实时情况。

本实施例中的隔离式∑–Δ调制器和FPGA用于抱闸电路电流采样和滤波器处理，FPGA的一端和隔离式∑–Δ调制器的输出端连接，实施配置处理∑-Δ调制器输出所需的数字滤波器，将抱闸电路输出的数据流转换为实时电流信号，并根据预设的电流阈值生成过流保护信号，以实现快速OCP环路，从而实现模拟过流保护(OCP)电路。

值得说明的是，FPGA在抱闸电路中的应用仅仅是其一部分功能，不需要增加额外的硬件，所以本实施例中将FPGA应用在抱闸电路不需要增加额外的成本和空间。

本实施例中的人机接口通过USB接口和MCU连接，人机接口和MCU通过USB总线协议进行双向数据交流，人机接口获取MCU发来的抱闸电路实时运行情况，并以波形的形式将抱闸系统的实时运行情况显示出来，实时显示抱闸电路负载电流的大小，从而达到可以实时监控抱闸系统的要求。

本实施例中的人机接口可以为PC机、笔记本电脑，人机接口装有伺服驱动器操作系统，通过USB和伺服驱动器连接，主要是用于操作伺服驱动器，不仅能控制抱闸电路，还具备实时显示抱闸电路负载电流情况。本实施例只是在操作伺服驱动器的基础上增加了实时显示抱闸电路负载电流的功能，不会增加额外的成本。

本实施例提供的伺服电机抱闸系统，是一种具有实时显示的伺服电机抱闸系统，使得与现有技术相比，能够通过波形直观、有效、观察抱闸电路的运行情况，能够及时准确发现抱闸电路出现的问题，做出及时的处理。同时，本实施例中的抱闸电源具有过压欠压保护功能，降低了抱闸电源电压波动对抱闸系统的损害。

本实施例提供的伺服电机抱闸系统，抱闸接口电路与伺服抱闸电机连接，能够控制伺服电机抱闸和释放动作；抱闸驱动电路能够驱动抱闸接口电路；电源检测电路能够进行抱闸电源的过压和欠压检测和保护；隔离式∑–Δ调制器和FPGA能对抱闸电路进行电流采样和滤波器处理；MCU能够发送抱闸电路控制信号，接收电压保护信号和电流采样信号；人机接口接收MCU发送的抱闸电路实时负载电流，通过观察抱闸电路的实时波形能直观地获得抱闸电路的实际运行情况。本发明能够将抱闸电路的实时情况在人机接口上以波形的形式显示出来，通过观察波形可以很直观地获得抱闸电路的实际运行情况，根据波形可以为抱闸电路的控制方式提供依据，从而能够有效降低抱闸电路的故障率，提高抱闸电路的可靠性和安全性，也能够在抱闸电路出现故障时快速及时提供故障发生的原因。

请参阅图2，图2为本发明一种伺服电机抱闸系统的另一实施例。图2中的抱闸接口电路5与伺服抱闸电机6连接，抱闸接口电路5能够控制伺服电机抱闸和释放动作，伺服抱闸电机6需要相应的抱闸接口电路5控制才能实现抱闸电机的抱住和释放动作；抱闸驱动电路4用于发送控制信号去控制抱闸接口电路5，能够驱动抱闸接口电路5；抱闸驱动电路4的第二端与MCU2的第一端连接，接收MCU2发来的控制信号；电源检测电路3，用于检测抱闸电源的稳定性，能够进行抱闸电源的过压和欠压检测和保护，并通过隔离光电耦合器把异常信号传送到MCU2；隔离式∑–Δ调制器7和FPGA8能对抱闸电路进行电流采样和滤波器处理，隔离式∑–Δ调制器7的输入端与抱闸驱动电路连接，用于检测抱闸电路负载电流的大小；FPGA8用于配置隔离式∑–Δ调制器7输出所需的数字滤波器，以实现快速OCP环路，从而消除模拟过流保护(OCP)电路；MCU2的第二端与FPGA的一端连接，用于获取电流采样信息，并把这些信息通过USB总线传送到人机接口1上；人机接口1通过USB总线协议进行数据交流，获得MCU2发来的抱闸电路实时运行情况，并以波形的形式显示出来。

本实施例提供的伺服电机抱闸系统，是一种具有实时显示的伺服电机抱闸系统，包括：人机接口，用于观察抱闸电路实时波形；人机接口通过USB接口和MCU连接，MCU用于发送抱闸电路控制信号，接收电压保护信号和电流采样信号；FPGA和隔离式∑–Δ调制器用于抱闸电路电流采样和滤波器处理；抱闸接口电路与伺服抱闸电机连接，用于控制伺服电机抱闸和释放动作。电源检测电路用于电源过压和欠压检测和保护。本发明实施例能够将抱闸电路的实时情况在人机接口上以波形的形式显示出来，通过观察波形可以很直观地获得抱闸电路的实际运行情况，根据波形可以为抱闸电路的控制方式提供依据，从而能够有效降低抱闸电路的故障率，提高抱闸电路的可靠性和安全性，也能够在抱闸电路出现故障时快速及时提供故障发生的原因。

本实施例中，抱闸控制系统的抱闸驱动电路，电源检测电路（过压欠压检测电路），隔离式∑–Δ调制器和FPGA实现的电流采样和过流保护电路，这些电路的信号最终都要传送到微控制单元MCU，MCU通过USB总线和人机接口进行数据交流，将抱闸电路的实时情况传送到人机接口，从而在人机接口界面上以波形的形式显示出抱闸系统的实时运行情况，达到可以实时监控抱闸系统的要求。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种伺服电机抱闸系统，其特征在于，包括：

用于实现抱闸和释放动作的伺服抱闸电机；

内置抱闸控制系统的伺服驱动器，所述抱闸控制系统包括：抱闸电路、微控制单元MCU和现场可编程逻辑门阵列FPGA；

用于获取并显示实时电流信号的人机接口；

所述伺服驱动器通过所述MCU和所述人机接口连接，所述伺服驱动器通过所述抱闸电路和所述伺服抱闸电机连接，所述抱闸电路与所述FPGA连接，所述MCU分别与所述抱闸电路、所述FPGA连接；

其中，所述FPGA得到所述抱闸电路的实时电流信号并将所述实时电流信号发送给所述MCU；所述MCU接收所述FPGA发送的所述实时电流信号，并将所述实时电流信号发送至所述人机接口，所述MCU发送对所述抱闸电路的控制信号；所述抱闸电路根据所述控制信号控制所述伺服抱闸电机进行抱闸和释放。

2.根据权利要求1所述的伺服电机抱闸系统，其特征在于，所述抱闸电路包括：

用于控制所述伺服抱闸电机的抱闸接口电路、用于驱动所述抱闸接口电路的抱闸驱动电路、用于检测抱闸电源电压稳定性的抱闸电源检测电路和用于检测抱闸驱动电路负载电流的抱闸电流检测电路；

其中，所述抱闸驱动电路分别与所述抱闸接口电路、所述抱闸电流检测电路和所述MCU电连接；所述抱闸电源检测电路分别与所述抱闸接口电路、所述MCU电连接；所述抱闸电流检测电路分别与所述抱闸驱动电路、所述FPGA电连接；所述抱闸接口电路分别与所述抱闸电源检测电路、所述抱闸驱动电路和所述伺服抱闸电机电连接。

3.根据权利要求2所述的伺服电机抱闸系统，其特征在于，所述抱闸接口电路包括：

抱闸电源、与伺服抱闸电机的抱闸接口和用于防止电源插错的第五二极管，所述抱闸接口电路的第1脚与所述第五二极管的负极连接，所述第五二极管的正极与所述抱闸电源的+24VBR端连接，所述抱闸接口电路的第2脚连接所述抱闸电源的接地端+24VGND，所述抱闸接口电路的第3脚、第4脚分别连接所述抱闸接口的BRAKE+、BRAKE-。

4.根据权利要求2所述的伺服电机抱闸系统，其特征在于，所述抱闸驱动电路包括：

两个部分；其中，第一部分包括控制信号BRC、第一电阻、第二电阻、第一电容、第一光电耦合器的发光侧和+3.3V电源；第二部分包括第一光电耦合器的受光侧、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、第二二极管、开关管和第一二极管；

其中，所述第一电阻分别与所述控制信号BRC、所述第一光电耦合器连接，所述第一光电耦合器与+3.3V电源连接，所述第一电容、第二电阻与所述第一光电耦合器并联，所述第四电阻分别与所述第一光电耦合器、所述第五电阻连接，所述第五电阻分别与所述第四电阻、抱闸接口BRAKE-、所述第一二极管连接，所述第一二极管分别与所述第五电阻、抱闸接口BRAKE+、所述开关管连接，所述第三电阻、所述第二电容、所述第二二极管并联于所述第一光电耦合器和所述开关管之间。

5.根据权利要求3所述的伺服电机抱闸系统，其特征在于，所述抱闸电源检测电路包括欠压保护电路和过压保护电路，分别用于所述抱闸电源的欠压、过压的检测和保护，并将电压异常时的过压、欠压保护信号发送给所述MCU。

6.根据权利要求5所述的伺服电机抱闸系统，其特征在于，所述欠压保护电路包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第三电容、第四电容、第七电容、第八电容、第三二极管、第二比较器以及第三光电耦合器；

其中，所述第六电阻、所述第七电阻串联并与抱闸电源+24VBR、所述第二比较器连接，所述第二比较器与所述第三电容、所述第四电容串联，所述第八电阻分别与+15VBR、所述第九电阻连接，所述第二比较器与所述第三二极管连接，所述第三二极管分别与所述第二比较器、所述第三光电耦合器连接，所述第三光电耦合器分别与所述第十四电阻、所述第十六电阻、所述第十七电阻、GND连接，所述第十五电阻和第七电容串联，所述第十六电阻分别连接+5V、所述第三光电耦合器，所述第十七电阻分别与电压保护信号VBF、所述第三光电耦合器连接。

7.根据权利要求5所述的伺服电机抱闸系统，其特征在于，所述过压保护电路包括：第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第四二极管、第二比较器以及第三光电耦合器；

其中，所述第十电阻、所述第十一电阻串联并与抱闸电源+24VBR、所述第二比较器连接，所述第二比较器与所述第五电容、所述第六电容串联，所述第十二电阻分别与+15VBR、所述第十三电阻连接，所述第二比较器与所述第四二极管连接，所述第四二极管分别与所述第二比较器、所述第三光电耦合器连接，所述第三光电耦合器分别与所述第十四电阻、所述第十六电阻、所述第十七电阻、GND连接，所述第十五电阻和第七电容串联，所述第十六电阻分别连接+5V、所述第三光电耦合器，所述第十七电阻分别与电压保护信号VBF、所述第三光电耦合器连接。

8.根据权利要求2所述的伺服电机抱闸系统，其特征在于，所述抱闸电流检测电路为：

隔离式Σ-Δ调制器，所述隔离式Σ-Δ调制器分别与所述抱闸驱动电路的第五电阻、所述FPGA相连，所述第五电阻用于对所述抱闸驱动电路进行电流采样，所述隔离式Σ-Δ调制器将所述第五电阻的电流采样信号转换为数据流，并将所述数据流发送给所述FPGA。

9.根据权利要求1-8任一项所述的伺服电机抱闸系统，其特征在于，所述FPGA还用于：

配置处理隔离式∑–Δ调制器输出所需的数字滤波器，以消除模拟过流保护电路，并根据预设的电流阈值生成过流保护信号并发送给所述MCU。

10.根据权利要求1所述的伺服电机抱闸系统，其特征在于，所述人机接口包括伺服驱动器操作系统，用于操作伺服驱动器。

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