CN2037092U

CN2037092U - 高精度数控步进执行器

Info

Publication number: CN2037092U
Application number: CN 88214230
Authority: CN
Inventors: 吴友农
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1988-09-19
Publication date: 1989-05-03

Abstract

一种高精度数控步进执行器，它适用于对风门挡板，阀门的自动操纵，自动调节，本实用新型的特征在于采用由光电编码器、霍尔传感器等组成的位置发送器取代现有技术中的位置发送器，采用步进电机取代现有技术中的伺服电机，调节阀输入输出数字信号，直接与微机接口，构成数字信号系统。

Description

本实用新型涉及一种高精度数控步进执行器，它适用于对风门挡板、阀门的自动操纵，自动调节，它包括电机，减速器和位置发送器三部分，电机通过联轴器与减速器的蜗杆输入端相联接，位置发送器设置在减速器的输出轴上端。

上海自动化仪表十一厂生产的DDZ－Ⅱ电动执行器主要用于自动地操纵风门挡板、阀门，完成自动调节任务。它由模拟调节器、伺服放大器、电动操作器，伺服电机、减速器和位置发送器组成。其位置发送器主要由差动变压器、电源变压器、印刷电路板组成，位置发送器与减速器之间的联接和调整是通过杠杆和弹簧来实现的。现有的这种电动执行器是一种只能接受模拟信号控制的模拟终端设备，其工作原理如下：

模拟调接器输出的控制信号A与位置发送器送出的反馈信号B在伺服放大器中进行比较，由于信号AB的极性相反，若其大小不相等时，就有误差电压产生，去控制相应那组可控硅触发电路工作，经电动操作器驱动伺服电机，伺服电机的旋转通过减速器使输出轴朝着减小误差电压的方向位移，直到信号B与A相等为止。

由于上述的现有技术采用大量分立元件和模拟装置（如前置磁放大器、差动变压器），故其不仅结构复杂，稳定性和随意性差，零漂与温漂严重，而且精度和灵敏度低，阀位开度与控制信号之间没有精确的对应关系和线性关系，功耗大、温升高，执行器安装现场带有隐患电压（必须接入220伏），无法与微机直接接口。若采用计算机控制，则所给出的数字信号需经D／A转换，不能摆脱传统的控制模式。

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种可与任何计算机直接接口的高精度数控步进执行器。

本实用新型的目的可采用以下措施来达到：位置发送器采用固接在输出轴顶端的升降杆，安装在支架上的光电编码器和安装在支架上的霍尔传感器等组成；升降杆上装有一块高强度磁钢；在光电编码器的轴端装有模擦滚轮；光电编码器和霍尔感器通过输入光耦接口与计算机相连接；与步进电机相连接的驱动电源通过输出光耦接口与计算机相连接。

本实用新型所采用的光电编码器是一种小型增量式光电编码器；霍尔传感器采用的是霍尔开关集成电路外加封装组成的；摩擦滚轮采用金属材料制成，也可以采用尼龙、橡胶、塑料材料制成。

附图的图面说明如下：

图1：减速器的机械结构示意图。

图2：位置发送器和减速器的联接示意图。

图3：位置发送器结构主视图。

图4：位置发送器结构俯视图。

图5：执行机构系统方框图。

本实用新型下面将结合附图作详细的描述：如图1所示，步进电机（1）通过联轴器与蜗杆（2）相联接，减速器由蜗轮副、滚珠螺旋机构和手操纵机构组成。步进电机（1）通过蜗轮副传动滚珠螺母使螺杆发生位移，从而使输出轴在导槽内上下位移。

如图2、图3、图4所示，位置发送器是由固接在输出轴（3）顶端的升降杆（8），安装在支架（5）上的光电编码器（6）和两只安装在支架（10）上的霍尔传感器（9）组成；升降杆（8）上装有一块高强磁钢（4）；在光电编码器（6）的轴端装有摩擦滚轮（7）。支架（5）的底面上加工有两个槽孔（13），通过螺钉将支架（5）固定在减速器上部壳体的平台（11）上，并通过拉簧（12）将支架（5）拉紧，使摩擦滚轮（7）与升降杆（8）紧靠在一起。支架（10）也是用螺钉固定在平台（11）上。霍尔传感器（9）与磁钢之间的水平距离，可通过调整霍尔传感器（9）上的螺母来解决。

本实用新型所采用的光电编码器是一种小型增量式光电编码器，霍尔传感器则是采用霍尔开关集成电路外加封装组成的，摩擦滚轮采用金属轮或采用尼龙、橡胶、塑料材料制成的滚轮，所采用的步进电机在满足输出力矩的前提下，选用的相数（3－6相）越多，执行机构的精度也越高。

如图5所示，光电编码器（6）和霍尔传感器（9）通过输入光耦接口与计算机相连接；与步进电机（1）相连接的驱动电源通过输出光耦接口与计算机相连接。

本实用新型的控制原理及工作过程概述如下：

1、计算机的指令按位控方式从PIO送出，经过OUT光耦接口输至脉冲驱动电源，分别决定其中脉冲分配器的正、反转信号；允许、禁止信号；复位、置位信号的有效与否；

2、由软件设置CTC（也可用硬件），使之产生一定频率的脉冲信号，经OUT光耦接口输至分配器作为CP信号；

3、分配器接受信号后，将按指定的相序（如三相六拍方式）产生对CP六分频而占空比为1：1的矩形波，此矩形波经电流及功率放大后，驱使步进电机运转；

4、步进电机带动蜗轮副，使升降杆与输出轴同步位移，升降杆的线位移通过摩擦滚轮转变为编码器的角位移，由此，编码器产生与其转角微小增量成正比的编码脉冲输出，该脉冲经IN光耦接口反馈至计算机，对该增量码（一路或三路）进行检测与计数，即可实现系统闭环控制；

5、当位移达到（或离开）某一极限位置时，磁钢的磁力作用于霍尔传感器，该传感器迅即发出到限（或离限）信号脉冲并通过IN光耦接口向CPV发出中断请求；

6、到限（或离限）信号可使计算机作出急停、声光报警，电气限位及防止越程损伤等反应，还可用来自动校正起始0位与终点，消除步进累积误差（如果有的话）与纠偏，锁定运动方向，手动时防止误操作发生等；

7、在控制对象压力较低的场合，还可由CPV发出复位命令，使分配器三相同时清0，即可实现步进电机的工作静态无功耗。

本实用新型由于采用数字信号元件，以简单的结构实现了执行器的数字控制，由于采用步进电机为动力源，使精密滚珠丝杠副的优良特性得以充分地发挥，并且由于选用光电编码器和霍尔传感器来代替传统的位置反馈装置和限位调整装置，从而使本实用新型具备了良好的机械性能和电气性能，现阐述如下：

1、由于执行机构的位移为微小步进方式，因此，极易实行微调控制，对于小范围控制对象尤为适用；

2、调节速度可任意选择恒速或变速方式，从单脉冲至数万HZ，有较宽的运行频带；

3、偏差调节的±方向反转性能远优于现有技术，消除了惯性过渡过程及滞后。

4、阀位开度与开度的编码精确对应，具有长期稳定的复现性，消除了温漂与零漂，并使阀兼有流量计的功能（只要定时采样阀前后介质压差和温度，根据已知精确阀位即可按流量特性曲线计算出介质的流量），可适用于流量精密控制的场合；

5、具有无接触高灵敏度限位及自锁，可避免自控／手动控制时系统发生越程损伤，限位信号并能用来通过软件对阀位编码不断自动纠偏，自动校0；

6、由于采用低压直流脉冲驱动电源供电，提高了执行机构现场安全性，并具有动态功耗低，温升低的优点，在许多场合下，还可实现静态无功耗（三项复0指令）且不丢步的理想工作状态。

7、作为远距离控制终端，本实用新型具有互相支持的三重可靠性；

a、由于采用步进电机，控制并计量其步进数，即可知对应的阀位开度；

b、由于采用光电编码器，正转时X相超前Y相90°，反转时则滞后90°，检测其相差，则可验证运行方向；对增量码进行计数，即可实现闭环控制，又可校验阀位开度；

C、由于采用霍尔传感器，检测、响应其位限信号，可校正阀位开度的0位和满度，纠正可能产生的误差，并可用差锁定运行方向。

8、由于本实用新型的机械、电器结构简单，元件少，集成度高，使其可靠性大为提高。

本实用新型不仅可用于工业领域，亦可用于特种场合的控制，只要通过选择不同步进电机的转矩，步距角、运行频率和相数，光电编码器的脉冲数／转，与摩擦轮尺寸的优化组合，即可形成通用型，高精度，大中小，直行程／角形程，微型化及超精系列产品，并具有广阔的应用前景。

Claims

1、一种高精度数控步进执行器，它适用于对风门挡板、阀门的自动操纵，自动调节，它包括电机，减速器和位置发送器三部分，电机通过联轴器与减速器的蜗杆输入端相联接，位置发送器设置在减速器的输出轴上端，本实用新型的特征在于：

a、位置发送器是由固接在输出轴(3)顶端的升降杆(8)，安装在支架(5)上的光电编码器(6)和安装在支架(10)上的霍尔传感器(9)组成；升降杆(8)上装有一块高强磁钢(4)；在光电编码器(6)的轴端装有摩擦滚轮(7)；

b、光电编码器(6)和霍尔传感器(9)通过输入光耦接口与计算机相联接；与步进电机(1)相连接的驱动电源通过输出光耦接口与计算机相连接。

2、根据权利要求1所述的执行器，其特征在于：光电编码器（6）为小型增量式光电编码器。

3、根据权利要求1所述的执行器，其特征在于：霍尔传感器（9）采用的是霍尔开关集成电路外加封装组成的。

4、根据权利要求1所述的执行器，其特征在于：摩擦滚轮（7）是由金属材料制成，也可以采用尼龙、橡胶、塑料材料制成。