CN205450730U

CN205450730U - 无外接传感器的伺服系统原点复归装置

Info

Publication number: CN205450730U
Application number: CN201620221619.XU
Authority: CN
Inventors: 仲儒青
Original assignee: Fuji Electric China Co ltd
Current assignee: Fuji Electric China Co ltd
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2026-03-22

Abstract

本实用新型提供一种无外接传感器的伺服系统原点复归装置，通过转矩控制模块发送转矩限制指令，在运动件朝着靠近挡块的方向移动直至触碰挡块期间对伺服电机的输出转矩进行控制；由偏差控制模块发送偏差消除指令，控制伺服电机执行中止动作而减速停止，并驱使运动件在挡块处停止；中断定位控制模块发送中断定位控制指令，并提供中断输入有效信号，控制运动件朝着远离挡块的方向移动；中断定位控制模块接收运动件朝着远离挡块的方向移动期间编码器最先检测到的Z相信号，输出中断输入指令，使运动件移动了设定的中断移动量后停止，将停止的位置作为原点。本实用新型在没有外置传感器时也能实现高精度的原点复归动作。

Description

无外接传感器的伺服系统原点复归装置

技术领域

本实用新型涉及伺服控制技术领域，特别涉及一种无外接传感器的伺服系统原点复归装置。

背景技术

在伺服系统中，伺服放大器为与之连接的伺服电机提供电能，并接收编码器等传感装置对伺服电机的转角及转速的检测结果，根据上位控制机对伺服放大器设定的指令及参数，控制伺服电机运行；伺服电机通过联轴器等传动机构连接机械设备，并驱使机械设备的运动件在设定的运动路径上到达预定的位置或转动至预定的角度。所述运动件的运动路径通常有两个极限位置，用来限定可移动的最大距离或可转动的最大角度。

为了正确掌握机械设备坐标上的原点以保证加工精度，需要对伺服系统进行原点复归动作。如图1、图2所示，在以下描述的一种现有的原点复归模式中，原点复归起动后，伺服驱动的运动件在原点复归起动方向（例如是正向），伺服电机控制运动件（以附图标记(1)表示此时的运动件）以原点复归速度运行；该运动件在运行中如果触发原点基准信号（例如是原点LS，即原点限位信号），则减速至原点复归爬行速度，并沿原点复归方向（例如仍是正向）运行（以附图标记(2)表示此时的运动件）；如果在原点复归方向运行时候中进一步触发原点移位量基准信号，则以原点移位量基准信号所在位置为起点，移动设定的原点位移量后停止，该停止的位置即作为原点（以附图标记(3)表示停止时的运动件），结束原点复归。

其中，除原点LS以外，+OT/-OT信号可以被设置为原点基准信号。可以使上述的+OT/-OT信号的检测位置分别对应运动件的运动路径的两个极限位置。对于上述的原点复归模式中，这种模式下，在原点复归起动之后，如果没有检测原点基准信号而先检测到原点复归起动方向的超程信号OT时，则需要自动反转并向相反方向运行，再对原点基准信号进行检测以继续原点复归动作。

通常原点位移量基准信号以编码器的Z相信号为基准，例如将触发原点移位量基准信号后最先检测到的一个Z相信号（即，编码器旋转一周内的Z相信号）作为移动原点位移量的起点，从而最大限度地提高原点精度。除了Z相信号以外，在减速比2等下不积极使用Z相的情况下，可以设置原点LS信号为原点位移量基准信号；或者，可动范围极端狭窄不能设置原点LS信号的情况下，还可以用正方向超程信号+OT或反方向超程信号为原点位移量基准信号；又或者，不是使用编码器Z相而是使用高速响应传感器的情况下，也可以使用中断输入信号作为原点位移量基准信号。在Z相信号以外，中断输入信号比其他信号的原点精度（即原点位置的再现性）更高。这是因为中断输入是对信号的中断位置进行检测，这与原点LS信号、+OT/-OT信号进行的等级检测不同。

然而，对于上文所述的现有原点复归模式来说，必须使用外置的传感器，来检测伺服驱动的运动件是否位移到达原点基准信号对应位置，或是否位移到达正反方向的极限位置。因而，不仅增加了伺服系统的元件数量，制造成本及装配难度将会提升；并且，在无法安装外置传感器的时候，就难以使用这种模式来进行原点复归。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无外接传感器的伺服系统原点复归装置，在没有原点基准信号的情况下，在没有外置传感器的应用场合下，也能实现高精度的原点复归动作。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种无外接传感器的伺服系统原点复归装置，其中：

所述原点复归装置设置有若干模块与伺服放大器通过相应的通道连接以传输信号，以驱使伺服电机或其控制的运动件进行相应的动作；

所述原点复归装置设置的模块及其信号传输的通道，包含：

转矩控制模块，其通过设置第一通道，来向伺服放大器发送转矩限制指令，在运动件朝着靠近挡块的方向移动直至触碰挡块期间对伺服电机的输出转矩进行控制；

偏差控制模块，其通过设置第二通道，来向伺服放大器发送偏差消除指令，以控制伺服电机执行中止动作而减速停止，并驱使运动件在挡块处停止；

中断定位控制模块，其中：

通过设置第三通道，来向伺服放大器发送中断定位控制指令，并提供一个处于有效状态的中断输入有效信号；

通过设置第四通道，来向伺服放大器发送反方向移动指令，以控制伺服电机反转，并驱使运动件朝着远离挡块的方向移动；

通过设置第五通道，来接收伺服放大器转发的编码器Z相信号，所述编码器Z相信号是在运动件朝着远离挡块的方向移动期间编码器最先检测到的一个Z相信号；

通过设置第六通道，来向伺服放大器输出中断输入指令，使运动件在移动了设定的中断移动量后停止，将停止的位置作为原点。

优选地，所述原点复归装置进一步包含比较单元，其中：

通过设置第七通道，来接收伺服放大器向其转发的伺服电机输出转矩的数值；所述伺服电机输出转矩的数值是在运动件朝着靠近挡块的方向移动直至触碰挡块期间由编码器采集得到；

通过设置第八通道，来向所述偏差控制模块输出转矩限制检测信号，所述转矩限制检测信号包含表示伺服电机输出转矩达到转矩限制值的比较结果。

优选地，接收偏差消除指令后的所述转矩控制模块，通过设置第九通道来接收执行解除转矩限制动作的指令。

优选地，所述原点复归装置进一步包含输入模块，通过设置第十通道与比较单元连接，对转矩限制值的数值进行设定。

优选地，所述原点复归装置进一步包含输入模块，通过设置第十一通道与中断定位控制模块或伺服放大器连接，对中断移动量的数值进行设定。

优选地，所述原点复归装置是与伺服放大器连接的上位控制器；所述上位控制器是PLC控制器。

与现有技术相比，本实用新型提供一种伺服系统原点复归装置，无需外接传感器，在没有原点基准信号的应用场合下，也能够实现精确地原点复归动作。通过组合PLC控制器实现的原点复归装置，可以根据实际应用要求重新编程对动作进行细节调整。

附图说明

图1是现有原点复归模式下一个示例中运动件在不同位置的示意图，具体是一个以原点LS为原点基准信号、编码器Z相为原点位移量基准信号的示例；

图2是图1所示示例中伺服电机在原点复归模式下速度随信号相应变化示意图；

图3是本实用新型所述伺服系统原点复归装置的结构示意图；

图4是本实用新型中控制运动件正向移动的示意图；

图5是本实用新型中控制运动件触碰挡块的示意图；

图6是本实用新型中控制运动件反向移动的示意图；

图7是本实用新型中伺服电机在原点复归模式下速度随信号相应变化示意图，对应图4至图5的运动件移动过程；

图8是伺服电机在原点复归模式下速度随信号相应变化示意图，对应图6的运动件移动过程。

具体实施方式

如图3所示，本实用新型提供的一种无外接传感器的伺服系统原点复归装置30，在起动原点复归之后，首先驱使伺服系统控制的运动件10按照设定方向沿运动路径运行（图4，以附图标记11表示运动件的正向移动状态，在图7中以附图标记(11)表示与运动件正向移动状态11对应的电机速度变化情况），直至该运动件10触碰到运动路径上设置的挡块20（图5，以附图标记12表示触碰挡块20时的运动件，在图7中以附图标记(12)表示与挡块接触状态12对应的电机速度变化情况）。在不同的示例中，例如可以配合设置方向调整模块37，在起动原点复归时调整伺服电机42的转动方向，来先行调整运动件10的原点复归运动方向，使其能够朝着挡块20所在方向移动；或者，是在运动路径的两端分别设置有挡块20，则驱使运动件10向任意方向移动都可以触碰到相应方向的挡块20来执行本实用新型描述的原点复归动作。

所述原点复归装置30设置有转矩控制模块31，其与伺服放大器41信号连接并向其输出转矩限制指令，用来对伺服电机42的输出转矩进行转矩限制，则对于运动件10触碰挡块20的情况伺服系统不会发生报警。编码器43对于运动件10触碰到挡块20瞬间时伺服电机42的转矩和速度实时监控，并将伺服电机42的输出转矩经由伺服放大器41转发给转矩控制模块31。

所述转矩控制模块31设置有比较单元32，能够将收到的伺服电机42输出转矩的数值与预先设定的转矩限制值进行比较，直到伺服电机42的输出转矩达到转矩限制值时，该比较单元32输出表示这一比较结果的转矩限制检测信号。可以设置输入模块35与比较单元32信号连接，对于转矩限制值的数值进行设定。在另一示例中，该比较单元32的功能还可以由伺服放大器41来实现。

所述原点复归装置30设置有偏差控制模块33，其与伺服放大器41信号连接。运动件10触碰挡块20之后，比较单元32向偏差控制模块33发送表示电机输出转矩达到转矩限制值的转矩限制检测信号，使偏差控制模块33输出偏差消除指令给伺服放大器41。并且，偏差控制模块33还发出相应指令，驱使转矩控制模块31执行解除转矩限制的动作。

如图7所示，根据所述偏差消除指令，伺服放大器41将指令当前位置设为反馈当前位置的值，使得指令当前位置和反馈当前位置的差量（偏差量）为0（零），输出偏差零信号；并且，该伺服放大器41向伺服电机42输出一控制信号，使伺服电机42忽视原先对其下达的所有旋转指令，执行中止动作而以所述转矩限制值的转矩或者以其他设定的转矩或速度进行紧急减速停止，从而驱使运动件10在挡块20处停止。经由编码器43检测到伺服电机42转速低于一定的限速值时而输出的速度零信号，发送给伺服放大器41。或者，在其他的示例中，转矩控制模块31可以根据伺服放大器41或伺服电机42在执行偏差消除、中止动作时发送的相关信号，来执行解除转矩限制的动作。

所述原点复归装置30设置有中断定位控制模块34，其与伺服放大器41信号连接。例如是根据伺服放大器41发送的偏差零信号，或根据编码器43发送的电机速度零信号，或者是表示运动件10或伺服电机42停止状态的其他信号，所述中断定位控制模块34向伺服放大器41输出中断定位控制指令，使中断输入有效信号处于有效状态（ON）；中断定位控制模块34还向伺服放大器41输出反方向移动指令，使伺服电机42反转，驱使运动件10沿远离挡块20的方向移动（图6，以附图标记13来表示运动件的反向移动状态，在图8中以附图标记(13)表示与运动件反向移动状态13对应的电机速度变化情况）。

如图8所示，在运动件10开始反向移动后，如果接收到编码器43旋转一周内最先检测到的一个Z相信号，所述中断定位控制模块34就向伺服放大器41发送中断输入指令（配合有效状态下的中断输入有效信号），使伺服电机42执行相应动作以控制运动件10在移动了设定的中断移动量后停止，该停止的位置即作为原点，结束原点复归动作。可以使输入模块35与中断定位控制模块34或伺服放大器41信号连接，对于中断移动量的具体数值进行预先设定。

　　所述原点复归装置30可以进一步设置速度调整模块36与伺服放大器41连接，对于伺服控制的运动件10在转矩限制时朝着挡块20移动的速度，和/或运动件10在中断定位控制下远离挡块20时移动的速度等进行设定、控制及调整。

　　本实用新型所述原点复归装置30的各模块（如转矩控制模块31、比较单元32、偏差控制模块33、中断定位控制模块34等）可以是各自独立设置的硬件设备、电路器件，也可以是功能模块，或者可以由软硬件结合实现。

在另一示例中，所述原点复归装置30的各模块（如转矩控制模块31、比较单元32、偏差控制模块33、中断定位控制模块34等）则可以设置上位控制器与伺服放大器41信号连接，通过上位控制器或其与伺服放大器41的配合来实现。

优选地，使用富士公司的PLC控制器MICREX-SXSPH作为上位控制器，使其与富士公司的伺服系统ALPHA5（SX总线型）通过SX总线连接组合，来实现本实用新型所述无外接传感器的原点复归动作。由于是和PLC组合来实现该功能，在功能细节要求上，可以根据客户要求重新编程来对动作进行调整，自由度高。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种无外接传感器的伺服系统原点复归装置，其特征在于，

所述原点复归装置设置的模块及其信号传输的通道，包含：

中断定位控制模块，其中：

2.如权利要求1所述的伺服系统原点复归装置，其特征在于，

所述原点复归装置进一步包含比较单元，其中：

3.如权利要求1所述的伺服系统原点复归装置，其特征在于，

接收偏差消除指令后的所述转矩控制模块，通过设置第九通道来接收执行解除转矩限制动作的指令。

4.如权利要求1所述的伺服系统原点复归装置，其特征在于，

所述原点复归装置进一步包含输入模块，通过设置第十通道与比较单元连接，对转矩限制值的数值进行设定。

5.如权利要求1所述的伺服系统原点复归装置，其特征在于，

所述原点复归装置进一步包含输入模块，通过设置第十一通道与中断定位控制模块或伺服放大器连接，对中断移动量的数值进行设定。

6.如权利要求1所述的伺服系统原点复归装置，其特征在于，

所述原点复归装置是与伺服放大器连接的上位控制器；所述上位控制器是PLC控制器。