CN213770510U - 驱动控制系统及环形磁浮传送平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种驱动控制系统及环形磁浮传送平台，该驱动控制系统包括CPLD定位编码模块、电机驱动器、PLC、磁栅尺和磁敏传感器；磁栅尺设置在动子上；磁敏传感器沿着环形轨道均布设置，磁敏传感器朝向磁栅尺设置，相邻两个磁敏传感器之间的间隙小于磁栅尺的长度；CPLD定位编码模块与磁敏传感器电连接，用于根据磁敏传感器发送的脉冲信号，处理转换成动子的位置信息和速度信息；电机驱动器分别与绕组和CPLD定位编码模块电连接；PLC与CPLD定位编码模块电连接，用于根据指令以及动子的位置信息和速度信息，发送驱动信号至电机驱动器；电机驱动器用于根据驱动信号驱动动子运动。解决了现有技术中直线电机无法获取动子即时的位置信息和运动信息的问题。

Description

驱动控制系统及环形磁浮传送平台

技术领域

本实用新型涉及一种直线电机领域，特别是涉及一种驱动控制系统及环形磁浮传送平台。

背景技术

直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的电力传动装置。它可以省去大量中间传动机构，加快系统反映速度，提高系统度，所以得到广泛的应用。直线电动机由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，目前一般均采用短初级长次级。直线电动机的工作原理与旋转电动机相似。以直线感应电动机为例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机，还必须具有能在安全可靠的条件下实现技术与经济要求的控制系统。随着自动控制技术与微计算机技术的发展，直线电机的控制方法越来越多。

在工业运用中，直线电机可用于传送工件物料，将直线电机的导轨设置成封闭的环状，动子可在环形轨道上运动，现有技术中，通过对绕组加设负载即可驱动动子运动，但是无法获取动子即时的位置信息和运动信息。

实用新型内容

本实用新型提供一种驱动控制系统，可解决现有的直线电机无法获取动子即时的位置信息和运动信息的问题。

实用新型的技术解决方案如下：

一种驱动控制系统，应用于环形磁浮传送平台上，所述环形磁浮传送平台包括环形轨道、与所述环形轨道适配的动子、设置在所述环形轨道上的多个绕组以及设置在所述动子上的永磁体；

所述驱动控制系统包括：

磁栅尺，设置在所述动子上，

磁敏传感器，沿着所述环形轨道均布设置，所述磁敏传感器朝向所述磁栅尺设置，相邻两个磁敏传感器之间的间隙小于所述磁栅尺的长度；

CPLD定位编码模块，与所述磁敏传感器电连接，用于根据所述磁敏传感器发送的脉冲信号，处理转换成动子的位置信息和速度信息；

电机驱动器，分别与所述绕组和CPLD定位编码模块电连接；

PLC，与所述CPLD定位编码模块电连接，用于根据指令以及动子的位置信息和速度信息，发送驱动信号至电机驱动器；

所述电机驱动器用于根据所述驱动信号驱动动子运动。

优选地，所述PLC上设置有CAN通讯模块和485通讯模块，所述CAN 模块连接所述电机驱动器和PLC，所述485通讯模块连接PLC和CPLD定位编码模块。

优选地，所述驱动控制系统还包括与所述PLC电连接的MCGS触摸屏。

优选地，所述驱动控制系统还包括电源模块，所述电源模块给所述PLC、电机驱动器和MCGS触摸屏供电。

本实用新型还提出一种环形磁浮传送平台，包括环形轨道、与所述环形轨道适配的动子、设置在所述环形轨道上的多个绕组以及设置在所述动子上的永磁体以及上述的驱动控制系统。

优选地，所述环形磁浮传送平台还包括：

环形基座；

安装架，设置在所述环形基座上，所述环形轨道设置在所述安装架上端并与所述环形基座对应设置；

环形铁芯，设置在所述安装架一侧，并对应设置在所述环形基座和环形轨道之间，所述绕组绕设在所述环形铁芯上；

本实用新型设置了包括CPLD定位编码模块、电机驱动器、PLC、磁栅尺和磁敏传感器的驱动控制系统，动子上的磁栅尺运动到任一位置，环形轨道上对应的磁敏传感器则发出脉冲信号，可获取动子的位置信息，并传送至CPLD定位编码模块，CPLD定位编码模块，根据内部时钟和不同时刻的位置信息，可计算获取动子的速度信息。此外，PLC与所述CPLD定位编码模块电连接，PLC则根据内部程序指令或外部输入的指令以及动子的位置信息和速度信息，生成驱动信号并发送至电机驱动器，电机驱动器根据所述驱动信号驱动动子运动，由此驱动控制系统实现了对动子的调度，当环形轨道上设置多个动子时，在动子不发生运动干涉的情况下，驱动控制系统也可对每个动子进行单独调度，总体实现多任务调度。

附图说明

图1为环形磁浮传送平台一实施例的结构示意图；

图2为图1实施例中环形磁浮传送平台的局部示意图；

图3为图1实施例中动子的结构示意图；

图4为图1实施例中绕组的结构示意图；

图5为驱动控制系统一实施例的结构示意图；

图6为图1实施例中磁敏传感器和磁栅尺的分布意图。

具体实施方式

参照图1至图4，环形磁浮平台包括定子10、动子20、磁栅尺32和磁敏传感器31；所述定子10包括环形基座11、安装架12、环形轨道、环形铁芯15和绕组16；其中环形基座11为弧形平板，安装架12则设置在所述环形基座11上用于支撑环形轨道。环形轨道包括设置在所述安装架 12上端且外形呈弧形的导轨安装板13以及设置在导轨安装板13上的导轨本体14；所述环形轨道为1/4环形轨道，导轨本体14的截面为T形，其顶部形成向两侧延伸的凸边。

在本实施例中，环形铁芯15设置在所述安装架12一侧，并对应设置在所述环形基座11和环形轨道之间；所述环形铁芯由硅钢片层叠而成，所述硅钢片的外弧边缘设置有槽口，所述绕组包括设置在所述槽口中的线圈。所述线圈有两个直线段，所述直线段嵌入在铁芯的两个槽口内，所述绕组16为三相双层叠绕组，具体叠绕方式参见图4，U1与U2是A相绕组16的始端与尾端，V1与V2是B相绕组16的始端与尾端，W1与W2是C相绕组 16的始端与尾端。

在本实施例中，所述动子20包括L形安装板、滚轮组23、辅助滚轮 24和永磁体，其中，L形安装板包括与所述环形轨道的顶面相对设置的第一板体21和自所述第一板体21的一端线下延伸设置的第二板体22。滚轮组23，设置在所述第一板体21上，并与所述环形轨道适配，所述滚轮组 23包括四个呈方形排布的主滚轮，所述主滚轮的环形面上设置有沟槽，所述环形轨道被两排主滚轮夹持，所述凸边与所述沟槽适配。辅助滚轮24设置在所述第二板体22的下部并与第二板体22欢动连接，辅助滚轮24的外环形面与所述环形基座11的环形侧面贴合，实现受力均衡。

在本实施例中，永磁体设置在所述第二板体22靠近所述绕组16的一面；所述动子20还包括设置在所述第二板体22上的安装件，所述安装件 25上设置有5个并排设置的安装腔，所述永磁体设置在所述安装腔中，并呈Halbach永磁铁阵列布置。所述磁栅尺32设置在所述第一板体21远离所述第二板体22的一端，所述磁敏传感器31沿着所述环形轨道均布设置，所述磁敏传感器31朝向所述磁栅尺32设置，相邻两个磁敏传感器31之间的间隙小于所述磁栅尺32的长度。

在本实施例中，参照图5，驱动控制系统包括磁栅尺32、磁敏传感器 31、CPLD定位编码模块32、CPLD定位编码模块32、电机驱动器33和PLC34。磁栅尺32设置在所述动子20上，磁敏传感器31，沿着所述环形轨道均布设置，所述磁敏传感器31朝向所述磁栅尺32设置，相邻两个磁敏传感器 31之间的间隙小于所述磁栅尺32的长度；CPLD定位编码模块32，与所述磁敏传感器31电连接，用于根据所述磁敏传感器31发送的脉冲信号，处理转换成动子20的位置信息和速度信息；电机驱动器33，分别与所述绕组和CPLD定位编码模块32电连接；PLC34，与所述CPLD定位编码模块32 电连接，用于根据指令以及动子20的位置信息和速度信息，发送驱动信号至电机驱动器33；所述电机驱动器33用于根据所述驱动信号驱动动子20 运动。PLC34上设置有CAN通讯模块和485通讯模块，所述CAN通讯模块 35连接所述电机驱动器33和PLC34，所述485通讯模块36连接PLC34和CPLD定位编码模块32。驱动控制系统还包括与所述PLC34电连接的MCGS 触摸屏。驱动控制系统还包括电源模块，所述电源模块给所述PLC34、电机驱动器33和MCGS触摸屏37供电。

具体的，采用磁敏式传感器检测动子20所处位置，在动子20组件上装有磁尺，定子组件上装有多个磁敏式传感器。磁敏式传感器的布置见图 6，在轨道上安装多个磁敏式传感器，在动子20上安装有磁尺。当动子20 经过磁敏式传感器时，传感器将位移转换成周期性的电信号形成脉冲信号。一般来说磁感应传感器输出有三相信号：A、B、Z。其中A、B两相信号是相位相差90°的正交方波脉冲串,每个脉冲代表被测对象旋转了一定的角度,A、B之间的相位关系则反映了被测对象的旋转方向,即当A相超前B相, 转动方向为正转；当B相超前A相,转动方向为反转。Z信号是一个代表参考码道的脉冲信号,可用于调零、对位。对象每旋转一定角度时，A、B两者的脉冲发生变化，根据AB相位变化方向和脉冲个数来计算角位移。

测速定位模块采用高速光耦将脉冲信号采集到模块中，模块核心使用的是CPLD器件，工作时钟频率为50MHz。CPLD器件一方面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，另一方面物理机制和纯硬件电路一样，十分可靠，尤其是抗强电磁干扰。采用CPLD实现脉冲信号处理，速度快且可靠性高。

CPLD对多路传感器信号进行融合，当动子20在对应的磁感应传感器上方运动时，将该传感器的信号同步输出。CPLD模块的传感器信号输入与主时钟不同步，为异步信号。在多路传感器输入后都要先用主时钟打两拍同步化。同步化后的信号再进行逻辑判断，逻辑如下：

1、检测到当前方向为正方向，同时S1传感器有信号输入，S2信号无输入时，该输出OUT1为S1信号。

2、检测到当前方向为正方向，同时S2传感器有信号输入，S3信号无输入时，该输出OUT1为S2信号。

3、检测到当前方向为正方向，同时S3传感器有信号输入，S4信号无输入时，该输出OUT1为S3信号。

4、检测到当前方向为正方向，同时S4传感器有信号输入，该输出为 S4信号。

5、检测到当前方向为反方向，同时S4传感器有信号输入，S3信号无输入时，该输出OUT1为S4信号。

6、检测到当前方向为反方向，同时S3传感器有信号输入，S2信号无输入时，该输出OUT1为S3信号。

7、检测到当前方向为反方向，同时S2传感器有信号输入，S1信号无输入时，该输出OUT1为S2信号。

8、检测到当前方向为反方向，同时S1传感器有信号输入，该输出OUT1 为S1信号。

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，加上相邻两个磁感应传感器的安装间距小于磁栅尺32的长度，即可以保证动子 20在轨道上任意位置动作时总会有脉冲信号输出。融合后的脉冲信号输出可以进行加减计数。经过处理之后就可以得到动子20的位置和速度，

同样，磁敏式传感器检测到电机动子20上的栅尺，以脉冲的方式发给 CPLD定位模块；CPLD定位模块负责处理来自多个传感器的脉冲信号，组合成动子20的位置信息和速度信息，然后输出给电机驱动器33；同时CPLD 定位模块将各个动子20的位置信息，通过RS485接口，实时的传输到PLC34，上位机或触摸屏37通过读取这些实时的位置信息，就能在界面上显示动子 20的实时位置。

1、本系统可通过触摸屏37进行人机操作，将外部指令和系统指令等输入到PLC34。

2、本系统通过PLC34的485模块接收CPLD发送过来的定位信息识别成动子20在轨道上所处的位置，并对每个动子20进行编号。

3、本系统PLC34根据输入的需求和参数，结合当前动子20的位置，形成驱动器控制指令。

4、将驱动器控制指令按照工艺需求，通过CAN通讯模块有序地发送给对应的驱动器。

5、驱动器在接收到PLC34的控制指令后，立即开始执行指令动作。执行完指令后返回完成信息至PLC34。

6、本系统可实时的接收驱动器发送的状态信息(如报警、故障等)，并进行故障诊断保护，同时显示在触摸屏37上。

驱动器的参数可以通过上位机或者触摸屏37的人机界面输入，在由 PLC34上的CAN通讯模块35与驱动器进行CAN通讯，将参数传输写入到驱动器内部。电源模块包括电气配电柜，主要负责PLC34、触摸屏37、CPLD 定位模块以及电机驱动器33供电，保证系统正常运行。

本实用新型设置了包括CPLD定位编码模块32、电机驱动器33、PLC34、磁栅尺32和磁敏传感器31的驱动控制系统，动子20上的磁栅尺32运动到任一位置，环形轨道上对应的磁敏传感器31则发出脉冲信号，可获取动子20的位置信息，并传送至CPLD定位编码模块32，CPLD定位编码模块 32，根据内部时钟和不同时刻的位置信息，可计算获取动子20的速度信息。此外，PLC34与所述CPLD定位编码模块32电连接，PLC34则根据内部程序指令或外部输入的指令以及动子20的位置信息和速度信息，生成驱动信号并发送至电机驱动器33，电机驱动器33根据所述驱动信号驱动动子20运动，由此驱动控制系统实现了对动子20的调度，当环形轨道上设置多个动子20时，在动子20不发生运动干涉的情况下，驱动控制系统也可对每个动子20进行单独调度，总体实现多任务调度。

在以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种驱动控制系统，应用于环形磁浮传送平台上，其特征在于，所述环形磁浮传送平台包括环形轨道、与所述环形轨道适配的动子、设置在所述环形轨道上的多个绕组以及设置在所述动子上的永磁体；

所述驱动控制系统包括：

磁栅尺，设置在所述动子上；

磁敏传感器，沿着所述环形轨道均布设置，所述磁敏传感器朝向所述磁栅尺设置，相邻两个磁敏传感器之间的间隙小于所述磁栅尺的长度；

CPLD定位编码模块，与所述磁敏传感器电连接，用于根据所述磁敏传感器发送的脉冲信号，处理转换成动子的位置信息和速度信息；

电机驱动器，分别与所述绕组和CPLD定位编码模块电连接；

PLC，与所述CPLD定位编码模块电连接，用于根据指令以及动子的位置信息和速度信息，发送驱动信号至电机驱动器；

所述电机驱动器用于根据所述驱动信号驱动动子运动。

2.根据权利要求1所述的驱动控制系统，其特征在于，所述PLC上设置有CAN通讯模块和485通讯模块，所述CAN模块连接所述电机驱动器和PLC，所述485通讯模块连接PLC和CPLD定位编码模块。

3.根据权利要求2所述的驱动控制系统，其特征在于，所述驱动控制系统还包括与所述PLC电连接的MCGS触摸屏。

4.根据权利要求2所述的驱动控制系统，其特征在于，所述驱动控制系统还包括电源模块，所述电源模块给所述PLC、电机驱动器和MCGS触摸屏供电。

5.一种环形磁浮传送平台，其特征在于，包括环形轨道、与所述环形轨道适配的动子、设置在所述环形轨道上的多个绕组以及设置在所述动子上的永磁体以及权利要求1-4中任一项所述的驱动控制系统。

6.根据权利要求5所述的环形磁浮传送平台，其特征在于，所述环形磁浮传送平台还包括：

环形基座；

安装架，设置在所述环形基座上，所述环形轨道设置在所述安装架上端并与所述环形基座对应设置；

环形铁芯，设置在所述安装架一侧，并对应设置在所述环形基座和环形轨道之间，所述绕组绕设在所述环形铁芯上。

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