本發(fā)明涉及數(shù)控慣導(dǎo)測(cè)試設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)超速保護(hù)的安全裝置。

背景技術(shù)：

電動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，如轉(zhuǎn)臺(tái)、電梯、機(jī)器人等，其運(yùn)行安全性也越來(lái)越受到重視。一般的電動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一般包括：控制器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、位置檢測(cè)裝置，通過(guò)閉環(huán)控制原理完成需要的各種類(lèi)型運(yùn)動(dòng)，如點(diǎn)到點(diǎn)定位運(yùn)動(dòng)，速率運(yùn)動(dòng)，搖擺運(yùn)動(dòng)等。由于閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的特性受到諸如負(fù)載特性、控制算法以及部件失效等不確定因素的影響，不可避免地會(huì)出現(xiàn)設(shè)備失控的現(xiàn)象，因此電動(dòng)控制系統(tǒng)的安全保護(hù)機(jī)制對(duì)于系統(tǒng)的正常運(yùn)行和承載物的安全是必要的；

現(xiàn)有的安全保護(hù)檢測(cè)機(jī)制一般包括多級(jí)電氣限位檢測(cè)和各種故障信號(hào)檢測(cè)，都是通過(guò)斷開(kāi)閉環(huán)系統(tǒng)、切斷電源來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果轉(zhuǎn)動(dòng)部件慣量很大，在高速失控后動(dòng)能很大，在自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，遇到機(jī)械限位裝置會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力，如果不及時(shí)對(duì)其進(jìn)行制動(dòng)往往會(huì)將機(jī)械限位破壞，進(jìn)而造成轉(zhuǎn)臺(tái)線(xiàn)纜及被試產(chǎn)品的損壞，而且這些檢測(cè)都以整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行為前提，一旦系統(tǒng)不穩(wěn)定安全保護(hù)檢測(cè)機(jī)制就可能失效；

對(duì)于獨(dú)立于系統(tǒng)的安全保護(hù)措施一般為機(jī)械式電磁抱閘。電磁抱閘有其明顯的局限性，比如磨損，運(yùn)動(dòng)沖擊大及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量增加等。一方面，由于機(jī)械磨損的原因電磁抱閘的制動(dòng)效果隨著時(shí)間的推移會(huì)有變化，另一方面，對(duì)一些大型緊湊的結(jié)構(gòu)框架安裝電磁離合裝置往往比較困難，甚至是不可能的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種利用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)超速保護(hù)的安全裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種利用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)超速保護(hù)的安全裝置，包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括頻壓變換電路、PLC控制器、制動(dòng)聯(lián)鎖電路、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)和位置傳感器，所述驅(qū)動(dòng)器的輸出端和制動(dòng)聯(lián)鎖電路的輸入端電性連接，所述制動(dòng)聯(lián)鎖電路的輸出端和電機(jī)的輸入端電性連接，所述電機(jī)的輸出端和位置傳感器的輸入端電性連接，所述位置傳感器的輸出端和頻壓變換電路的輸入端電性連接，所述頻壓變換電路的輸入端和PLC控制器電性連接，所述PLC控制器的輸出端和制動(dòng)聯(lián)鎖電路的輸入端電性連接。

優(yōu)選地，所述PLC控制器為可編程邏輯控制器。

優(yōu)選地，所述電機(jī)為電動(dòng)和發(fā)電雙用電機(jī)。

優(yōu)選地，所述PLC控制器的輸入端和頻壓變換器的輸出端電性連接。

本發(fā)明中利用可編程邏輯控制器（PLC）接收實(shí)時(shí)速率信號(hào)和限速設(shè)定信號(hào)，通過(guò)比較后輸出數(shù)字量邏輯開(kāi)關(guān)信號(hào)；制動(dòng)聯(lián)鎖電路可將電動(dòng)機(jī)置于能耗制動(dòng)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)超速后自動(dòng)迅速停止運(yùn)行的保護(hù)功能，數(shù)字脈沖形式的位置編碼信號(hào)包含旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵、磁柵等位置傳感器輸出的正交方波增量式編碼信號(hào)，頻率范圍為0-20MHz。速率檢測(cè)模塊采用頻壓變換原理將編碼信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)速率信號(hào)，為0-10V模擬信號(hào)，利用通用可編程邏輯控制器（PLC）接收速率信號(hào)轉(zhuǎn)換生成的0-10V模擬信號(hào)，同時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)的限速設(shè)定模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)速率信號(hào)和限速設(shè)定信號(hào)的接收和邏輯處理，具有高可靠性和靈活性，制動(dòng)聯(lián)鎖電路使電機(jī)在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩種狀態(tài)之間的切換，并依靠互斥原理排除兩種狀態(tài)同時(shí)出現(xiàn)的可能性，能夠明顯減小制動(dòng)距離，并可量化制動(dòng)距離，該發(fā)明利用電動(dòng)機(jī)的可逆原理產(chǎn)生制動(dòng)力矩，提供了一種能夠有效地控制制動(dòng)距離，在轉(zhuǎn)臺(tái)出現(xiàn)超速的非正常狀態(tài)，在短距離內(nèi)立即使運(yùn)動(dòng)軸制動(dòng)的利用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)超速保護(hù)的安全裝置，一方面保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕，免維護(hù)；另一方面也可使制動(dòng)平緩，減小運(yùn)動(dòng)沖擊，從而避免機(jī)械結(jié)構(gòu)因受大的沖擊受損或特性發(fā)生變化。本發(fā)明主要由三部分組成，即：速率檢測(cè)模塊，超速判定模塊和能耗制動(dòng)模塊。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提出的一種利用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)超速保護(hù)的安全裝置的連接框圖；

圖2為本發(fā)明提出的一種利用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)超速保護(hù)的安全裝置的速率檢測(cè)模塊的原理框圖；

圖3為本發(fā)明提出的一種利用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)超速保護(hù)的安全裝置的聯(lián)鎖保護(hù)電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參照?qǐng)D1-3，一種利用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)超速保護(hù)的安全裝置，包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括頻壓變換電路、PLC控制器、制動(dòng)聯(lián)鎖電路、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)和位置傳感器，PLC控制器為可編程邏輯控制器，且PLC控制器的輸入端和頻壓變換器的輸出端電性連接，可以穩(wěn)定整體電路的輸出電壓，制動(dòng)聯(lián)鎖電路使電機(jī)在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩種狀態(tài)之間的切換，并依靠互斥原理排除兩種狀態(tài)同時(shí)出現(xiàn)的可能性，能夠明顯減小制動(dòng)距離，并可量化制動(dòng)距離，驅(qū)動(dòng)器的輸出端和制動(dòng)聯(lián)鎖電路的輸入端電性連接，制動(dòng)聯(lián)鎖電路的輸出端和電機(jī)的輸入端電性連接，電機(jī)的輸出端和位置傳感器的輸入端電性連接，位置傳感器的輸出端和頻壓變換電路的輸入端電性連接，頻壓變換電路的輸出端和PLC控制器電性連接，PLC控制器的輸出端和制動(dòng)聯(lián)鎖電路的輸入端電性連接。

本發(fā)明中速率檢測(cè)模塊的原理框圖如圖2所示。頻壓變換單元100KHz對(duì)應(yīng)10V輸出，首先將轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)行最大速度時(shí)的位置編碼信號(hào)經(jīng)頻率調(diào)整模塊歸一化為100KHz以?xún)?nèi)的方波信號(hào)。歸一化的方波信號(hào)脈沖經(jīng)微分電路微分后產(chǎn)生負(fù)向和正向的尖峰脈沖，輸入頻壓變換單元，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制恒流源對(duì)測(cè)量電容的充電，變換輸出電壓值。測(cè)量電容上的電壓值與位置編碼信號(hào)的頻率成正比，同時(shí)該電壓信號(hào)代表了實(shí)時(shí)速率的大小。

超速判定模塊主要功能是完成速率信號(hào)模擬量的讀入，與限速設(shè)定速率信號(hào)比較，判斷當(dāng)前速率是否超速，該部分主要由PLC完成。實(shí)時(shí)速率信號(hào)模擬量由速率檢測(cè)模塊輸出，輸入PLC模擬量輸入通道，限速設(shè)定速率信號(hào)模擬量由可調(diào)電位計(jì)進(jìn)行調(diào)整，輸入PLC另一模擬量輸入通道。在對(duì)PLC模擬量輸入模塊進(jìn)行標(biāo)校后，明確模擬量輸入對(duì)應(yīng)的PLC內(nèi)部數(shù)字量。PLC程序通過(guò)讀取實(shí)時(shí)速率和設(shè)定速率對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，對(duì)二者進(jìn)行比較，如果實(shí)時(shí)速率數(shù)字量大于設(shè)定速率數(shù)字量，則判定實(shí)時(shí)速率超速。為了防止實(shí)時(shí)速率信號(hào)由于干擾發(fā)生突變或者PLC模擬量輸入端口受干擾導(dǎo)致讀入速率信號(hào)模擬量錯(cuò)誤，PLC內(nèi)部設(shè)置了抗干擾措施，比較該次讀入和10毫秒后的讀入信號(hào)，只有這兩個(gè)信號(hào)差值在一定范圍內(nèi)時(shí)，才認(rèn)為速率信號(hào)是可信的。超速判定模塊同時(shí)可將超速信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)I/O通路反饋至系統(tǒng)，系統(tǒng)做出相應(yīng)的處理。

能耗制動(dòng)模塊主要利用如圖3所示的聯(lián)鎖保護(hù)電路保證電機(jī)在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩種狀態(tài)之間的切換，并依靠互斥原理排除兩種狀態(tài)同時(shí)出現(xiàn)的可能性。主要構(gòu)成是在驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)之間接入交流接觸器KMX1，在電機(jī)與泄放電阻之間接入交流接觸器KMX2，系統(tǒng)通過(guò)控制常閉開(kāi)關(guān)SB1和常開(kāi)開(kāi)關(guān)SB2控制交流接觸器KM0斷開(kāi)或接通電源，進(jìn)而通過(guò)控制KMX1和KMX2開(kāi)關(guān)閉合或斷開(kāi)控制電機(jī)的工作狀態(tài)。具體工作方式如下所述：

控制系統(tǒng)接通總電源L后，PLC-Q0.0處于閉合狀態(tài)，SB1閉合且SB2斷開(kāi)，KM0線(xiàn)包未接通電源，KM0常開(kāi)觸點(diǎn)處于斷開(kāi)狀態(tài)，常閉觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，KMX1線(xiàn)包未接通電源，KMX2線(xiàn)包接通電源，此時(shí)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間處于開(kāi)路狀態(tài)，電機(jī)與泄放電阻處于接通狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)；當(dāng)SB1閉合且SB2閉合時(shí)，KM0線(xiàn)包接通電源，KM0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合并保持閉合狀態(tài)，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，KMX1線(xiàn)包接通電源，KMX2線(xiàn)包斷開(kāi)電源，此時(shí)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接通，電機(jī)與泄放電阻斷開(kāi)，此時(shí)電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行。當(dāng)超速判定模塊確認(rèn)系統(tǒng)超速后，PLC通路及時(shí)斷開(kāi)，此時(shí)KM0線(xiàn)包斷開(kāi)電源，KMX1線(xiàn)包斷開(kāi)電源，KMX2線(xiàn)包接通電源，電機(jī)工作迅速切換到發(fā)電機(jī)狀態(tài)。此時(shí)電機(jī)各相電流先增大，后減小。增大是由于速度較高，產(chǎn)生的反電勢(shì)較高，短接時(shí)反電勢(shì)作用在電樞電感和電樞電阻中，電流激增。隨后，產(chǎn)生的反向制動(dòng)力矩使速度迅速下降，短接電流也隨之下降。電機(jī)轉(zhuǎn)速則是指數(shù)式的下降，直至最終完全停止。制動(dòng)距離可以通過(guò)調(diào)整能耗制動(dòng)電阻的大小根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。