一種新式光電轉(zhuǎn)臺電氣限位保護(hù)電路設(shè)計(jì)

張建偉 高楊 桑海 張丹丹 原鑒

摘 要：介紹了某項(xiàng)目中設(shè)計(jì)應(yīng)用的高效電氣限位保護(hù)電路。詳細(xì)論述了該電氣限位電路的工作原理和性能特點(diǎn)，該電路使用元件少，電路實(shí)現(xiàn)簡單可靠，既可自主實(shí)現(xiàn)電氣限位功能，又可將限位信息上報(bào)MCU而后進(jìn)行限位指示。

關(guān)鍵詞：光電轉(zhuǎn)臺；有限范圍；電氣限位

光電綜合轉(zhuǎn)臺及安裝在其內(nèi)的各功能模塊都是高精密設(shè)備，碰撞中過大地速度及加速度沖擊都會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響，極易造成轉(zhuǎn)臺的高頻振蕩或者飛車，這些嚴(yán)重影響伺服產(chǎn)品整體功能的實(shí)現(xiàn)，所以必須對轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)限位保護(hù)裝置。限位保護(hù)裝置是保障轉(zhuǎn)臺在有限運(yùn)行范圍工作的重要組成單元，限位功能的設(shè)計(jì)直接影響轉(zhuǎn)臺的可靠性和安全性。本文主要介紹新式光電轉(zhuǎn)臺電氣限位保護(hù)電路的工作原理及性能特定。

1 概述

1.1 光電綜合轉(zhuǎn)臺

光電綜合轉(zhuǎn)臺包括：光電系統(tǒng)（激光，紅外等）、兩軸機(jī)械框架、執(zhí)行電機(jī)、位置傳感器、限位保護(hù)裝置等。它的主要作用是承載光電系統(tǒng)，輔助其完成方位﹑高低運(yùn)動(dòng)，光電平臺是伺服控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過光纖速率陀螺感應(yīng)負(fù)載平臺的相對慣性空間運(yùn)動(dòng)，用于將測量數(shù)據(jù)提供給伺服控制系統(tǒng)，伺服控制器驅(qū)動(dòng)和控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來完成搜索、跟蹤與測量。

1.2 限位信號采集結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)臺限位信號采集結(jié)構(gòu)如圖 1所示。圖中轉(zhuǎn)臺運(yùn)動(dòng)方式為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)范圍小于±180°。高低及方位電氣限位采用光電開關(guān)進(jìn)行限位檢測，機(jī)械限位采用的是固定式的限位方式，將轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)范圍限定在有限轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，滿足轉(zhuǎn)臺工作范圍需要。當(dāng)轉(zhuǎn)臺向左邊運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬觸片1向左運(yùn)動(dòng)，金屬觸片1碰到行程開關(guān)1時(shí)，綜合轉(zhuǎn)臺觸碰電氣限位開關(guān)有效，會產(chǎn)生一個(gè)電壓信號，表示左限位觸發(fā)。

2 光電轉(zhuǎn)臺的電氣限位保護(hù)電路

2.1 電氣限位保護(hù)電路模擬電路部分

上圖2為電氣限位保護(hù)電路的高低向限位模擬電路部分，硬件電路自動(dòng)切換反向電壓制動(dòng)電機(jī)。電氣限位保護(hù)電路具體實(shí)現(xiàn)原理如下：

當(dāng)轉(zhuǎn)臺在有限運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)時(shí)，沒有限位開關(guān)被觸發(fā)，保護(hù)電路會將高低電機(jī)輸出端GD_XW連接到GD_XW1、方位電機(jī)輸出端FW_XW連接到FW_XW1，此時(shí)主控板控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤，當(dāng)光電綜合轉(zhuǎn)臺運(yùn)行到設(shè)計(jì)的邊界運(yùn)動(dòng)范圍時(shí)，軟件限位使轉(zhuǎn)臺速率為零，電氣限位開始起作用。綜合轉(zhuǎn)臺觸碰電氣限位開關(guān)使限位開關(guān)觸發(fā)，高低向限位信號控制N16A或門輸出高，繼電器K2將GD_XW連接到GD_XW2，通過ULMT（上限位）或DLMT（下限位）的觸發(fā)來控制繼電器K1分別將GD_XW3或GD_XW4切換給GD_XW2，這樣就完成了電氣限位自動(dòng)感應(yīng)及切換，同時(shí)還不會造成多MCU單元對電機(jī)輸出控制的混亂。此時(shí)如果方位向未發(fā)生限位信號觸發(fā)，方位電機(jī)輸出端FW_XW仍連接到FW_XW1，仍受主控板控制。反之，方位向電氣限位保護(hù)電路也是此原理，就不在敘述。

2.2 電氣限位保護(hù)電路數(shù)字電路部分

高低向、方位向的限位信號經(jīng)過光電隔離之后，分別送到接口板MCU的4個(gè)I/O口，而后該MCU控制LED二極管亮滅來直觀表示限位信號。這樣通過數(shù)字電路部分將限位信息采集并表示，同時(shí)可以通過接口板MCU將信息傳遞給主控板MCU，方便主控板獲得信息完善控制策略。

3 結(jié)語

當(dāng)光電綜合轉(zhuǎn)臺運(yùn)行到設(shè)計(jì)的邊界范圍時(shí)，必須考慮限位機(jī)制來防止轉(zhuǎn)臺繼續(xù)高速運(yùn)動(dòng)對安裝平臺和光電綜合轉(zhuǎn)臺的沖撞，起到保護(hù)裝備的作用。本電路對碰撞速度、加速度的限制均依賴于對轉(zhuǎn)臺位置的限制，根據(jù)轉(zhuǎn)臺的實(shí)際位置，實(shí)時(shí)合理地對給定位置信號進(jìn)行限制，能夠有效的保護(hù)設(shè)備[4]。在工程應(yīng)用中證明了此設(shè)計(jì)的高效與實(shí)用性，能很好的滿足光電綜合轉(zhuǎn)臺的保護(hù)要求。

作者簡介：張建偉（1989-），男，漢族，山西太原人，助理工程師，從事伺服控制研究。