多级减速限位方式，能减少瞬间急停对设备的损害，有效避免高速运动设 备超程过冲问题，降低生产事故发生率，保护人员和设备安全，提升设备的产品附加值。
[0027] 软件限位、霍尔限位原理框图如图2所示。在高速线运动设备的电机轴端装配光 电编码器1作为位置反馈元件，光电编码器1实时采集电机5的角速度信息并输出给可编 程逻辑器件，可编程逻辑器件将电机5的角速度信息转化为设备8的位置信息，并对该位置 信息进行差分处理得到设备8的速度信息，进行设备8运行位置与速度的实时检测。在可编 程逻辑器件中设定设备8的安全运行范围和安全运行速度。当设备8运行超过设定的安全 运行范围时，禁止电机该方向上的指令输入，只能进行反向操作。当设备8超出设定的安全 运行范围，但是速度低于安全运行速度时，不对设备8进行减速；当设备8超出设定的安全 运行范围，且速度高于安全运行速度时，由可编程逻辑器件向电机输出脉冲控制指令，使设 备运行速度以固定的减速度匀减速至安全速度以下，保证设备8平稳减速。设定设备8最 大运行速度（取决于所选电机的最大转速）为^_，安全运行速度为vsrt，软件限位使设备在 时间h秒内减速为安全运行速度（安全运行速度和时间t:由实际应用决定），故减速度为 al= ，为保证设备8在到达霍尔传感器3时已经减速为安全运行速度，计算减 速行程为~= 将霍尔传感器3设置在该减速行程外。两个霍尔传感器3 之间的距离1满足1彡2Sl+s，其中s为设备的安全运行距离。
[0028] 当设备8上安装的磁铁运行至霍尔传感器3时，霍尔传感器3输出的霍尔电平信 号发生改变，由此触发霍尔限位，可编程逻辑器件在霍尔限位时向电机输出脉冲控制指令， 使设备8运行速度以固定的减速度匀减速为零，且禁止电机该方向上的指令输入，只能进 行反向操作。设设备8当前运行速度为vnOT，霍尔限位使设备在时间t2秒内减速为零，故减 速度为a2 = (vnOT-0) /t2，为保证设备在到达行程开关时已经减速为零，计算减速行程为s' 2 =(v_+〇)*t2/2。将行程开关设置在该减速行程外，使得设备8在超出行程后可通过反向 电机输入返回到安全运行范围内，避免设备在霍尔限位减速行程内碰撞行程开关，导致设 备电机断电而无法控制。为了进一步预留出行程开关的距离，可以使vn"= ，此时减速 行程为s2=(vset+〇)*t2/2,两个行程开关6之间的安装距离应为d满足d彡1+2s2。
[0029] 行程开关限位是将行程开关、急停按钮串联至设备电机电源电路中，当设备一旦 运行至限位开关处，使其触头动作即可自动切断电机电源电路，使设备停止运行。在人为判 断认为需要急停时，可就近拍下急停按钮，同样可使设备停止运行。行程开关的选择和安装 需经过实验验证，保证性能稳定、运行可靠、能不间断的完成安全急停工作。
[0030] 基于上述原理，本发明中可编程逻辑器件利用软件实现安全软件限位和霍尔限 位，以及未到达行程开关后的电机反转。实际应用中，可编程逻辑器件可以采用FPGA或 CPLD实现，本实施例中可编程逻辑器件采用FPGA实现，具体实现安全软件限位和霍尔限位 的软件存储在FPGA的控制单元中，软件实现流程如图3所示，具体内容如下：
[0031] (1)光电编码器1实时采集电机5的角速度信息并输出给FPGA，FPGA将电机5的 角速度信息转化为设备的位置信息，并对该位置信息进行差分处理得到设备的运行速度， 进入步骤（2);
[0032] ⑵FPGA对每一时刻设备8的位置信息和运行速度进行判断，当设备8没有超过安 全运行范围时，设备8继续运行；否则，判断设备8是否超过安全运行速度，如果没有超过， 则进入步骤（3)，如果超过，则FPGA启动软件限位，实现一次减速，即根据此时设备8的运行 速度向电机输出第一脉冲控制指令，使设备8匀减速运动，且在到达霍尔传感器3时速度降 至安全运行速度以下，进入步骤（3);
[0033] (3)当磁铁4随设备8运行到霍尔传感器3正上方时，霍尔传感器3输出给FPGA 的霍尔电平信号发生改变，FPGA在霍尔电平信号发生改变后，启动霍尔限位，实现二次减 速，即FPGA根据此时设备8的运行速度向电机5输出第二脉冲控制指令，使设备8匀减速 运动，且在到达行程开关6之前速度降为0,进入步骤（4);如果设备8意外运行到行程开关 6处，则设备8触发行程开关6断开，电机5电源电路自动切断，使设备8停止运行；
[0034] (4)FPGA向电机5输出第三脉冲控制指令，使设备反向运行。
[0035] 同时，在设备运行过程中，人为实时判断是否需要急停，如果需要，则按下急停按 钮7,自动切断电机5的电源电路。实现遇到紧急情况时的随时急停。
[0036] 本发明未公开的内容为本领域技术人员公知技术。
【主权项】
1. 基于可编程逻辑器件的高速线运动设备的安全急停方法，所述高速线运动设备包括 电机（5)、轨道和位于轨道上的设备（8)，其特征在于包括如下步骤： (1) 建立包括光电编码器（1)、可编程逻辑器件（2)、两个霍尔传感器（3)、两块磁铁 (4)、两个行程开关（6)和急停按钮（7)的高速线运动设备安全急停装置；光电编码器（1) 安装在电机（5)的轴端，两块磁铁（4)安装在设备（8)底部的两端，两个霍尔传感器（3)安 装在轨道下方，且位于设备的安全运行范围以外；可编程逻辑器件与光电编码器（1)、霍尔 传感器（3)和电机（5)通过信号线连接；两个行程开关（6)和急停按钮（7)串联在电机（5) 的电源回路中，且行程开关（6)安装在轨道上，位于两个霍尔传感器（3)以外，行程开关（6) 和急停按钮（7)均为常闭开关； (2) 设备（8)运行过程中，人为判断是否需要急停，如果需要，则按下急停按钮（7)，自 动切断电机（5)的电源电路，使设备停止运行；否则，进入步骤（3); (3) 光电编码器（1)实时采集电机（5)的角速度信息并输出给可编程逻辑器件（2)，可 编程逻辑器件（2)将电机（5)的角速度信息转化为设备（8)的位置信息，并对该位置信息 进行差分处理得到设备（8)的运行速度，进入步骤（4); (4) 可编程逻辑器件（2)对每一时刻设备（8)的位置信息和运行速度进行判断，当设 备（8)没有超过安全运行范围时，设备（8)继续运行；否则，判断设备（8)是否超过安全运 行速度，如果没有超过，则进入步骤（5)，如果超过，则可编程逻辑器件（2)向电机输出第一 脉冲控制指令，使设备（8)匀减速运动，且在到达霍尔传感器（3)时速度降至安全运行速度 以下，进入步骤（5); (5) 当磁铁（4)随设备（8)运行到霍尔传感器（3)正上方时，霍尔传感器（3)输出给 可编程逻辑器件（2)的霍尔电平信号发生改变，可编程逻辑器件（2)在霍尔电平信号发生 改变后，向电机（5)输出第二脉冲控制指令，使设备（8)匀减速运动，且在到达行程开关（6) 之前速度降为〇,进入步骤（6);如果设备（8)意外运行到行程开关（6)处，则设备（8)触发 行程开关（6)断开，电机（5)电源电路自动切断，使设备⑶停止运行； (6) 可编程逻辑器件⑵向电机（5)输出第三脉冲控制指令，使设备⑶反向运行。
2. 根据权利要求1所述的基于可编程逻辑器件的高速线运动设备的安全急停方法，其 特征在于： 所述两个霍尔传感器（3)之间的距离1满足1彡2Sl+s，其中s为设备（8)的安全运 行距离，Sl为设备（8)从最大运行速度匀减速至安全运行速度时的行程，
， vmax为设备（8)的最大运行速度，由电机（5)的最大转速决定；vsrt为设备（8)的安全运行 速度，h为设备（8)从最大运行速度降低到安全运行速度的时间； 所述两个行程开关（6)之间的距离d满足d多l+2s2，其中&为设备从安全运行速度 匀减速至零时的行程，
，t2为设备（8)从安全运行速度降低到0的时间。
3. 根据权利要求1所述的基于可编程逻辑器件的高速线运动设备的安全急停方法，其 特征在于：所述可编程逻辑器件采用FPGA或CPLD实现。
【专利摘要】本发明公开了基于可编程逻辑器件的高速线运动设备的安全急停方法，主要由软件限位、霍尔限位和行程开关限位三种限位方式组成。以光电编码器作为设备反馈元件，采用可编程逻辑器件进行软件限位，当设备速度高于设备安全运行速度且超出安全运行范围时实现一次减速。根据设备安全运行速度设定霍尔传感器安装位置，当设备运行至霍尔处，启动霍尔限位实现二次减速，迫使电机减速停车并只能反向运行。采用行程开关与急停开关串联进行超程急停。本发明人机交互便利，可根据不同需求设定设备安全转速及行程范围；采用多级减速限位方式，能减少瞬间急停对设备的损害，有效避免高速运动设备超程过冲问题，保护人员和设备安全，提升设备的产品附加值。
【IPC分类】G05B19-042
【公开号】CN104570866
【申请号】CN201410833817
【发明人】丁祝顺, 王媛媛, 蒋鸿翔, 陈强
【申请人】北京航天控制仪器研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月26日