磨床吸盘充退磁控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种磨床吸盘充退磁控制器，包括有开关电源模块、整流滤波模块、IPM模块、输出回路、采样模块、主控制模块、操作面板以及外部控制模块；本实用新型采用MCU芯片控制，通过霍尔传感器对输出量进行采集并回传至主控制模块，形成闭环伺服系统，内部采用PID调节，达到可靠稳定的输出电流或电压，实现对磨床吸盘的可靠控制。同时本实用新型还具有智能调节、参数自动记忆、短路和漏电保护、高压泄放保护以及故障代码显示等先进功能。工作过程不会发热、故障率低，退磁时间短、精度高、抗干扰性能强。
【专利说明】磨床吸盘充退磁控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种充退磁控制器，尤其涉及一种磨床吸盘充退磁控制器。
【背景技术】
[0002]平面磨床通常使用电磁吸盘夹装工件，为了可靠地吸合和方便取下工件，电磁吸盘的充退磁控制电路设计显得尤为重要。现有的充退磁控制器一般是通过控制可控硅的触发导通来控制电压的大小，通过控制内部和外部的继电器或接触器来完成电压的方向切换，或者通过采用四只功率管以桥式连接形成H桥逆变的主回路，输出幅值和方向均可调的直流电压，进行无触点输出并直接接电磁吸盘，以实现电磁吸盘的充退磁控制。然而在实际工作工程中，现有的这些充退磁控制器存在许多不足之处:1)采用继电器或接触器其触点频繁切换，会因拉弧而产生电蚀，影响导通或发生粘连，从而使产品失效；2)采用继电器或接触器进行简单的正反向切换不能使吸盘彻底退磁，退磁效果较差；3)采用桥式连接的功率管退磁效果较好，但是主回路H桥输出功率特别大，长时间工作后器件容易发热而造成器件的损坏，故障率高、可靠性差，同时还存在退磁时间长且精度低，抗干扰性差等缺点。
实用新型内容
[0003]本实用新型的主要目的是提供一种电磁吸盘充退磁控制器，解决现有的继电器或接触器式电磁吸盘充退磁控制器工作状态不稳定、退磁效果差以及桥式功率管电磁吸盘充退磁控制器容易损坏、故障率高、精度低和抗干扰性差的缺陷。
[0004]为了实现发明目的，本实用新型所采用的技术方案是，一种磨床吸盘充退磁控制器，包括有开关电源模块、整流滤波模块、IPM模块、输出回路、采样模块、主控制模块、操作面板以及外部控制模块，所述整流滤波模块与IPM模块连接，IPM模块通过输出回路与吸盘连接，所述输出回路上设置有采样模块，所述IPM模块、采样模块、操作面板以及外部控制模块分别与主控制模块连接。
[0005]本实用新型的特征还在于，IPM模块内部采用H桥驱动电路，所述采样模块的电流采样采用霍尔传感器，所述主控制模块采用MCU芯片，所述操作面板采用编码开关。
[0006]输出回路的电压值由运算放大器直接进行采样，输出回路的电流值由运算放大器通过霍尔传感器进行采样，运算放大器与MCU芯片的VOLTAGE脚和1UT脚连接将采样信号送至MCU芯片，MCU芯片输出PWM信号和极性转换信号通过光耦实现高低压对IPM模块进行驱动控制。
[0007]IPM模块内部设置有短路保护、低压保护以以及漏电保护电路，IPM模块通过光耦与MCU芯片的中断脚FO连接向主控制模块发送故障信号，操作面板上设置有数码管用以显示故障代码。
[0008]IPM模块外部设置有高压泄放保护电路，所述高压泄放保护电路在IPM模块的V向下管与整流桥之间设置有外部电阻RX。
[0009]整流滤波模块包括有三相整流桥电路和滤波电容电路，整流滤波电路与IPM模块的P端和N端连接。
[0010]整流滤波电路上设置有启动电阻RT，所述启动电阻RT上并联有接触器Kl，接触器Kl通过继电器J9与功率管Q3连接，所述MCU芯片的OUTO脚与功率管Q3连接控制功率管Q3的导通。
[0011]本实用新型的有益效果是:
[0012]I)本实用新型采用MCU芯片控制，通过霍尔传感器对输出量进行采集并转换成数字信号回传至主控制模块，形成闭环伺服系统，并采用PID调节，控制IPM模块输出PWM的大小，达到可靠稳定的输出电流或电压，实现对磨床吸盘的可靠控制。本实用新型还具有智能调节、参数自动记忆、短路、漏电保护、高压泄放保护以及故障代码显示等先进功能。工作状态稳定，能够使吸盘彻底退磁，保证吸盘的正常工作；
[0013]2)本实用新型长时间工作发热量小、故障率低，退磁时间短、精度高、抗干扰性能强。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的功能实现框图；
[0015]图2是本实用新型电源供电电路结构示意图；
[0016]图3是本实用新型主工作电路结构示意图；
[0017]图4是本实用新型的短路、低压以及漏电保护电路结构示意图；
[0018]图5是本实用新型的操作面板及外部控制模块电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0020]本实用新型提供一种磨床吸盘充退磁控制器，如图1所示，一种磨床吸盘充退磁控制器，其特征在于，包括有整流滤波模块、IPM模块、输出回路、霍尔传感器、主控制模块、操作面板以及外部控制模块，所述整流滤波模块与IPM模块连接，IPM模块通过输出回路与吸盘连接，所述输出回路上设置有霍尔传感器，所述IPM模块、霍尔传感器、操作面板以及外部控制模块分别与主控制模块连接。
[0021]本实用新型的基本工作原理是:输入电源经整流滤波模块形成高压直流，经IPM模块内部的H桥回路，输出可变的PWM波，通过改变H桥的输出方向和PWM值的大小，实现输出电压或电流的变化从而控制磨床吸盘，以达到吸盘磁力的变化。
[0022]主控制模块采用MCU芯片控制，通过霍尔传感器对输出量进行采集并转换成数字信号回传至主控制模块，形成闭环伺服系统，主控制模块通过内部PID调节，控制IPM模块输出PWM的大小，达到可靠稳定的输出电流或电压，实现对磨床吸盘的可靠控制。同时主控制模块还具有智能调节、参数自动记忆、短路、漏电保护以及故障代码显示等先进功能。
[0023]具体实施时，如图2所示，开关电源在电源震荡芯片IC3和变压器Tl的高频震荡下，产生多组电压输出，在IC5和反馈光耦0P4的作用下，形成稳定的12V电压，经过IC7三端稳压后由+5、GND给主控制模块提供+5V电源供电；+15-2、GND2给IPM模块U相上臂提供15V电源；+15-3、GND3给IPM控制模块W相上臂提供15V电源；+15_l、GNDl给IPM模块下臂提供15V电源；+12、-12、GND给霍尔传感器提供+12V和-12V电源；+12_0、GNDO给外部控制模块提供12V电源。
[0024]如图3所示，在主回路部分，输入电源经三相整流桥DX和滤波电容C2-C8后形成高压直流(+500V)，输入到IPM模块内部P端(正极)和N端(负极)。为了防止IPM模块接通电源时启动电流过大，设计了软启动电路，当接通电源瞬间，电流经过启动电阻RT，经过2秒后，各滤波电容上的电压上升为正常电压的80%，主控制模块的MCU芯片IC6在OUTO脚输出高电平，使Q3导通，继电器J9闭合，接触器Kl闭合，将启动电阻RT短路，输入电源正常。
[0025]本电路利用IPM模块内部的U、W两相形成两相H桥回路，U、W端直接外接控制对象磨床吸盘FX，使输出更可靠稳定。H桥的上桥臂由UP端和WP端控制，下桥臂由UN端和WN端控制。H桥的工作原理如下:充磁时，UP端输入低电平，WP端输入高电平，UN端输入高电平，WN输入低电平，U端输出高电平，W端输出低电平，在负载磨床吸盘FX上形成从U到W的正向电压；当退磁时，U端到W端先形成负向电压，UP端输入高电平，WP端输入低电平，UN端输入低电平，WN端输入高电平，再形成正向电压，如此反复输出，输出电压幅度值同步减小，直到输出为零。根据不同材料的磁滞回线设计退磁曲线，即设定不同时间对应不同输出电压的大小和方向，在退磁过程中，输出回路输出正反方向的裳减电压，直到输出为零。在实际使用中用户只需调整退磁时间的长短，主控制模块自动完成退磁曲线的调整。从退磁效果看，磁精度高达2g/cm2，这样很好的解决了以前退磁不彻底的问题。
[0026]IPM模块的控制信号是由主控制模块的MCU芯片输出的PWM信号和极性转换信号Cl、C2通过光耦0P2、0P5、0P6以及0P7实现高低压隔离后共同输出到IPM模块的驱动端。IC4与非门对PWM、Cl、C2进行控制，防止驱动信号造成的上下桥臂直通，而损坏控制器。
[0027]PWM的控制是通过对电压反馈信号VOLTAGE或电流反馈信号1UT进行AD采样，通过主控制模块内部的PID算法控制PWM输出，形成闭环控制系统。PID控制过程可分为电压环和电流环。电压环是根据设定的输出电压值，输出PWM，将经过运放IC8的电压值采样后和设定的电压值进行比较，利用差值来修正PWM的输出值，达到输出电压恒定的目的。电流环是霍尔传感器JCl检测IPM模块U相输出的电流，通过运放IC8B后由1UT 口进入主控制模块MCU芯片进行AD采样，根据采样值与设定的电流值进行比较，当采样值大于设定值时，输出PWM值减小，输出电流值也随着减小，从而达到实际输出值和设定值一致；当采样到的电流值小于设定的电流值时，输出PWM值增大，输出电流值也随着增大，以达到设定值和输出值相等，从而实现恒流输出的目的。在实际电路中可根据负载的特性采用电流环或电压环，提高输出回路输出的稳定性和可靠性。
[0028]如图4所示，IPM模块内部每相的上桥臂和下桥臂都有设置有短路保护、低压保护和漏电保护电路，当检测到故障信号时IPM模块内部自动禁止输出同时发送故障信号，故障信号经过光耦0P1、0P3、0P8后输入主控制模块MCU芯片(IC6)的中断脚F0，即可中断IPM模块的触发信号。保证微秒级实现保护功能。这样很好的实现了人机安全，保证了安全生产的需求。当出现故障时，操作面板的数码管显示故障代码，说明故障点，例如显示E06，表示负载方面故障，可能是负载短路或漏电等故障。在充退磁工作过程中，由于负载吸盘的感量很大，会产生很高的反电动势，此反电动势有可能使IPM模块损坏，故此电路利用IPM模块的V相下管与外部电阻RX组成高压泄放保护电路；如图3所示，当母线电压经过R16和Rll分压的电压值TPldClA 2端)与IClA 3端的设定电压TP2比较，当TPl大于TP2时，比较器IClA反转，泄放电路工作，母线电压加到电阻RX上，使母线电压下降，当TPl大于TP2时，泄放电路关闭，从而实现高压泄放保护。
[0029]如图5所示，操作面板完成参数的设置和调节，LED6是数码管，主要显示差数和故障代码，K2是编码开关用于参数调解。按下编码开关，KEY2按键接通，进行参数设定；旋转K2，KEY3、KEY4相差90°接通，根据旋转的方向可以设定为按键加和按键减，实现差数值加减的功能。通过编码开关能够实现充磁电压、退磁时间以及联锁保护点等多个参数设置和参数调节。外部控制模块主要用来与工控机等外部控制设备连接，用于接受外部工控机的控制并进行数据管理和存储，来自工控机的外部控制信号通过接线端子J_DZ，经由光耦0P9和OPlO进入主控制模块。当外部信号接通接线端子J_DZ的2，3脚时，主控制模块MCU芯片的TCin脚为低电平，控制器进入充磁状态；当外部信号接通接线端子J_DZ的3，I脚时，主控制模块MCU芯片的CCin为低电平，控制器进入退磁状态。
[0030]以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点，上述实施方式和说明书只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由权利要求书及其等同物界定。
【权利要求】
1.一种磨床吸盘充退磁控制器，其特征在于，包括有开关电源模块、整流滤波模块、IPM模块、输出回路、采样模块、主控制模块、操作面板以及外部控制模块，所述整流滤波模块与IPM模块连接，IPM模块通过输出回路与吸盘连接，所述输出回路上设置有采样模块，所述IPM模块、采样模块、操作面板以及外部控制模块分别与主控制模块连接。
2.如权利要求1所述的磨床吸盘充退磁控制器，其特征在于，所述IPM模块内部采用Η桥驱动电路，所述采样模块的电流采样采用霍尔传感器，所述主控制模块采用MCU芯片，所述操作面板采用编码开关。
3.如权利要求2所述的磨床吸盘充退磁控制器，其特征在于，所述输出回路的电压值由运算放大器直接进行采样，输出回路的电流值由运算放大器通过霍尔传感器进行采样，运算放大器与MCU芯片的VOLTAGE脚和10UT脚连接将采样信号送至MCU芯片，MCU芯片输出PWM信号和极性转换信号通过光耦实现高低压对IPM模块进行驱动控制。
4.如权利要求2所述的磨床吸盘充退磁控制器，其特征在于，所述IPM模块内部设置有短路保护、低压保护以以及漏电保护电路，IPM模块通过光耦与MCU芯片的中断脚R)连接向主控制模块发送故障信号，操作面板上设置有数码管用以显示故障代码。
5.如权利要求2所述的磨床吸盘充退磁控制器，其特征在于，所述IPM模块外部设置有高压泄放保护电路，所述高压泄放保护电路在IPM模块的V向下管与整流桥之间设置有外部电阻RX。
6.如权利要求3、4或5任一所述的磨床吸盘充退磁控制器，其特征在于，所述整流滤波模块包括有三相整流桥电路和滤波电容电路，整流滤波电路与IPM模块的P端和N端连接。
7.如权利要求6所述的磨床吸盘充退磁控制器，其特征在于，所述整流滤波电路上设置有启动电阻RT，所述启动电阻RT上并联有接触器K1，接触器K1通过继电器J9与功率管Q3连接，所述MCU芯片的0UT0脚与功率管Q3连接控制功率管Q3的导通。
【文档编号】H01F13/00GK204189548SQ201420256593
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】王云富, 肖强, 杨莉 申请人:西安鸣士机电开发有限公司