一种伺服电机内置编码器信号处理电路及其信号处理模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种信号处理电路及其信号处理模块，尤其涉及一种伺服电机内 置编码器信号处理电路及其信号处理模块。
【背景技术】
[0002] 伺服电机内置编码器的输出信号在没有获得数字化传输之前，要么是模拟量信 号，要么TTL方波信号。根据内置编码器（传感器）的不同，输出信号的形式有所差别：
[0003] 1、SIN/C0S编码器：增量编码器A/B(lVpp) +绝对位置C/D(lVpp) +参考点（R); [0004] 2、SIN/C0S编码器：增量编码器A/B(lVpp) +参考点（R);
[0005] 3、EnDat编码器：串行输出的SIN/C0S增量编码器A/B(lVpp);
[0006] 4、SIN/C0S编码器：增量编码器A/B(lVpp)+SSI;
[0007] 5、绝对值编码器：SSI;
[0008] 6、旋转变压器：AP+AN;BP+BN;
[0009] 7、TTL编码器：TTL方波A/B(ITL)+Z(TTL)。
[0010] 伺服电机内置的编码器输出信号能否实现数字化传输，是决定一个数控系统是否 是全数字交流伺服数控系统的标志。发改高改字[2014]2072号文件规定：实现交流伺服驱 动内部控制及测量器的全数字化，采用现场总线的数字化控制接口技术。这里说的测量器 指的就是伺服电机内置编码器，它是用来测量实际位置值和实际速度值的传感器。
[0011] 全数字交流伺服数控系统通过内置编码器的伺服电机12与伺服电机驱动器11的 配合实现，如图1、图2所示。伺服电机12包括内置编码器信号处理121、电机线圈14、电机 制动15、电机温度测量（KTY) 16。内置编码器信号处理121接收编码器信号，处理后通过接 口 13、现场总线或实时以太网传输至伺服电机驱动器11。电机线圈14、电机制动15通过电 机及动力电源接口 17连接至伺服电机驱动器11。另外，内置编码器信号处理121内可包括 对主轴电机内部温度传感器的控制，如图2所示的PTC和KTY16以及如图1所示的KTY16。 【实用新型内容】
[0012] 本实用新型提供一种实现编码器信号数字化安全传输的伺服电机内置编码器信 号处理电路及其信号处理模块。
[0013] 本实用新型的解决方案是：一种伺服电机内置编码器信号处理电路，其用于对同 一编码器的输入信号Asina、Bc〇Sa、R进行了位置信息、校验信息的冗余控制并由此生成 数字信号；所述数字信号以报文的形式通过现场总线传递给伺服电机驱动器；所述编码器 信号处理电路包括：方波信号转换器，其用于将编码器输入信号Asina、Bcosa、R并分别 转换成方波信号；其中，A、B分别表不三相交流电中的A相信号、B相信号，a表不一个信 号周期内的电气角，R表示编码器每圈经历的绝对位置参考点；信号处理器一，其表征通道 一，用于将转换成方波信号的编码器输入信号Asina、Bcosa、R处理成待传输信号一；信 号处理器二，其表征通道二，用于将转换成方波信号的编码器输入信号Asina、Bcosa、R 处理成待传输信号二；仲裁器，其用于判断两个待传输信号是否相同，如相同则将两个通道 中的位置信息叠加到标准报文字段中输出，形成的数据流通过现场总线或实时以太网传递 给伺服电机驱动器。
[0014] 作为上述方案的进一步改进，所述信号处理器一包括：倍频器一，其用于对编码器 输入信号Asina、Bcosa进行4倍频；参考点寄存器一，其用于记载编码器输入信号R并形 成编码器每圈经历的绝对位置轨迹一；粗计数器一，其用于根据绝对位置轨迹一对4倍频 后的编码器输入信号Asina、Bcosa计算出粗位置值一，并根据所述粗位置值一衍生出速 度值一，所述粗位置值一、所述速度值一依次形成代码一；CRC校验器一，其用于在所述代 码一的最低位设置校验码形成所述待传输信号一，所述待传输信号一的一个周期内容为： 粗位置值一、速度值一、状态值一；
[0015] 对应地，所述信号处理器二包括：倍频器二，其用于对编码器输入信号Asina、 Bcosa进行4倍频；参考点寄存器二，其用于记载编码器输入信号R并形成编码器每圈经 历的绝对位置轨迹二；粗计数器二，其用于根据绝对位置轨迹一对4倍频后的编码器输入 信号Asina、Bcosa计算出粗位置值二，并根据所述粗位置值二衍生出速度值二，所述粗 位置值二、所述速度值二依次形成代码二；CRC校验器二，其用于在所述代码二的最低位设 置校验码形成所述待传输信号二，所述待传输信号二的一个周期内容为：粗位置值二、速度 值二、状态值二。
[0016] 优选地，所述信号处理器一还包括精细计数器；所述精细计数器根据公式（1)获 得机械角知：
公式（1)，其中，N为编码器的分辨率，每转信 号周期数；Z为活动的信号周期数量；a为一个信号周期内的电气角
^为一个信号周期内的机械角；所述精细计数器还根据公式⑵获得转速n:
公式（2)，所述精细计数器根据机械角As和转速n对所述粗位置值一 插值细分形成所述精细位置值，使所述代码一的一个周期内的内容变更成粗位置值一、速 度值一、精细位置值，相应的所述待传输信号一的一个周期内的内容变更成粗位置值一、速 度值一、精细位置值、状态值一。
[0017] 优选地，所述信号处理器一集成为芯片CPU1，所述信号处理器二集成为芯片 CPU2,所述仲裁器设置有总线接口并与所述总线接口集成为芯片CPU3。
[0018] 优选地，所述信号处理器一与所述信号处理器二一同集成为芯片CPU4,所述仲裁 器设置有总线接口并与所述总线接口集成为芯片CPU3。
[0019] 优选地，所述信号处理器一、所述信号处理器二、所述仲裁器一同集成为芯片 CPU5〇
[0020] 作为上述方案的进一步改进，所述编码器信号处理电路还包括温度传感器信号 器，所述温度传感器信号器用于测量电机定子线圈的温度，得到的温度值作为传输报文的 组成成分，属于数据流的一个周期传送信息："待传输信号一、待传输信号二、温度值"。
[0021] 本实用新型还提供一种伺服电机内置编码器信号处理模块，其采用上述任意伺服 电机内置编码器信号处理电路，所述伺服电机内置编码器信号处理电路设计为通用模块。
[0022] 本实用新型的一种伺服电机内置编码器信号处理电路及其信号处理模块，用于分 析、处理各种编码器的输入信号，并把这些模拟量性质的输入信号，转变成数字信号，以报 文的形式通过现场总线、实时以太网传递给伺服电机驱动器，这些数字信号包括实际位置 值和实际速度值。在实际应用中，用两颗CPU对同一编码器输入信号进行了位置信息、校验 信息的冗余控制，并用其中的一颗CPU对输入的编码器信号进行了精细位置计算和安全控 制。编码器输入信号经过冗余、安全控制后生成数字信号以报文的形式通过现场总线或实 时以太网传递给伺服电机驱动器。
[0023] 尤其是伺服电机内置编码器信号处理模块，因为做成模块式，可直接在厂区安装， 方便生产、运输、使用。
【附图说明】
[0024] 图1为进给轴全数字交流伺服数控系统的结构示意图。
[0025] 图2为主轴全数字交流伺服数控系统的结构示意图。
[0026] 图3为本实用新型较佳实施例的伺服电机内置编码器信号处理电路示意图。
[0027] 图4为图3中的一种具体实现方式。
[0028] 图5为图3中的另一种具体实现方式。
[0029] 图6为图3中的又一种具体实现方式。
[0030] 图7为本实用新型信号处理电路的仲裁器的实现方式示意图。
[0031] 图8为采用类似图3中编码器信号处理电路实现的第1种数据流的数据流向示意 图。
[0032] 图9为采用类似图3中编码器信号处理电路实现的第2种数据流的数据流向示意 图。
[0033] 图10为采用类似图3中编码器信号数字化安全传输装置实现的第3种数据流的 数据流向示意图。
[0034] 图11为采用类似图3中编码器信号数字化安全传输装置实现的第4种数据流的 数据流向示意图。
[0035] 图12为实现图3中全系列编码