机床保护用电流电压采集电路的制作方法

1.本实用新型实施例涉及机床监控保护技术领域，尤其涉及一种机床保护用电流电压采集电路。


背景技术：

2.机床的加工精度高，加工零件质量稳定，生产效率高，能显著减轻工人劳动强度，调试好程序后基本上不再需要人员干预，便于现代化管理。然而，机床(加工中心、车床、铣床、车铣复合、磨床及一些专用机床等)在加工过程中的有时会出现机床撞机事故，其中，机床撞机是指由于误操作、程序设计错误、系统异常等各种各样的意外导致机床的加工部件发生碰撞，一旦出现机床撞机，轻则刀具损毁，重则工作台、主轴等核心部件报废，不仅会产生巨大的维修费用，而且停机维修影响企业正常生产。因此，亟需一种机床撞机保护方案，保护机床加工部件不会被严重损坏，一种可行的机床撞机保护方案是通过监测机床主轴电机的功率值判断机床是否发生撞机，并在第一时间控制机床停机，减轻或避免机床撞机的损失，但是，要想实时监控机床主轴电机的功率值，就需要实时采集机床主轴电机的电流电压，可是现有的电流电压采集电路采集到的数据波纹和毛刺大，噪声大，而且功耗高，精度低，无法满足机床撞机保护方案的需要。


技术实现要素：

3.为解决相关技术问题，本实用新型提供一种机床保护用电流电压采集电路，来解决以上背景技术部分提到的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型实施例采用如下技术方案：
5.本实用新型实施例提供了一种机床保护用电流电压采集电路，该电路包括：交流电压一级放大电路、电流采集模块、交流电流一级放大电路以及二极放大电路；所述交流电压一级放大电路的一端与机床主轴电机的供电电源线或电压采集模块连接，另一端连接所述二极放大电路；所述电流采集模块安装在机床主轴电机的供电电源线上，所述交流电流一级放大电路的一端连接所述电流采集模块，另一端连接所述二极放大电路。
6.作为一种可选的实施方式，所述交流电压一级放大电路包括交流电压输入端、限流电阻r0、采样电阻r1、电容c1、电阻r2、运算放大器u0、电阻r3及输出端l1out；其中，交流电压输入端的一端连接机床主轴电机的供电电源线，另一端连接限流电阻r0的一端，限流电阻r0的另一端与采样电阻r1的一端、电容c1的一端、运算放大器u0同相输入端连接，采样电阻r1的另一端接地，电容c1的另一端接地，运算放大器u0反向输入端与电阻r2的一端、电阻r3的一端连接，电阻r2的另一端接地，电阻r3的另一端与运算放大器u0输出端连接后接输出端l1out。
7.作为一种可选的实施方式，所述交流电流一级放大电路包括交流电流输入端、采样电阻r10、电阻r11、电容c2、电阻r12、运算放大器u1、电阻r13以及电阻r14；其中，所述交流电流输入端连接电流采集模块，采样电阻r10的一端与电阻r11的一端连接后接交流电流
输入端，采样电阻r10的另一端接地，电阻r11的另一端与电容c2的一端、运算放大器u1的同相输入端连接，电容c2的另一端接地，运算放大器u1的反向输入端与电阻r12的一端、电阻r13的一端、电阻r14的一端连接，电阻r13的另一端与电阻r14的另一端连接后连接输出端l1out和运算放大器u1的输出端。
8.作为一种可选的实施方式，所述二极放大电路包括电阻r30、电阻r31、电阻r32、电阻r33、电阻r34、电容c3、电容c4、电阻r35、电阻r36、电容c5、运算放大器u2以及电容c6；其中，所述电阻r30的一端连接所述输出端l1out，电阻r30的另一端与电阻r31的一端连接后的结点连接电阻r33的一端，电阻r31的另一端与运算放大器u2同相输入端、电容c3的一端连接，电容c3的另一端与运算放大器u2同相输入端、电容c3的一端连接，电容c3的另一端与电阻r32的一端、运算放大器u2的负极电源端连接，电阻r32的另一端与电阻r33的另一端连接；所述电阻r35的一端连接地，电阻r35的另一端与电阻r34的一端连接后的结点连接电阻r37的一端，电阻r34的另一端与运算放大器u2反相输入端、电容c6的一端连接，电容c6的另一端与运算放大器u2同相输入端、电容c6的一端连接，电容c4的一端与电容c5的一端连接后接地，电容c4的另一端与电容c5的另一端连接后接运算放大器u2，电容c6的另一端与电阻r36的一端、运算放大器u2的正极电源端连接，电阻r36的另一端与电阻r37的另一端连接。
9.作为一种可选的实施方式，所述电流采集模块采用霍尔电流传感器。
10.作为一种可选的实施方式，所述电压采集模块采用霍尔电压传感器。
11.本实用新型实施例提供的机床保护用电流电压采集电路通过交流电压一级放大电路、交流电流一级放大电路以及二极放大电路实现对机床主轴电机的电流电压数据的采集，噪声小，精度高，毛刺小，而且结构简单，成本低，适宜推广应用。
附图说明
12.为了更清楚地说明及理解本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型背景技术、实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
13.图1为本实用新型实施例提供的交流电压一级放大电路结构图；
14.图2为本实用新型实施例提供的交流电流一级放大电路结构图；
15.图3为本实用新型实施例提供的二极放大电路结构图。
具体实施方式
16.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
17.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
18.本实施例中机床保护用电流电压采集电路包括：交流电压一级放大电路、电流采集模块、交流电流一级放大电路以及二极放大电路；所述交流电压一级放大电路的一端与机床主轴电机的供电电源线或电压采集模块连接，另一端连接所述二极放大电路；所述电流采集模块安装在机床主轴电机的供电电源线上，所述交流电流一级放大电路的一端连接所述电流采集模块，另一端连接所述二极放大电路。
19.示例性的，在本实施例中机床保护用电流电压采集电路采用直接采集机床主轴电机的供电电源线上的交流电压的方式获得，但并不局限于此，也可以通过电压采集模块采集供电电源线上的交流电压，其中，在实际应用中所述电压采集模块优选霍尔电压传感器。
20.示例性的，在本实施例中如图1所示，图1为本实用新型实施例提供的交流电压一级放大电路结构图。所述交流电压一级放大电路包括交流电压输入端、限流电阻r0、采样电阻r1、电容c1、电阻r2、运算放大器u0、电阻r3及输出端l1out；其中，交流电压输入端的一端连接机床主轴电机的供电电源线，另一端连接限流电阻r0的一端，限流电阻r0的另一端与采样电阻r1的一端、电容c1的一端、运算放大器u0同相输入端连接，采样电阻r1的另一端接地，电容c1的另一端接地，运算放大器u0反向输入端与电阻r2的一端、电阻r3的一端连接，电阻r2的另一端接地，电阻r3的另一端与运算放大器u0输出端连接后接输出端l1out。
21.示例性的，在本实施例中限流电阻r0为交流电压输入端的限流电阻，采样电阻r1为交流电压的采样电压电阻，工作时，将交流220v以及以上的电压按照公式(vin*r1/(r0+r1))转换成
±
15v范围的交流电，输出给运算放大器u0，方便其采集。opa314运算放大器作为音频放大电路中常用的运放芯片，对于噪声和失真的处理效果很好，因此，在本实施例中所述运算放大器u0优选但不限于采用ti(德州仪器)opa314运算放大器，用来作为交流电的电流电压采样，整个交流电压一级放大电路的噪音z＝√((inrs)^2*en^2+4ktrs)rs＝r2||r3,示例性的，当rs＝2k左右时，整个运放的噪声最低，本实施例优选r2＝2.7k，r3＝4.7k。
22.示例性的，在本实施例中如图2所示，图2为本实用新型实施例提供的交流电流一级放大电路结构图，所述交流电流一级放大电路包括交流电流输入端、采样电阻r10、电阻r11、电容c2、电阻r12、运算放大器u1、电阻r13以及电阻r14；其中，所述交流电流输入端连接电流采集模块，采样电阻r10的一端与电阻r11的一端连接后接交流电流输入端，采样电阻r10的另一端接地，电阻r11的另一端与电容c2的一端、运算放大器u1的同相输入端连接，电容c2的另一端接地，运算放大器u1的反向输入端与电阻r12的一端、电阻r13的一端、电阻r14的一端连接，电阻r13的另一端与电阻r14的另一端连接后连接输出端l1out和运算放大器u1的输出端。
23.示例性的，在本实施例中机床保护用电流电压采集电路中电流采集模块采用但不限于霍尔电流传感器，由于霍尔电流传感器输出的电流小，在本实施例中通过采样电阻r10对电流进行初步采样，将电流转换成
±
15v的交流电压，传入到运算放大器u1中，在本实施例中rs＝r12||(r13||r14)。示例性的，在本实施例中所述运算放大器u1优选但不限于采用ti的opa314运算放大器。
24.在所述交流电压一级放大电路和交流电流一级放大电路对机床主轴电机供电电源线上的电流电压，进行采样及降噪处理后，为了实现处理后的实际电流电压能够被ad模块采样，在本实施例中设计了二极放大电路。示例性的，如图3所示，图3为本实用新型实施例提供的二极放大电路结构图，在本实施了中所述二极放大电路包括电阻r30、电阻r31、电
阻r32、电阻r33、电阻r34、电容c3、电容c4、电阻r35、电阻r36、电容c5、运算放大器u2以及电容c6；其中，所述电阻r30的一端连接所述输出端l1out，电阻r30的另一端与电阻r31的一端连接后的结点连接电阻r33的一端，电阻r31的另一端与运算放大器u2同相输入端、电容c3的一端连接，电容c3的另一端与运算放大器u2同相输入端、电容c3的一端连接，电容c3的另一端与电阻r32的一端、运算放大器u2的负极电源端连接，电阻r32的另一端与电阻r33的另一端连接；所述电阻r35的一端连接地，电阻r35的另一端与电阻r34的一端连接后的结点连接电阻r37的一端，电阻r34的另一端与运算放大器u2反相输入端、电容c6的一端连接，电容c6的另一端与运算放大器u2同相输入端、电容c6的一端连接，电容c4的一端与电容c5的一端连接后接地，电容c4的另一端与电容c5的另一端连接后接运算放大器u2，电容c6的另一端与电阻r36的一端、运算放大器u2的正极电源端连接，电阻r36的另一端与电阻r37的另一端连接。在本实施了中通过所述二极放大电路将采样电压转换到0-5v范围内。在本实施例中运算放大器u2优选使用超低功耗、带宽145mhz的全差分轨到轨负反馈芯片ths4521，经过反复实验发现将其应用在电流电压采集效果非常理想，通过芯片第二管脚将基准电压调整为2.5v，即实际交流电流电压大于0v时，ad采样电压大于2.5v，否则采样电压小于2.5v，实现处理后的实际电流电压能够被ad模块采样。
25.本实用新型实施例的技术方案通过交流电压一级放大电路、交流电流一级放大电路以及二极放大电路实现对机床主轴电机的电流电压数据的采集，噪声小，精度高，毛刺小，而且结构简单，成本低，适宜推广应用。
26.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由本技术的权利要求书指出。
27.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求书来限制。
28.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。