CN107947652A - 用于直流有刷电机的控制***及其三态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于直流有刷电机的控制***及其三态控制方法，包括上位机控制器、单刀继电器、双刀继电器、直流电机，上位机控制器与单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组连接并控制其线圈绕组是否导通，所述双刀继电器有2个动触点分别为：动触点COM1和动触点COM2，还有2常闭静触点分别为：常闭静触点NC1和常闭静触点NC2，还有2个常开静触点分别为：常开静触点NO1、常开静触点NO2，所述单刀继电器有动触点COM和常闭静触点NC、常开静触点NO；动触点COM1与直流电机的A端连接，动触点COM2与直流电机的B端连接，常闭静触点NC1与常开静触点NO2连接后再与常开静触点NO连接，常闭静触点NC2与常开静触点NO1连接后接电源负极，常闭静触点NC空置，动触点COM接电源正极。

Description

用于直流有刷电机的控制***及其三态控制方法

技术领域

本发明属于伺服控制***技术领域，具体涉及一种用于直流有刷电机的控制***及其的三态控制方法。本发明可用于伺服控制***中的直流有刷电机控制，如机械臂、转台等。

背景技术

直流有刷电机通常有三种工作模式：正转、反转、停止，目前常用的控制方法为通过专用器件设计的伺服驱动器进行驱动控制，上位机控制器与伺服驱动器之间通过PWM接口和I/O接口进行控制。

该直流有刷电机的控制方式占用上位机控制器接口多、控制软件较复杂、伺服驱动器体积大，在不要求转速控制、空间占用较小和上位机控制接口有限的控制设备中不便于采用。

所以，需设计一种直流有刷电机的三态控制方法，可以实现直流有刷电机的正转、反转和停止三种工作模式控制，并且占用空间较小，对上位机控制器接口资源要求较低。

发明内容

本发明的目的在于提供用于直流有刷电机的控制***及其三态控制方法，实现直流电机正转、反转和停止三种工作模式控制，且在上述工作模式的切换过程中能完全保证***的安全性能，防止短路现象的出现，同时占用空间小、对上位机控制器接口要求低。

本发明通过下述技术方案实现：

用于直流有刷电机的控制***，包括上位机控制器、单刀继电器、双刀继电器、直流电机，上位机控制器与单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组连接并控制其线圈绕组是否导通，

所述双刀继电器有2个动触点分别为：动触点COM1和动触点COM2，还有2常闭静触点分别为：常闭静触点NC1和常闭静触点NC2，还有2个常开静触点分别为：常开静触点NO1、常开静触点NO2，所述单刀继电器有动触点COM和常闭静触点NC、常开静触点NO；

动触点COM1与直流电机的A端连接，动触点COM2与直流电机的B端连接，常闭静触点NC1与常开静触点NO2连接后再与常开静触点NO连接，常闭静触点NC2与常开静触点NO1连接后接电源负极，常闭静触点NC空置，动触点COM接电源正极。

本发明的工作原理为：停转状态控制：上位机控制器控制单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组都不导通时，常闭静触点NC与动触点COM导通，动触点COM与常开静触点NO不导通，因此直流有刷电机不工作。正转状态控制：上位机控制器先控制单刀继电器的线圈绕组导通、双刀继电器的线圈绕组不导通，单刀继电器切换到常开静触点NO，单刀继电器的动触点COM与常开静触点NO导通，直流电机的A端经动触点COM1、常闭静触点NC1、常开静触点NO、动触点COM后接入电源正极，直流电机的B端经动触点COM2、常闭静触点NC2后接入电源负极，直流电机正转。反转状态控制：上位机控制器接着直接控制双刀继电器的线圈绕组导通，单刀继电器的动触点COM与常开静触点NO依旧保持导通，双刀继电器切换到常开静触点NO1和常开静触点NO2，双刀继电器的动触点COM1与常开静触点NO1导通，双刀继电器的动触点COM2与常开静触点NO2导通，直流电机的B端经动触点COM2、常开静触点NO2、常开静触点NO、动触点COM后接入电源正极，直流电机的A端经动触点COM1、常开静触点NO1后接入电源负极，直流电机反转。

本发明与现有技术相比，有2大优势，第一，操作不繁琐，正转到反转操作是可以连续进行的，而传统技术需要停转，然后再启动反转操作。第二，本发明具有很高的安全性能，不会发生短路现象。本发明具有上述2大优势的理由如下：在现有技术中，也有采用上位机控制器、单刀继电器、双刀继电器来控制电机的正反转动的设备，但其技术是：火线经过单刀继电器的常开静触点NO是与双刀继电器的动触点COM1连接，零线和动触点COM2连接，然后双刀继电器的闭静触点NC1与常开静触点NO2连接后再与电机电源一端连接，常闭静触点NC2与常开静触点NO1连接后再与电机电源另一端，这种技术与本发明的技术的区别是本发明的双刀继电器的静触点与电源侧连接、动触点与电机连接，而现有技术的双刀继电器的静触点与电机连接、动触点与电源侧连接，通俗的讲，本发明与现有技术的区别是本发明的双刀继电器的接线方式与现有技术是相反的，由于继电器本身器件的设计目的是将一个电源分路切换控制到不同的路径，因此人们必须将继电器的动触点连接到电源侧，静触点连接到用电支路侧。因此基于继电器这种分路开关而言，久而久之，人们意识形态上习惯上都是按照上述现有技术的方案完成接线使用的。经过研究发现，虽然上述现有技术能实现电机的三态控制，但无法实现由正转到反转的直接控制，其切换过程中必须先关断单刀继电器，然后开启双刀继电器的换位切换后，再启动单刀继电器的接通电源，只有这样的操作情况下才能保证不短路的现象出现，其原因是：由于双刀继电器具有2个动触点，即2个刀闸，而由于本身制造的精度、行程等原因无法保证2个刀闸顺利的完成同步切换，而在单刀继电器继续保持接通电源时，对于双刀继电器而言，一旦一个刀闸先切换而另一个刀闸未能得到切换时，则会导致2个刀闸直接短路，而为了避免由于不同步导致的短路问题，现有技术以操作顺序的方式来解决，即先断开电源，待双刀继电器完全切换到位时再开启单刀继电器完成切换导通电源，虽然这种操作顺序的设置可以克服上述2个刀闸不同步带来的短路问题，但这种接线方式还有一个重要的缺点：我们都知道，对应开关器件而言，在切换过程中很多时候都会产生电弧问题，而电弧的产生容易使得2个触点连接，而对于上述现有技术而言，假设一个刀闸由于电弧问题导致了刀闸被焊接，而由于无法知晓继电器中刀闸是否被焊接，因此即使按照上述先断单刀继电器、再切换双刀继电器、再通单刀继电器的操作顺序也会导致刀闸短路，引起继电器的燃烧。而本发明中的接线方式则可以避免在单刀继电器导通电源的情况下，切换双刀继电器不会由于刀闸不同步而引起短路，其原理是：由于上述接线方式的变化，本发明的双刀继电器的静触点分为2组一组接正极一组接负极，且按照本发明的接线方式可以发现，当动触点COM1没有及时与静触点NC1分离的情况下，而此时动触点COM2已与静触点NO2连接时，此时电机的两端都接的是电源的正极，没有形成短路，因此设备是安全，即使当动触点COM1与静触点NC1被焊接时，在切换指令的情况下，依旧是使得电机的两端都接的是电源的正极，没有形成短路，因此，这种接线方式只会在上述问题无法避免的情况下将原来的短路变为同接同电位，因此更加安全和可靠，也就是说，现有技术解决短路的方法是利用复杂的操作顺序来解决，且这种解决方案依旧未能解决电弧焊接触点带来的短路问题，只能控制由于双刀不同步带来的短路问题，而本发明是采用的改变与传统习惯和违背继电器选路开关设计思想的这种接线方式，以此不经能解决不同步带来的短路问题，还能在刀闸被焊接的情况下也不发生短路情况，且这种接线方式可以直接保持单刀继电器的切换状态，无需频繁切换单刀继电器，操作更加高效、可靠和安全。

从上述本发明的工作过程可以看出，本发明有1个有点，在正转与反转的切换过程中，无需复位单刀继电器，可以直接在单刀继电器工作的基础上直接切换双刀继电器达到反转的目的，节约了过程步骤。

所述直流电机为直流有刷电机。

所述动触点COM接+24V直流电源正极，常闭静触点NC2与常开静触点NO1连接后接直流电源负极。

所述上位机控制器通过I/O接口与单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组连接。

控制***的控制方法，包括以下连续进行步骤：

步骤A：上位机控制器控制单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组都不导通时，直流有刷电机不工作；

步骤B：上位机控制器先控制单刀继电器的线圈绕组导通、双刀继电器的线圈绕组不导通，单刀继电器切换到常开静触点NO，单刀继电器的动触点COM与常开静触点NO导通，

直流电机的A端经动触点COM1、常闭静触点NC1、常开静触点NO、动触点COM后接入电源正极，直流电机的B端经动触点COM2、常闭静触点NC2后接入电源负极，直流电机正转；

步骤C：上位机控制器接着直接控制双刀继电器的线圈绕组导通，单刀继电器的动触点COM与常开静触点NO依旧保持导通，双刀继电器切换到常开静触点NO1和常开静触点NO2，双刀继电器的动触点COM1与常开静触点NO1导通，双刀继电器的动触点COM2与常开静触点NO2导通，

直流电机的B端经动触点COM2、常开静触点NO2、常开静触点NO、动触点COM后接入电源正极，直流电机的A端经动触点COM1、常开静触点NO1后接入电源负极，直流电机反转。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本发明采用的用于直流有刷电机控制的继电器三态控制方法，通过两个继电器组成逻辑控制电路，通过上位机控制器两个具有驱动继电器线包工作能力的I/O接口，即可实现对直流有刷电机的正转、反转和停止三种工作模式的控制，且占用空间小、控制软件简单。2、本发明采用的用于直流有刷电机控制的继电器三态控制方法，可推广应用于使用了直流有刷电机，不要求转速控制，体积要求小，上位机控制接口少的机械臂、转台等伺服控制***。3、更加安全、不会短路。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明的电路接线框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例一

如图1所示，

用于直流有刷电机的控制***，包括上位机控制器、单刀继电器、双刀继电器、直流电机，上位机控制器与单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组连接并控制其线圈绕组是否导通，

所述双刀继电器有2个动触点分别为：动触点COM1和动触点COM2，还有2常闭静触点分别为：常闭静触点NC1和常闭静触点NC2，还有2个常开静触点分别为：常开静触点NO1、常开静触点NO2，所述单刀继电器有动触点COM和常闭静触点NC、常开静触点NO；

动触点COM1与直流电机的A端连接，动触点COM2与直流电机的B端连接，常闭静触点NC1与常开静触点NO2连接后再与常开静触点NO连接，常闭静触点NC2与常开静触点NO1连接后接电源负极，常闭静触点NC空置，动触点COM接电源正极。

本发明的工作原理为：停转状态控制：上位机控制器控制单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组都不导通时，常闭静触点NC与动触点COM导通，动触点COM与常开静触点NO不导通，因此直流有刷电机不工作。正转状态控制：上位机控制器先控制单刀继电器的线圈绕组导通、双刀继电器的线圈绕组不导通，单刀继电器切换到常开静触点NO，单刀继电器的动触点COM与常开静触点NO导通，直流电机的A端经动触点COM1、常闭静触点NC1、常开静触点NO、动触点COM后接入电源正极，直流电机的B端经动触点COM2、常闭静触点NC2后接入电源负极，直流电机正转。反转状态控制：上位机控制器接着直接控制双刀继电器的线圈绕组导通，单刀继电器的动触点COM与常开静触点NO依旧保持导通，双刀继电器切换到常开静触点NO1和常开静触点NO2，双刀继电器的动触点COM1与常开静触点NO1导通，双刀继电器的动触点COM2与常开静触点NO2导通，直流电机的B端经动触点COM2、常开静触点NO2、常开静触点NO、动触点COM后接入电源正极，直流电机的A端经动触点COM1、常开静触点NO1后接入电源负极，直流电机反转。

本发明与现有技术相比，有2大优势，第一，操作不繁琐，正转到反转操作是可以连续进行的，而传统技术需要停转，然后再启动反转操作。第二，本发明具有很高的安全性能，不会发生短路现象。本发明具有上述2大优势的理由如下：在现有技术中，也有采用上位机控制器、单刀继电器、双刀继电器来控制电机的正反转动的设备，但其技术是：火线经过单刀继电器的常开静触点NO是与双刀继电器的动触点COM1连接，零线和动触点COM2连接，然后双刀继电器的闭静触点NC1与常开静触点NO2连接后再与电机电源一端连接，常闭静触点NC2与常开静触点NO1连接后再与电机电源另一端，这种技术与本发明的技术的区别是本发明的双刀继电器的静触点与电源侧连接、动触点与电机连接，而现有技术的双刀继电器的静触点与电机连接、动触点与电源侧连接，通俗的讲，本发明与现有技术的区别是本发明的双刀继电器的接线方式与现有技术是相反的，由于继电器本身器件的设计目的是将一个电源分路切换控制到不同的路径，因此人们必须将继电器的动触点连接到电源侧，静触点连接到用电支路侧。因此基于继电器这种分路开关而言，久而久之，人们意识形态上习惯上都是按照上述现有技术的方案完成接线使用的。经过研究发现，虽然上述现有技术能实现电机的三态控制，但无法实现由正转到反转的直接控制，其切换过程中必须先关断单刀继电器，然后开启双刀继电器的换位切换后，再启动单刀继电器的接通电源，只有这样的操作情况下才能保证不短路的现象出现，其原因是：由于双刀继电器具有2个动触点，即2个刀闸，而由于本身制造的精度、行程等原因无法保证2个刀闸顺利的完成同步切换，而在单刀继电器继续保持接通电源时，对于双刀继电器而言，一旦一个刀闸先切换而另一个刀闸未能得到切换时，则会导致2个刀闸直接短路，而为了避免由于不同步导致的短路问题，现有技术以操作顺序的方式来解决，即先断开电源，待双刀继电器完全切换到位时再开启单刀继电器完成切换导通电源，虽然这种操作顺序的设置可以克服上述2个刀闸不同步带来的短路问题，但这种接线方式还有一个重要的缺点：我们都知道，对应开关器件而言，在切换过程中很多时候都会产生电弧问题，而电弧的产生容易使得2个触点连接，而对于上述现有技术而言，假设一个刀闸由于电弧问题导致了刀闸被焊接，而由于无法知晓继电器中刀闸是否被焊接，因此即使按照上述先断单刀继电器、再切换双刀继电器、再通单刀继电器的操作顺序也会导致刀闸短路，引起继电器的燃烧。而本发明中的接线方式则可以避免在单刀继电器导通电源的情况下，切换双刀继电器不会由于刀闸不同步而引起短路，其原理是：由于上述接线方式的变化，本发明的双刀继电器的静触点分为2组一组接正极一组接负极，且按照本发明的接线方式可以发现，当动触点COM1没有及时与静触点NC1分离的情况下，而此时动触点COM2已与静触点NO2连接时，此时电机的两端都接的是电源的正极，没有形成短路，因此设备是安全，即使当动触点COM1与静触点NC1被焊接时，在切换指令的情况下，依旧是使得电机的两端都接的是电源的正极，没有形成短路，因此，这种接线方式只会在上述问题无法避免的情况下将原来的短路变为同接同电位，因此更加安全和可靠，也就是说，现有技术解决短路的方法是利用复杂的操作顺序来解决，且这种解决方案依旧未能解决电弧焊接触点带来的短路问题，只能控制由于双刀不同步带来的短路问题，而本发明是采用的改变与传统习惯和违背继电器选路开关设计思想的这种接线方式，以此不经能解决不同步带来的短路问题，还能在刀闸被焊接的情况下也不发生短路情况，且这种接线方式可以直接保持单刀继电器的切换状态，无需频繁切换单刀继电器，操作更加高效、可靠和安全。

从上述本发明的工作过程可以看出，本发明有1个有点，在正转与反转的切换过程中，无需复位单刀继电器，可以直接在单刀继电器工作的基础上直接切换双刀继电器达到反转的目的，节约了过程步骤。

所述直流电机为直流有刷电机。

所述动触点COM接+24V直流电源正极，常闭静触点NC2与常开静触点NO1连接后接直流电源负极。

所述上位机控制器通过I/O接口与单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组连接。

控制***的控制方法，包括以下连续进行步骤：

步骤A：上位机控制器控制单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组都不导通时，直流有刷电机不工作；

步骤B：上位机控制器先控制单刀继电器的线圈绕组导通、双刀继电器的线圈绕组不导通，单刀继电器切换到常开静触点NO，单刀继电器的动触点COM与常开静触点NO导通，

直流电机的A端经动触点COM1、常闭静触点NC1、常开静触点NO、动触点COM后接入电源正极，直流电机的B端经动触点COM2、常闭静触点NC2后接入电源负极，直流电机正转；

步骤C：上位机控制器接着直接控制双刀继电器的线圈绕组导通，单刀继电器的动触点COM与常开静触点NO依旧保持导通，双刀继电器切换到常开静触点NO1和常开静触点NO2，双刀继电器的动触点COM1与常开静触点NO1导通，双刀继电器的动触点COM2与常开静触点NO2导通，

直流电机的B端经动触点COM2、常开静触点NO2、常开静触点NO、动触点COM后接入电源正极，直流电机的A端经动触点COM1、常开静触点NO1后接入电源负极，直流电机反转。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.用于直流有刷电机的控制***，包括上位机控制器、单刀继电器、双刀继电器、直流电机，上位机控制器与单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组连接并控制其线圈绕组是否导通，其特征在于：

所述双刀继电器有2个动触点分别为：动触点COM1和动触点COM2，还有2常闭静触点分别为：常闭静触点NC1和常闭静触点NC2，还有2个常开静触点分别为：常开静触点NO1、常开静触点NO2，所述单刀继电器有动触点COM和常闭静触点NC、常开静触点NO；

动触点COM1与直流电机的A端连接，动触点COM2与直流电机的B端连接，常闭静触点NC1与常开静触点NO2连接后再与常开静触点NO连接，常闭静触点NC2与常开静触点NO1连接后接电源负极，常闭静触点NC空置，动触点COM接电源正极。

2.根据权利要求1所述的用于直流有刷电机的控制***，其特征在于，所述直流电机为直流有刷电机。

3.根据权利要求1所述的用于直流有刷电机的控制***，其特征在于，所述动触点COM接+24V直流电源正极，常闭静触点NC2与常开静触点NO1连接后接直流电源负极。

4.根据权利要求1所述的用于直流有刷电机的控制***，其特征在于，所述上位机控制器通过I/O接口与单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组连接。

5.基于权利要求1-4中任意一项用于直流有刷电机的控制***的三态控制方法，其特征在于，包括以下连续进行步骤：

步骤A：上位机控制器控制单刀继电器、双刀继电器的线圈绕组都不导通时，直流有刷电机不工作；

步骤B：上位机控制器先控制单刀继电器的线圈绕组导通、双刀继电器的线圈绕组不导通，单刀继电器切换到常开静触点NO，单刀继电器的动触点COM与常开静触点NO导通，

直流电机的A端经动触点COM1、常闭静触点NC1、常开静触点NO、动触点COM后接入电源正极，直流电机的B端经动触点COM2、常闭静触点NC2后接入电源负极，直流电机正转；

步骤C：上位机控制器接着直接控制双刀继电器的线圈绕组导通，单刀继电器的动触点COM与常开静触点NO依旧保持导通，双刀继电器切换到常开静触点NO1和常开静触点NO2，双刀继电器的动触点COM1与常开静触点NO1导通，双刀继电器的动触点COM2与常开静触点NO2导通，

直流电机的B端经动触点COM2、常开静触点NO2、常开静触点NO、动触点COM后接入电源正极，直流电机的A端经动触点COM1、常开静触点NO1后接入电源负极，直流电机反转。