CN113341843A - 一种低功耗工业自动化控制器及电机驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗工业自动化控制器及电机驱动方法，其包括：逻辑处理器，所述逻辑处理器电连接有电源电路；通讯电路，所述通讯电路与所述逻辑处理器电连接；电机驱动电路，所述电机驱动电路与所述逻辑处理器电连接；调速电位器模拟电压电路，所述调速电位器模拟电压电路与所述逻辑处理器电连接；继电器电路，所述继电器电路与所述逻辑处理器电连接，所述继电器电路与所述电机驱动电路驱动的电机电连接；传感器电路，所述传感器电路与所述逻辑处理电路电连接；以及其他电路、部件；配合对应的控制方法实现了对板料的快速运输、运输过程中的检测，提高***精度、可靠性、稳定性，进而提高设备的生产效率和降低成本。

Description

一种低功耗工业自动化控制器及电机驱动方法

技术领域

本发明涉及到嵌入式控制器领域，尤其涉及到一种工业自动化控制器及电机驱动方法。

背景技术

现有的SMT双轨单段和单轨双段步进电机接驳台(俗称过桥板)，一般是PLC配合传感器控制电机启动，进行物料的进给。但是传统的PLC控制器对于传感器接入信号的兼容性差，过桥板的适用场景狭窄，需要进行多次调整、改进才能适配新的使用环境，使用时需要额外配合电机驱动电路，对于步进电机、伺服电机的兼容性差，存在易过热易过流的问题，空间占用大、成本较高。继电器在长期使用下，其闭合易产生火花、发热甚至是熔断，存在安全隐患，同时使用寿命不长，导致整个***的安全可靠性低、运维成本高。

现有的过桥板的***控制方法兼容性差，适配时需要进行多次调整、修改，故障率高、性能稳定性较差。

因此，亟需一种能够解决以上一种或多种问题的低功耗工业自动化控制器及电机驱动方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的一种或多种问题，本发明提供了一种工业自动化控制器及电机驱动方法。本发明为解决上述问题采用的技术方案是：一种低功耗工业自动化控制器，其包括：逻辑处理器，所述逻辑处理器电连接有电源电路，所述电源电路用于给内部电路供电；

通讯电路，所述通讯电路与所述逻辑处理器电连接，所述通讯电路用于与外部设备通过有线或无线的方式进行数据交互；

电机驱动电路，所述电机驱动电路用于驱动电连接的电机，所述电机驱动电路与所述逻辑处理器电连接；

调速电位器模拟电压电路，所述调速电位器模拟电压电路与所述逻辑处理器电连接，所述调速电位器模拟电压电路输出电压参考值；

继电器电路，所述继电器电路与所述逻辑处理器电连接，所述继电器电路与所述电机驱动电路驱动的电机电连接；

传感器电路，所述传感器电路与所述逻辑处理电路电连接，所述传感器电路至少电连接有三个传感器。

进一步地，所述电机驱动电路包括：PWM电路、电机转向信号电路、电机使能信号电路、电机复位重置电路，所述电机驱动电路将与其电连接的电机状态数据反馈到所述逻辑处理器，所述逻辑处理器将所述电压参考值与所述电机状态数据进行比对，并通过所述电机驱动电路对电机进行调整。

进一步地，还包括：声光报警电路，所述声光报警电路与所述逻辑处理器电连接；

所述通讯电路用于烧录数据和输出数据，所述通讯电路包括：数据输出电路和数据输入电路，所述数据输出电路用于输出开关信号，所述数据输入电路用于输入开关输入信号。

进一步地，还包括：交流过零检测电路，所述交流过零检测电路与所述逻辑处理器电连接，所述交流过零检测电路将交流过零点反馈到所述逻辑处理器内，所述逻辑处理器根据算法控制所述继电器电路内的继电器的闭合时机。

以及上述一种低功耗工业自动化控制器的电机驱动方法，其包括以下步骤：

P010，初始状态，在待机或关机状态下设置电机运行的电压参考值，并通过通讯电路往逻辑处理器的ROM内写入，电压参考值由多个端点值组成或是函数曲线；

P020，参考值选用状态，为确保电压参考值实时对应电机的运行状态，逻辑处理器通过电机驱动电路换取电机运行时的状态数据，判断并选用实时对应的电压参考值，或者是电机的启动与调速电位器模拟电压电路输出电压参考值是同步进行的，选用的电压参考值和同步输出的电压参考值均称为电压参考真值；

P030，运行状态，将电机运行时的电压和调速电位器模拟电压电路输出的电压参考真值进行比较并得出比较电压差，逻辑处理器通过比较电压差来调整电机驱动电路对电机的输出电压，使得电机驱动电路对电机的实时输出电压贴近或等于电压参考真值；

P040，变换状态，根据电机运行模式决定是切换、循环、冻结、终止当前状态。

以及上述一种低功耗工业自动化控制器的控制方法，其包括以下步骤：

S010，待机状态，设备处于空闲状态并发出要板信号，等待前级的出板信号，所有电机处于停止状态；

S020，进板状态，当前级发出出板信号时，前端传感器检测是否有板进入，待前端传感器检测到有板进入，启动前端电机运输板料，并撤销当前设备的要板信号；

S030，待测状态，中间传感器检测板料是否运输到中间，当中间传感器检测到板料运输到中间时处于待PASS状态，中间电机在接受到PASS信号时启动，将板料运输到后端，反之中间电机处于停止状态，板料停留等待放行；

S040，待出板状态，后端传感器检测板料是否运输到后端，设备等待后级的要板信号，当后端传感器检测到板料运输到后端时，设备向后级发出出板信号，后端电机处于停止状态；

S050，出板状态，设备接收到后级的要板信号，启动后端电机将板料运输到下一级；

S060，完成状态，后端传感器检测到板料已经被运输出去后，转入到S010待机状态。

进一步地，还包括：S031，PASS管理，PASS信号由设备自动检测发出或人工检测发出，PASS信号发出时设备提示PASS信号已发出，PASS信号在检测后发出或是一直处于发出状态。

进一步地，还包括：S041，延时状态，后端传感器没有检测到板料运输到后端时，进入到出板延时状态，延时时间到达后转入到S010待机状态。

进一步地，还包括：S011，调整状态，操作者通过拨码器或控制器对电机和/或传感器进行手动控制，此时结束或冻结当前状态，结束当前状态过后进行复位，复位过后转入到S010待机状态。

本发明取得的有益价值是：本发明通过将逻辑处理器、通讯电路、电机驱动电路、继电器电路、传感器电路、调速电位器模拟电压电路以及其他电路电连接在一起，配合对应的控制方法，解决了对传感器接入信号兼容性差的缺点，并且能够根据不同的应用厂家灵活搭配组合，适用的工业场景更多，通过集成电机驱动电路，提高兼容性和解决传统电机驱动电路易过流易过热的问题，降低占用体积和成本；通过交流过零检测电路配合算法来选择继电器的闭合时机，解决继电器闭合式产生火花、发热甚至熔断起火等风险，提高***的安全可靠性，降低运维成本；通过使用对应的控制方法，提高生产效率、检测效率、***稳定性。以上极大地提高了本发明的实用价值。

附图说明

图1为本发明一种低功耗工业自动化控制器的运作示意图；

图2为本发明一种低功耗工业自动化控制器的连接示意框图；

图3为本发明一种低功耗工业自动化控制器的控制方法示意图；

图4为本发明一种低功耗工业自动化控制器的电机驱动方法示意图；

图5为本发明一种低功耗工业自动化控制器不使用电机驱动方法时的电压对比折线图；

图6为本发明一种低功耗工业自动化控制器使用电机驱动方法时的电压对比折线图。

【附图标记】

101···逻辑处理器

201···电源电路

301···通讯电路

302···数据输入电路

303···数据输出电路

401···电机驱动电路

501···继电器电路

601···传感器电路

701···声光报警电路

801···拨码器

901···调速电位器模拟电压电路

902···交流过零检测电路

1001···前端传感器

1002···中间传感器

1003···后端传感器

2001···前端电机

2002···中间电机

2003···后端电机

3001···板料

4001···传送带。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加浅显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例限制。

如图1-图2所示，本发明公开了一种低功耗工业自动化控制器，其包括：逻辑处理器101，所述逻辑处理器101电连接有电源电路201，所述电源电路201用于给内部电路供电；

通讯电路301，所述通讯电路301与所述逻辑处理器101电连接，所述通讯电路301用于与外部设备通过有线或无线的方式进行数据交互；

电机驱动电路401，所述电机驱动电路401用于驱动电连接的电机，所述电机驱动电路401与所述逻辑处理器101电连接(至少电连接三个电机)；

调速电位器模拟电压电路901，所述调速电位器模拟电压电路901与所述逻辑处理器101电连接，所述调速电位器模拟电压电路901输出电压参考值Vref；

继电器电路501，所述继电器电路501与所述逻辑处理器101电连接，所述继电器电路501与所述电机驱动电路401驱动的电机电连接，所述继电器电路501内的继电器数量一般是与电机的数量配合；

传感器电路601，所述传感器电路601与所述逻辑处理电路101电连接，所述传感器电路601至少电连接有三个传感器(分别是前端传感器2001、中间传感器2002、后端传感器2003)，传感器一般是光眼、红外、超声波等。

需要说明的是，上述电路集成在同一PCB上，所述电源电路201给内部各个电路供电，所述电源电路201可用于给电机供电。所述通讯电路301包含了232、485、TCP/IP等常用通讯方式。所述逻辑处理器101包括了芯片及***电路(ROM、RAM等)。所述通讯电路201用于烧录数据和输出数据，所述通讯电路201包括：数据输出电路303和数据输入电路302，所述数据输出电路303用于输出开关信号，所述数据输入电路302用于输入开关输入信号，进而与外部设备进行交互，组成系列流水线。

需要指出的是，所述逻辑处理器101内写入输入信号去抖滤波识别判断模块、业务逻辑模块、异常警告模块、信息管理模块、电机驱动模块等，业务逻辑模块用于根据不同的场景需要，去组合不同的逻辑接口实现业务逻辑的搭积木式构建；异常警告模块用于对***异常进行警告、恢复，并根据不同的异常等级进行响应，具备一定程度的自复位能力；信息管路模块用于管理用户信息、数据、日志等。

需要说明的是，所述电机驱动电路401包括：PWM电路、电机转向信号电路Dir、电机使能信号电路En、电机复位重置电路Reset，所述电机驱动电路401将与其电连接的电机状态数据反馈到所述逻辑处理器101，所述逻辑处理器101将所述电压参考值Vref与电机实时状态数据进行比对，并通过所述电机驱动电路401对电机进行调整。使得电机的运行电压尽量贴近甚至等于电压参考值Vref，进而起到高效率、高节能的目的，同时能够有效降低过流、过热的风险。

具体地，如图2所示，还包括：声光报警电路701，所述声光报警电路701与所述逻辑处理器101电连接，作用是：在***发生异常时对操作者进行警告提醒，同时还可以用来发送***运行状态指示信号。

具体地，如图2所示，还包括：交流过零检测电路902，所述交流过零检测电路902与所述逻辑处理器101电连接，所述交流过零检测电路902将交流过零点反馈到所述逻辑处理器101内，所述逻辑处理器101根据算法控制所述继电器电路501内的继电器的闭合时机。避免继电器闭合时，两端电压差过大，在闭合瞬间发生火花、发热甚至烧熔。所述交流过零检测电路902主要用于220V/350V交流电路中，提高设备整体可靠性。

具体地，如图2所示，还包括：拨码器801，所述拨码器801与所述逻辑处理器101电连接，所述拨码器801用于控制调整、切换电路的运行状态。所述拨码器801主要用于进行较为简单的人机交互操作，快速进行电机、传感器等的调试，***模式的切换。

以及一种低功耗工业自动化控制器的电机驱动方法，如图4所示，其包括以下步骤：

P010，初始状态，在待机或关机状态下设置电机运行的电压参考值，并通过通讯电路往逻辑处理器的ROM内写入，电压参考值由多个端点值组成或是函数曲线；

P020，参考值选用状态，为确保电压参考值实时对应电机的运行状态，逻辑处理器通过电机驱动电路换取电机运行时的状态数据，判断并选用实时对应的电压参考值，或者是电机的启动与调速电位器模拟电压电路输出电压参考值是同步进行的，选用的电压参考值和同步输出的电压参考值均称为电压参考真值；

P030，运行状态，将电机运行时的电压和调速电位器模拟电压电路输出的电压参考真值进行比较并得出比较电压差，逻辑处理器通过比较电压差来调整电机驱动电路对电机的输出电压，使得电机驱动电路对电机的实时输出电压贴近或等于电压参考真值；

P040，变换状态，根据电机运行模式决定是切换、循环、冻结、终止当前状态。

如：电机继续进行当前运作模式时，循环P030运行状态，电机切换运作模式时，进入P020参考值选用，电机结束当前运作模式时，进入P020参考值选用，电机故障时，停止电机运行。

如图4所示，P020参考值选用状态进入到P040变化状态时，可以是循环、冻结当前状态(若终止P020参考值选用状态，则是进行初始化)，或是切换到P010初始状态(操作人员控制进入切换)，P020参考值选用状态不进入P040变化状态时，在结束电压参考值选用后，自动进入到P030运行状态；P030运行状态进入到P040变化状态时，可以是循环、冻结当前状态(若终止P030运行状态，则会切换到P020参考值选用状态)，或是切换到P010初始状态(操作人员控制进入切换)。

如图5、图6所示，通过上述的电机驱动方法，可以使得电机运行的实际电压与电压参考值接近，进而避免电机扭矩、转速异常，降低传送带的运行精度，致使维护人员需要在更短的时间间隔内进行校准。同时有效控制电机的功率，节约电能，降低电机过流、过热的风险。如电机带动的传送带上放置的物料，每一批次的重量、数量是不同的，但是传送带的速度需要保持一致或是提速或减速后保持不变，而不同的物料会使得电机在速度不变时，扭矩变大或变小，进而影响电机的实际功率，而在电机电压没有进行调整时，电流会急剧变化，致使电机出现过流、过热的风险；在恒流的情况下，电压同样也会发生急剧变化，致使电路不稳定，甚至部分元器件发生击穿。需要指出的是，所述电机驱动电路会将电机实际的转速、转向、扭矩、电压、电流信号等数据发生到所述逻辑处理器内，通过内部算法进行调整。

以及上述低功耗工业自动化控制器的控制方法，此控制方法可以配合上述电机驱动方法进行处理，如图1、图2所示，其包括以下步骤：

S010，待机状态，设备处于空闲状态并发出要板信号，等待前级的出板信号，所有电机处于停止状态，传感器处于待机状态；

S011，调整状态，操作者通过拨码器或控制器对电机和/或传感器进行手动控制，此时结束或冻结当前状态，结束当前状态过后进行复位，复位过后转入到S010待机状态，冻结接触后恢复当前状态，操作者可以直接复位或重置整个***；

S020，进板状态，当前级发出出板信号时，前端传感器1001检测是否有板进入，待前端传感器1001检测到有板进入，启动前端电机2001运输板料，并撤销当前设备的要板信号，前端传感器1001在预设时间内没有检测到板料3001进入，则前端传感器1001会进入到无效状态，前端传感器1001在无效状态等待一定时间，时间到达后仍然没有检测到板料3001进入，则复位并转入到S010待机状态(根据需要可以设置在接受到操作者发出的等待解除指令后才能进行其他动作，否则维持本状态)；

S030，待测状态，中间传感器1002检测板料3001是否运输到中间，当中间传感器1002检测到板料3001运输到中间时处于待PASS状态，中间电机2002在接受到PASS信号时启动，将板料3001运输到后端，反之中间电机2002处于停止状态，板料3001停留等待放行，中间传感器1002在预设时间内没有检测到板料3001进入，则中间传感器1002会进入到无效状态，中间传感器1002在无效状态等待一定时间，时间到达后仍然没有检测到板料3001进入，则复位并转入到S010待机状态(根据需要可以设置在接受到操作者发出的等待解除指令后才能进行其他动作，否则维持本状态)；

S031，PASS管理，PASS信号由设备自动检测发出或人工检测发出，PASS信号发出时设备提示PASS信号已发出，PASS信号在检测后发出或是一直处于发出状态(板料3001直接PASS通过，无需检测)；

S040，待出板状态，后端传感器1003检测板料3001是否运输到后端，设备等待后级的要板信号，当后端传感器1003检测到板料3001运输到后端时，设备向后级发出出板信号，后端电机2003处于停止状态；

S041，延时状态，后端传感器1003没有检测到板料3001运输到后端时，进入到出板延时状态，延时时间到达后复位并转入到S010待机状态；

S050，出板状态，设备接收到后级的要板信号，启动后端电机2003将板料3001运输到下一级；

S060，完成状态，后端传感器1003检测到板料3001已经被运输出去后，转入到S010待机状态，若后端传感器1003检测到板料3001在预设时间内仍然没有被运输出去，则进入等待状态，并发出异常警告同时记录到日志，等待一定时间后(根据需要可以设置在接受到操作者发出的等待解除指令后才能进行其他动作，否则维持本状态)，复位并转入到S010状态。

需要说明的是，解除冻结后，继续进行本状态的工作，一般是从本状态开始端重新执行本状态的工作，电机和/或传感器根据需要设置复位或维持。所述前端电机2001、所述中间电机2002、所述后端电机2003的驱动方法参照上述的电机驱动方法。

参照图1-图3所示，图3中的虚线部分表示互相交互连通，本发明所公开的工业自动化控制器和其控制方法，能够有益地结合在一起，实现对板料的快速转移运输、运输途中的检测，便于在中途进行NG/OK，***精度高、容错率高，进而提高了整体生产效率。

综上所述，本发明通过将逻辑处理器101、通讯电路301、电机驱动电路401、继电器电路501、传感器电路601以及其他电路电连接在一起，配合对应的控制方法，解决了对传感器接入信号兼容性差的缺点，并且能够根据不同的应用厂家灵活搭配组合，适用的工业场景更多，通过集成电机驱动电路，提高兼容性和解决传统电机驱动电路易过流易过热的问题，降低占用体积和成本；通过交流过零检测电路配合算法来选择继电器的闭合时机，解决继电器闭合式产生火花、发热甚至熔断起火等风险，提高***的安全可靠性，降低运维成本；通过使用对应的控制方法，提高生产效率、检测效率、***稳定性。以上极大地提高了本发明的实用价值。

以上所述的实施例仅表达了本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种低功耗工业自动化控制器，其特征在于，包括：逻辑处理器，所述逻辑处理器电连接有电源电路，所述电源电路用于给内部电路供电；

通讯电路，所述通讯电路与所述逻辑处理器电连接，所述通讯电路用于与外部设备通过有线或无线的方式进行数据交互；

电机驱动电路，所述电机驱动电路用于驱动电连接的电机，所述电机驱动电路与所述逻辑处理器电连接；

调速电位器模拟电压电路，所述调速电位器模拟电压电路与所述逻辑处理器电连接，所述调速电位器模拟电压电路输出电压参考值；

继电器电路，所述继电器电路与所述逻辑处理器电连接，所述继电器电路与所述电机驱动电路驱动的电机电连接；

传感器电路，所述传感器电路与所述逻辑处理电路电连接，所述传感器电路至少电连接有三个传感器。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗工业自动化控制器，其特征在于，所述电机驱动电路包括：PWM电路、电机转向信号电路、电机使能信号电路、电机复位重置电路，所述电机驱动电路将与其电连接的电机状态数据反馈到所述逻辑处理器，所述逻辑处理器将所述电压参考值与所述电机状态数据进行比对，并通过所述电机驱动电路对电机进行调整。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗工业自动化控制器，其特征在于，还包括：声光报警电路，所述声光报警电路与所述逻辑处理器电连接；

所述通讯电路用于烧录数据和输出数据，所述通讯电路包括：数据输出电路和数据输入电路，所述数据输出电路用于输出开关信号，所述数据输入电路用于输入开关输入信号。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗工业自动化控制器，其特征在于，还包括：交流过零检测电路，所述交流过零检测电路与所述逻辑处理器电连接，所述交流过零检测电路将交流过零点反馈到所述逻辑处理器内，所述逻辑处理器根据算法控制所述继电器电路内的继电器的闭合时机。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述的一种低功耗工业自动化控制器的电机驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

P010，初始状态，设置电机运行的电压参考值，电压参考值由多个端点值组成或是函数曲线；

P020，参考值选用状态，为确保电压参考值实时对应电机的运行状态，逻辑处理器通过电机驱动电路换取电机运行时的状态数据，判断并选用实时对应的电压参考值，或者是电机的启动与调速电位器模拟电压电路输出电压参考值是同步进行的，选用的电压参考值和同步输出的电压参考值均称为电压参考真值；

P030，运行状态，将电机运行时的电压和调速电位器模拟电压电路输出的电压参考真值进行比较并得出比较电压差，逻辑处理器通过比较电压差来调整电机驱动电路对电机的输出电压，使得电机驱动电路对电机的实时输出电压贴近或等于电压参考真值；

P040，变换状态，根据电机运行模式决定是切换、循环、冻结、终止当前状态。

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