机床直流步进电机电流变化调整预警系统

技术领域

本发明涉及一种机床预警系统，尤其涉及一种机床直流步进电机电流变化调整预警系统。

背景技术

在数控机床中广泛使用有直流步进电机，用于对被加工件的进给量等进行控制，现有技术中，为了对直流步进电机的驱动电流进行控制，往往会在步进电机的励磁绕组串联电阻来进行电流的控制，但是，这种控制仅仅限于固定限流，步进电机的励磁绕组的电流变化有两方面，一方面是荷载不平衡引起，另一方面时由于电源故障引起，一般来说，电源的输出都是较为恒定的，当由于步进电机的荷载不平衡导致电流增大时，则不能通过电源来调整不仅电机的电流，如果通过电源的来调整电流，则电源自身的结构变得复杂，体积增大，对于新制造的数控机床来说，可以通过设定新的电源实现，但是，对于既定的机床来说，则无法实现，如果单单改变电源，那么影响机床的布置，甚至无法安装电源。

另一方面，现有技术中，当步进电机的工作电流增大后，现有技术则不能够准确判断出故障情况，从而不利于进行后续维修处理。

因此，为了解决上述技术问题，继续提出一种新的技术手段。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种机床直流步进电机电流变化调整预警系统，能够在直流步进电机的励磁绕组的电流增增大时对励磁绕组的电流进行准确控制调整，而且整个电路结构简单，无需对既定机床的电源做出改变，而且能够在工作电流出现变化后准确判断出故障原因，从而利于后续的处理。

本发明提供一种机床直流步进电机电流变化调整预警系统，包括调整控制电路、第一采样电路、第二采样电路以及控制芯片；

所述调整控制电路，其输入端连接于直流电源，其输出端连接于直流步进电机的输入端，用于接收控制芯片输出的控制命令向直流步进电机输出不同电流的直流电；

所述第一采样电路，用于采集调整控制电路的输入电流并将电流采样信号输出至控制芯片；

所述第二采样电路，用于采集直流步进电机的励磁绕组的电流并将电流采样信号输出至控制芯片；

所述控制芯片，根据第二采样电路输出的电流信号向调整控制电路输出不同频率的PWM控制信号，控制调整控制电路输出与PWM控制信号对应电流的直流电，且控制芯片根据第一采样电路和第二采样电路输出的电路采样信号进行故障预警。

进一步，所述控制芯片控制调整控制电路输出与PWM控制信号对应电流的直流电包括：

控制芯片接收第二采样电路输出的电流信号并计算出励磁绕组工作时的电流值；

控制芯片计算励磁绕组工作时的电流值减去设定的电流阈值得到差值△I，如果△I处于范围[-I

进一步，控制芯片根据第一采样电路和第二采样电路输出的电流采样信号进行故障预警包括：

当差值△I>I

当△I<-I

进一步，所述调整控制电路包括电流调整电路和驱动控制电路；

电流调整电路的输入端连接于直流电源，电流调整电路的输出端连接于步进电机的输入端，电流调整电路的控制输入端连接于驱动控制电路的控制输出端，驱动控制电路的控制输入端连接于控制芯片。

进一步，所述电流调整电路包括电感L1、电容C1、电阻R9、电阻R5、NMOS管Q1；

电阻R5的一端作为电流调整电路的输入端，电阻R5的另一端通过电感L1连接于电容C1的一端，电容C1的另一端连接于二极管D1的正极，二极管D1的负极连接于步进电机的励磁绕组XL的输入端，二极管D1的正极通过电阻R9接地，NMOS管Q1的漏极连接于电感L1和电容C1之间的公共连接点，NMOS管Q1的源极接地，NMOS管的栅极连接于驱动控制电路的控制输出端。

进一步，所述电流调整电路还包括电容C2，电容C2的一端连接于二极管D1的负极，电容C2的另一端接地。

进一步，所述驱动控制电路包括电阻R1、电阻R2、稳压管ZD1、三极管Q2、光耦OC1、电阻R3、电阻R4；

电阻R1的一端连接于电流调整电路的输入端，电阻R1的另一端连接于三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极连接于光耦的光敏三极管的集电极，光耦OC1的光敏三极管的发射极接地，三极管Q2的发射极连接于电阻R4的一端，电阻R4的另一端作为驱动控制电路的控制输出端；

三极管Q2的集电极通过电阻R2连接于三极管Q1的基极，三极管Q2的基极连接于稳压管ZD1的负极，稳压管ZD2的正极接地；光耦OC1的发光二极管的负极接地，光耦OC1的发光二极管的正极连接于二极管D2的负极，二极管D2的正极连接于电阻R3的一端，电阻R3的另一端作为驱动控制电路的控制输入端连接于控制芯片的控制输出端。

进一步，所述第二采样电路包括检流电阻R10、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C3和运放U1；

检流电阻R10的一端接地，另一端连接于步进电机的励磁绕组，运放U1的同相端通过电阻R8连接于励磁绕组与电阻R5之间的公共连接点，运放U1的反相端通过电阻R7连接于电阻R5与地之间的公共连接点，运放U1的反相端通过电阻R6和电容C3并联后连接于运放U1的输出端，运放U1的输出端作为第二采样电路的输出端。

进一步，所述第一采样电路包括电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C3和运放U2；

运放U2的同相端通过电阻R13连接于电流调整电路的输入端，运放U2的反相端通过电阻R11连接于电阻R5与电感L1之间的公共连接点，运放U2的反相端通过电阻R12和电容C4并联后连接于运放U2的输出端，运放U2的输出端作为第一采样电路的输出端。

本发明的有益效果：通过本发明，能够在直流步进电机的励磁绕组的电流增增大时对励磁绕组的电流进行准确控制调整，而且整个电路结构简单，无需对既定机床的电源做出改变，而且能够在工作电流出现变化后准确判断出故障原因，从而利于后续的处理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

以下进一步对本发明做出详细说明：

本发明提供一种机床直流步进电机电流变化调整预警系统，包括调整控制电路、第一采样电路、第二采样电路以及控制芯片；

所述调整控制电路，其输入端连接于直流电源，其输出端连接于直流步进电机的输入端，用于接收控制芯片输出的控制命令向直流步进电机输出不同电流的直流电；

所述第一采样电路，用于采集调整控制电路的输入电流并将电流采样信号输出至控制芯片；

所述第二采样电路，用于采集直流步进电机的励磁绕组的电流并将电流采样信号输出至控制芯片；

所述控制芯片，根据第二采样电路输出的电流信号向调整控制电路输出不同频率的PWM控制信号，控制调整控制电路输出与PWM控制信号对应电流的直流电，且控制芯片根据第一采样电路和第二采样电路输出的电路采样信号进行故障预警，通过上述结构，能够在直流步进电机的励磁绕组的电流增增大时对励磁绕组的电流进行准确控制调整，而且整个电路结构简单，无需对既定机床的电源做出改变，而且能够在工作电流出现变化后准确判断出故障原因，从而利于后续的处理。

本实施例中，所述控制芯片控制调整控制电路输出与PWM控制信号对应电流的直流电包括：

控制芯片接收第二采样电路输出的电流信号并计算出励磁绕组工作时的电流值；

控制芯片计算励磁绕组工作时的电流值减去设定的电流阈值(即额定的工作电流)得到差值△I，如果△I处于范围[-I

本实施例中，控制芯片根据第一采样电路和第二采样电路输出的电流采样信号进行故障预警包括：

当差值△I>I

当△I<-I

一旦出现故障，控制芯片就直接输出一个高电平至驱动控制电路，而非PWM控制信号，使得中断供电。

本实施例中，所述调整控制电路包括电流调整电路和驱动控制电路；

电流调整电路的输入端连接于直流电源，电流调整电路的输出端连接于步进电机的输入端，电流调整电路的控制输入端连接于驱动控制电路的控制输出端，驱动控制电路的控制输入端连接于控制芯片。

本实施例中，所述电流调整电路包括电感L1、电容C1、电阻R9、电阻R5、NMOS管Q1；

电阻R5的一端作为电流调整电路的输入端，电阻R5的另一端通过电感L1连接于电容C1的一端，电容C1的另一端连接于二极管D1的正极，二极管D1的负极连接于步进电机的励磁绕组XL的输入端，二极管D1的正极通过电阻R9接地，NMOS管Q1的漏极连接于电感L1和电容C1之间的公共连接点，NMOS管Q1的源极接地，NMOS管的栅极连接于驱动控制电路的控制输出端，通过上述结构，在调整频率时，利用电感L1对不同频率的电流的感抗响应不同，从而调整电流，电容C1用于耦合滤波，当NMOS管存在失效时，电容完全阻断直流的流动，从而使得步进电机不工作，还能够起到良好的保护作用，防止电机处于无法进行电流调整的状态；二极管D1用于整流。

本实施例中，所述电流调整电路还包括电容C2，电容C2的一端连接于二极管D1的负极，电容C2的另一端接地，用于进行滤波，使得输出电流和电压稳定。

本实施例中，所述驱动控制电路包括电阻R1、电阻R2、稳压管ZD1、三极管Q2、光耦OC1、电阻R3、电阻R4；

电阻R1的一端连接于电流调整电路的输入端，电阻R1的另一端连接于三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极连接于光耦的光敏三极管的集电极，光耦OC1的光敏三极管的发射极接地，三极管Q2的发射极连接于电阻R4的一端，电阻R4的另一端作为驱动控制电路的控制输出端；

三极管Q2的集电极通过电阻R2连接于三极管Q1的基极，三极管Q2的基极连接于稳压管ZD1的负极，稳压管ZD2的正极接地；光耦OC1的发光二极管的负极接地，光耦OC1的发光二极管的正极连接于二极管D2的负极，二极管D2的正极连接于电阻R3的一端，电阻R3的另一端作为驱动控制电路的控制输入端连接于控制芯片的控制输出端，通过上述结构，能够确保NMOS管Q1具有足够的驱动电压使得NMOS管Q1的工作稳定，还能够将NMOS管Q1的控制与控制芯片之间相隔离，起到良好的保护作用。

其中：所述驱动控制电路还包括稳压二极管ZD2，稳压二极管ZD2的负极连接于电流调整电路的输入端，稳压二极管ZD2的正极连接于稳压二极管ZD1的负极，起到良好的保护作用，防止过压带来的冲击。

本实施例中，所述第二采样电路包括检流电阻R10、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C3和运放U1；

检流电阻R10的一端接地，另一端连接于步进电机的励磁绕组，运放U1的同相端通过电阻R8连接于励磁绕组与电阻R5之间的公共连接点，运放U1的反相端通过电阻R7连接于电阻R5与地之间的公共连接点，运放U1的反相端通过电阻R6和电容C3并联后连接于运放U1的输出端，运放U1的输出端作为第二采样电路的输出端。

所述第一采样电路包括电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C3和运放U2；

运放U2的同相端通过电阻R13连接于电流调整电路的输入端，运放U2的反相端通过电阻R11连接于电阻R5与电感L1之间的公共连接点，运放U2的反相端通过电阻R12和电容C4并联后连接于运放U2的输出端，运放U2的输出端作为第一采样电路的输出端，第一采样电路中，直接将电阻R5作为检流电阻。

其中，控制芯片采用现有的单片机即可。

本实施例中，所述系统还包括预警单元，所述预警单元与控制芯片连接。

其中，预警单元可以使触控显示器和声光报警器的组合。

预警单元还可以时远程单元，包括监控主机、无线通信模块(比如4G模块、5G模块、蓝牙模块、UWB模块等)和声光报警器，控制芯片通过无线通信模块与远程监控主机通信连接，监控主机向圣光报警器输出告警指令

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。