2008年 第9期

仪表技术与传感器

Instrument Technique and Sensor2008 No 9

一种直线伺服电机与PLC接口转换电路设计

黄修力,李 军,陆泉森

(广东工业大学自动化学院,广东广州 510006)

摘要:提出了一种基于倍频电路的直线伺服电机与PLC接口转换电路。介绍了直线伺服电机的控制方式,并着重讲述了该电路系统组成,主要包括电平转换电路、倍频电路以及差分信号电路的子电路硬件设计。该转换电路不但解决了直线伺服电机控制信号电压与PLC输出电压之间电平不一致的问题,而且,采用倍频电路,保证了直线伺服电机的平稳运行,采用差分电路,提高了系统的抗干扰能力。该转换电路在实际应用中取得了很好的效果。关键词:直线伺服电机;电平转换电路;倍频电路;差分信号电路

中图分类号:TP272 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2008)09-0032-03

DesignofConvertingCircuitforLinearServoMotorandPLCInterface

HUANGXiu-l,iLIJun,LUQuan-sen

(FacultyofAutomation,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510006,China)

Abstract:Aconvertingcircuitwasproposedbasedonfrequency-multipliercircuitforlinearservomotorandPLCinterface.Thispaperintroducedthecontrolmodesoflinearservomotor,andthenemphasizedthecomponentsofthecircuitsystem,includedhypo-circuits hardwaredesignsuchaslevelconvertingcircuit,frequency-multipliercircuitanddifferentialsignalcircuit.Thiscon-vertingcircuitcannotonlysolvethevarianceproblembetweentheoutputvoltageofPLCandcontrolsignalvoltageoflinearservomotor;butalsoensurelinearservomotoroperatesmoothlywithfrequency-multipliercircuit.Theant-ijammingcapabilityofthesys-temwasimprovedwiththedifferentialcircuit.Asaresult,thisconvertingcircuitisrecognizedwidelyinpracticalapplication.Keywords:linearservomotor;levelconvertingcircuit;frequency-multipliercircuit;differentialsignalcircuit0 引言

直线伺服电机是国内外近年来发展起来的一种新型电机。伺服电动机又称为执行电动机。直线伺服电机能把输入电信号(又称为控制信号)变换成位移或速度输出,改变控制信号就可改变动子的直线位移量、位移方向和速度,从而改变直线伺服电机的位移量、位移方向和速度[1-2]。

通常,直线伺服电机工作在位置控制方式下,即利用脉冲加方向信号去控制直线伺服电机的运行。在这种控制方式下,不但可以通过控制脉冲数量来控制直线伺服电机的位置,而且可以通过调节脉冲的频率来控制其速度[3]。然而,直线伺服电机的控制信号通常来源于工业PLC,这种情况下,一方面,由于PLC输出控制信号电压和直线伺服电机接收的控制信号电压不同,因此须进行电平转换;另一方面,直线伺服电机为了提高其定位精度和运动平稳性,通常需将其电子齿轮比设置尽量小,但此时若要保证运动速度不变,就必需要提高控制信号脉冲频率,因此,设计了一种基于倍频电路的直线伺服电机驱动器和PLC之间的接口转换电路,将PLC控制器给出的约150~200kHz的脉冲信号,倍频到约4~5MHz.此外,为了保证系统工作的可靠性,提出了一种差分信号电路,以提高系统的抗干扰能力。1 基于倍频电路的直线伺服电机与PLC接口转换电路的设计方案

利用PLC输出的方向信号、脉冲信号和控制信号,就可以完成对直线伺服电机运行状态的控制。为了解决直线伺服电机和PLC接口兼容问题,以及使得直线伺服电机工作在最佳状

::2008-图1 电路总体设计方案框图

态,首先需要对PLC的3种输出信号进行电平转换,再者需要提高PLC输出的脉冲信号频率,最后为了提高抗干扰能力,需要将PLC输出的方向信号和脉冲信号转换为差分信号D+、D-和P+、P-如图1所示。

[3]

。因此,整个系统的硬件由3大部分组成:电平

转换电路、倍频电路分和差分信号电路。整个电路的组成框图

2 电平转换电路

由于PLC输出为+24V电平信号,而直线伺服电机所接收的信号电平为+5V,为此须进行电平转换。在该设计中,采用高速光耦6N137组成电平转换电路。6N137的隔离电压为3kV,频率在10MHz以上,而且每个芯片仅提供一个隔离通道。采用高速光耦6N137可以达到两种目的:一是进行电平转换;二是隔离PLC输出信号和后续电路的输入信号,防止干扰。另外,在此电路中,采用74HC14对6N137的输出信号进行整形。电路如图2所示。3 倍频电路

3.1 锁相环电路工作原理[4]

利用锁相环电路和分频器来实现锁相倍频是常用方法。数字集成锁相技术基于基本锁相环,其基本组成为鉴相器(相)(VCO)