【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机控制，具体涉及一种用于加工中心自动换刀系统的电机控制器、控制方法和加工中心自动换刀系统。
技术介绍
1、加工中心是一种高效精密的数控机床，在加工中心设计中，电机的选型与控制至关重要，以使用最普遍、广泛的简易圆盘型换刀机构为例，其主要由圆盘形刀库和换刀机械臂组成，刀库和机械臂的运行都需要电机来驱动，通过机械手、刀库和机床主轴的协调动作共同完成刀具交换。
2、现有的加工中心自动换刀系统广泛采用交流异步电机及分体式硬逻辑控制器。交流异步电机存在发热较大、功率因数较低、噪声明显以及体积大等问题；分体式硬件逻辑控制器存在需要的电气元件多、整体性差、体积大、需要专用的控制柜且成本高等问题。且传统的交流异步电机制动需要配备专用机械刹车，且存在制动效果不佳，刹车片易磨损，需要定期更换等问题。
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中存在的技术问题，本方案提出一种用于加工中心自动换刀系统的电机控制器和控制方法，一方面，采用永磁同步电机取代传统自动换刀系统中的交流异步电机，另一方面，采用集成式软逻辑控制器取代分体式硬逻辑控制器，基于内置的电机驱动程序和故障处理程序，能够提高系统运行的安全性和可靠性。
2、根据本专利技术的一个方面，提供一种用于加工中心自动换刀系统的电机控制器，包括：主控电路以及分别与主控电路连接的电源电路、母线电压检测电路、桥堆温度检测电路、霍尔状态采样电路、三相电流采样电路、三相逆变电路和通信电路，
3、霍尔状态采样电路外接霍尔传感器
4、主控电路内置速度pid算法和电流pid算法，用于接收通信电路传递的自动换刀系统的控制指令，并根据桥堆温度检测电路、三相电流采样电路、霍尔状态采样电路、霍尔传感器分别实时检测的桥堆温度、电机三相电流、霍尔状态、电机转速，调整输出的pwm信号。
5、可选地，在本专利技术提供的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器中，通信电路外接可编程逻辑控制器或上位机，用于通过串行通信或以太网通信方式接收外部控制指令。
6、可选地，在本专利技术提供的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器中，电源电路包括ac/dc电路和dc/dc电路，ac/dc电路用于将输入的单相交流电转换为直流电；dc/dc电路用于将ac/dc电路输出的直流电压转换为主控电路所需的工作电压。
7、可选地，在本专利技术提供的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器中，主控电路用于判断电机三相电流是否超过预设值，如果未超过则根据霍尔传感器检测的电机实时转速和预设转速，基于速度pid算法调整pwm信号的占空比，如果电流超过预设值则基于电流pid算法调整pwm信号的占空比，使电机按照预设转速旋转。
8、根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于加工中心自动换刀系统的电机控制方法，适于通过如上所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器执行，包括：获取加工中心自动换刀系统的控制指令，控制指令包括启动、停止和方向指令；
9、若存在启动和方向信号，则采集电机的三相电流，判断电流是否超过预设值，若电流超过预设值则将过流标志位置1，否则读取霍尔状态和电机转速；判断霍尔状态是否正常，如果霍尔状态异常则将霍尔异常状态标志位置1，如果电机转速在预设时间内为0，则将堵转标志位置1，否则根据霍尔状态对定子三相绕组换流；
10、判断电流是否超过预设值，如果未超过则根据霍尔传感器检测的电机实时转速和预设转速，基于速度pid算法调整pwm信号的占空比，如果电流超过预设值则基于电流pid算法调整pwm信号的占空比使电机按照预设转速旋转；
11、若存在停止指令时，则停止pwm信号输出，并启用电子刹车，短接电机三相线使电机制动。
12、可选地，在本专利技术提供的用于加工中心自动换刀系统的电机控制方法中，控制器上电后通过霍尔传感器读取电机刹车状态，判断电机是否处于刹车状态，若是则保持电机制动，否则读取桥堆温度，如果桥堆温度超过预测温度值，则将过温标志位置1；
13、如果桥堆温度未过温，则读取电机运行状态，如果电机运行异常则控制电机制动并发出故障信号，如果电机运行正常则读取控制指令。
14、可选地，在本专利技术提供的用于加工中心自动换刀系统的电机控制方法中，如果桥堆温度未过温，则判断过温标志位、过流标志位、堵转标志位以及霍尔异常标志位是否置1；
15、若其中任何一个标志位置1，则发送故障信号并制动电机，若没有任何标志位置1，则读取控制指令。
16、可选地，在本专利技术提供的用于加工中心自动换刀系统的电机控制方法中，如果电机运行过程中无故障和异常状态，则以预设频率循环执行电机驱动程序，预设频率的大小由pwm信号的周期确定。
17、根据本专利技术的第三方面，提供了一种加工中心自动换刀系统，包括：刀库电机控制器、机械臂电机控制器、可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器分别连接刀库电机控制器和机械臂电机控制器，用于向刀库电机控制器和机械臂电机控制器发送启动指令和方向信号指令；刀库电机控制器和机械臂电机控制器均采用根据本专利技术第一方面的电机控制器的电路结构和根据本专利技术第二方面的用于加工中心自动换刀系统的电机控制方法执行电机驱动工作，刀库电机和机械臂电机均为永磁同步电机。
18、可选地，在本专利技术提供的加工中心自动换刀系统中，刀库电机控制器连接刀库电机和刀库电机霍尔传感器，用于驱动刀库电机旋转带动刀库运转把指定刀具运送至取刀位置，送至取刀位置后，采用电子刹车迅速制动刀库电机，并保持制动状态；
19、机械臂电机控制器连接机械臂电机和机械臂电机霍尔传感器，用于在确认刀库已运行至取刀位置后，驱动机械臂电机旋转带动机械臂运转把主轴上的刀具与取刀位置上的刀具进行调换，并控制机械臂回到原始位置，完成自动换刀工作。
20、根据本专利技术提供的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器和控制方法，采用永磁同步电机取代传统自动换刀系统中的交流异步电机，另一方面，采用集成式软逻辑控制器取代分体式硬逻辑控制器，基于内置的电机驱动程序自动检测过流、过温、堵转、霍尔状态异常等故障，在发生故障时控制电机制动，确保系统安全运行；通过内置的速度pid算法和电流pid算法自适应调整输出pwm信号的占空比，确保系统在过载的异常状态下正常运行，提高系统运行可靠性。
21、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
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1.一种用于加工中心自动换刀系统的电机控制器，其特征在于，包括：主控电路以及分别与所述主控电路连接的电源电路、母线电压检测电路、桥堆温度检测电路、霍尔状态采样电路、三相电流采样电路、三相逆变电路和通信电路，
2.根据权利要求1所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器，其特征在于，所述电源电路包括AC/DC电路和DC/DC电路，所述AC/DC电路用于将输入的单相交流电转换为直流电；所述DC/DC电路用于将AC/DC电路输出的直流电压转换为主控电路所需的工作电压。
3.根据权利要求1所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器，其特征在于，所述通信电路外接可编程逻辑控制器或上位机，用于通过串行通信或以太网通信方式将外部控制指令传递给所述主控电路。
4.根据权利要求1所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器，其特征在于，所述主控电路用于判断电机三相电流是否超过预设值，如果未超过则根据霍尔传感器检测的电机实时转速和预设转速，基于速度PID算法调整PWM信号的占空比，如果电流超过预设值则基于电流PID算法调整PWM信号的占空比，使电机按照预设转速旋转。
5.一种用于加工中心自动换刀系统的电机控制方法，适于通过如权利要求1-4任意一项中所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器执行，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制方法，其特征在于，在所述获取加工中心自动换刀系统的控制指令，所述控制指令包括启动、停止和方向指令的步骤之前，所述方法包括：
7.根据权利要求6所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制方法，其特征在于，所述如果桥堆温度未过温，则读取电机运行状态，如果电机运行异常则控制电机制动并发出故障信号，如果电机运行正常则读取控制指令的步骤包括：
8.根据权利要求6所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制方法，其特征在于，如果电机运行过程中无故障和异常状态，则以预设频率循环执行电机驱动程序，所述预设频率的大小由PWM信号的周期确定。
9.一种加工中心自动换刀系统，其特征在于，包括：刀库电机控制器、机械臂电机控制器、可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器分别连接所述刀库电机控制器和机械臂电机控制器，用于向刀库电机控制器和机械臂电机控制器发送启动指令和方向信号指令；所述刀库电机控制器和机械臂电机控制器均采用如权利要求1-4任意一项中所述的电机控制器的电路结构和如权利要求5-8任一项中所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制方法执行电机驱动工作，所述刀库电机和机械臂电机均为永磁同步电机。
10.根据权利要求9所述的加工中心自动换刀系统，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种用于加工中心自动换刀系统的电机控制器，其特征在于，包括：主控电路以及分别与所述主控电路连接的电源电路、母线电压检测电路、桥堆温度检测电路、霍尔状态采样电路、三相电流采样电路、三相逆变电路和通信电路，
2.根据权利要求1所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器，其特征在于，所述电源电路包括ac/dc电路和dc/dc电路，所述ac/dc电路用于将输入的单相交流电转换为直流电；所述dc/dc电路用于将ac/dc电路输出的直流电压转换为主控电路所需的工作电压。
3.根据权利要求1所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器，其特征在于，所述通信电路外接可编程逻辑控制器或上位机，用于通过串行通信或以太网通信方式将外部控制指令传递给所述主控电路。
4.根据权利要求1所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器，其特征在于，所述主控电路用于判断电机三相电流是否超过预设值，如果未超过则根据霍尔传感器检测的电机实时转速和预设转速，基于速度pid算法调整pwm信号的占空比，如果电流超过预设值则基于电流pid算法调整pwm信号的占空比，使电机按照预设转速旋转。
5.一种用于加工中心自动换刀系统的电机控制方法，适于通过如权利要求1-4任意一项中所述的用于加工中心自动换刀系统的电机控制器执行，其特征在于，包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：刘程泉，
申请(专利权)人：江苏川钿明椿电气机械有限公司，
类型：发明
国别省市：
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