一種木工車床控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種木工車床控制系統，包括微控制器、正反轉按鍵檢測電路、電機以及IGBT驅動電路，所述正反轉按鍵檢測電路與微控制器相連；還包括母線電壓采樣模塊、電機電壓采樣模塊和電流采樣模塊，分別用以檢測母線電壓、電機電壓和電機電流，并將檢測的數值傳輸到微控制器，微控制器通過IGBT驅動電路控制電機動作。本發明不僅可以實現電機正反轉功能，還有效的防止了電機正反轉切換誤操作，同時系統的電壓電流保護也更加全面，實現無極調速與恒轉矩輸出，降低成本，方便木工車床的切削操作，提高工作效率、精度及操作安全性，具有廣泛的推廣意義。
【專利說明】
一種木工車床控制系統
技術領域
[0001 ]本發明涉及木工車床控制領域，具體涉及一種木工車床控制系統。
【背景技術】
[0002]臺式木工車床是一種結構簡單，操作方便的家用和工業實用車床。車床主軸由電機帶動皮帶傳動驅動，該電機分為直流電機、交流異步電機以及伺服電機。木工車床的工作原理為:由電機通過皮帶傳動機構，帶動車床主軸旋轉，主軸又通過頂尖或者卡盤帶動被加工零件旋轉，然后用刀具對工件進行切削，從而加工出不同形狀的回轉體。由于工件的形狀和大小不同以及人們對木工車的切削力、安全性能、操作便利性能和加工表面的光潔度要求越來越高，就需要木工機床在加工工作能中提供盡量大的輸出扭矩、主軸不同的轉向和不同的轉速，因此市場上對于擁有恒轉矩、正反轉以及無級調速功能的木工車需求量日益增多。
[0003]目前市場上絕大多數的木工車都是交流異步電動機的木工車，只能提供3檔或者6檔的固定速度，不能實現無級調速的功能，也沒有正反轉功能，上電后直接以某一恒定轉速運行，且在切削時扭矩下降很快，不利于進行高質量的切削工作，變頻器控制器體積大、并且成本也很高。雖然有些小木工車可以實現電機調速，但仍然解決不了以下技術問題:一是不具有電機正反轉功能;二是正反轉功能不能防止操作者誤操作，一旦誤操作正反轉，驅動系統或者電機很容易損壞，甚至操作者被突然換向旋轉的工件或者主軸傷害到，威脅人身安全;三是沒有過載、過壓、過流保護功能，或是電壓電流保護過于單一，不適于木工車床的實際應用；由于木工愛好者都是手工操作刀具切削，因此時常出現過載現象，這樣木工車控制系統很容易燒壞，投訴很多。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題在于對現有木工車床不可換向、電流電壓保護點單一、保護形勢簡單，不利于木工車床的使用和安全操作等缺陷進行改進，提出的一種木工車床控制系統，使木工車床使用更安全、操作更方便。
[0005]為了達到上述目的，本發明提出一種木工車床控制系統，包括微控制器、正反轉按鍵檢測電路、電機以及IGBT驅動電路，所述正反轉按鍵檢測電路與微控制器相連;還包括母線電壓采樣模塊、電機電壓采樣模塊和電流采樣模塊，分別用以檢測母線電壓、電機電壓和電機電流，并將檢測的數值傳輸到微控制器，微控制器通過IGBT驅動電路控制電機動作。
[0006]優選的，所述電機兩端連接有續流二極管。
[0007]優選的，所述電流采樣模塊采用電流采樣電阻進行電流采樣。
[0008]進一步的，所述微控制器還包括電壓保護點設置模塊，所述電壓保護點包括母線過壓保護點、母線欠壓保護點和電機電壓保護點，通過對電機電壓與母線電壓的檢測，對電機電壓保護更加全面，保障系統和人身安全。
[0009]進一步的，所述微控制器還包括電流保護點設置模塊，所述電流保護點包括硬件保護點、軟件保護點和堵轉保護點，根據電機特性，設計不同的保護點，對電機電流保護更全面，保證設備正常安全運轉。
[0010]進一步的，所述正反轉按鍵檢測電路包括按鍵接口，以及與按鍵接口串聯連接組成回路的第一電容Cl和第二電阻R2;第一電容Cl與第二電阻R2的連接端通過第一電阻Rl接高電平，且連接端為I/O端;第一電容Cl的另一端接地。
[0011]進一步的，所述電流采樣模塊通過電流濾波，然后經電壓比較器和運算放大器與微控制器相連，方便對數據處理。
[0012]進一步的，所述微控制器包括無極調速與扭矩調節模塊，由于直流電機的扭矩與電流成正比，通過對電流采樣，反饋、補償的方式，實時由無極調速與扭矩調節模塊控制電機電流，以實現對扭矩調節的控制。
[0013]進一步的，還包括與微控制器相連的電位器檢測模塊，微控制器檢測電位器電壓大小，從而調整電機驅動信號(pmi信號的脈沖寬度)來調整電機電壓，實現電機無極調速，方便用戶切削不同的材料。
[0014]進一步的，還包括與微控制器相連的數碼管，通過數字顯示提示操作人員，方便操作。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在于:
1.本發明通過微控制器控制，可以實現電機正反轉功能，方便切削不同形狀和大小的工件，并且通過微控制器檢測按鍵切換狀態，實現電機正反轉誤操作防護控制。切削過程中在任意時刻觸動電機正反轉，木工車都會自動停機，不會直接進行反向運轉，有效的提高操作安全性、防止了人員誤操作，既保護了操作者，又保護了設備，延長了車床使用壽命。
[0016]2.通過設置微控制器控制，設置多個電壓保護點和電流保護點，對電機實現全面電流電壓保護，通過電機電壓采樣模塊、母線電壓采樣模塊和電流采樣模塊分別對電機電壓、母線電壓、電機電流檢測，與設好的保護點進行比較，通過微控制器做出相應的控制，實現對電機和系統的全面保護，既保證了使用過程中，木工車床有充沛的動力輸出，又避免了木工車因過載而導致車床驅動系統受損。
[0017]3.通過電位器檢測模塊和電流采樣模塊，由微控制器控制及無極調速與扭矩調節模塊控制，實現低速大扭矩，保障電機的工作性能；通過微控制器實現驅動信號脈寬調整，改變電機電壓，實現電機無極調速，保證電機轉速平滑連續變化，而且可以在整個轉速的調節范圍內的任意一點穩定運行，保障木工車床的安全穩定運作，提高切削效率與切削精度。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明實施例控制系統結構示意圖；
圖2為圖1中正反轉切換按鍵檢測電路結構示意圖；
圖3為本發明實施例中電機換向原理框圖；
圖4為本發明實施例中電壓保護原理框圖；
圖5為本發明實施例中電流保護原理框圖；
圖6為本發明實施例中電機無極調速與扭矩調節控制原理框圖。
【具體實施方式】
[0019]本發明提供一種木工車床控制系統，下面結合具體實施例對本發明做進一步地說明。
[0020]參考圖1，為本實施例木工車床控制系統結構示意圖，包括微控制器、正反轉按鍵檢測電路、電機以及IGBT驅動電路，電機兩端連接有續流二極管，所述正反轉按鍵檢測電路與微控制器相連;還包括母線電壓采樣模塊、電機電壓采樣模塊和電流采樣模塊，分別用以檢測母線電壓、電機電壓和電機電流，并將檢測的數值傳輸到微控制器，微控制器通過IGBT驅動電路控制電機動作，本實施例中微控制器采用STM8S系列單片機。
[0021]為了方便操作人員操作，所述微控制器還連接有數碼管(圖中未示意)，通過數字顯示提示操作人員，方便操作
參考圖2，所述正反轉按鍵檢測電路包括按鍵接口，以及與按鍵接口(換向開關)串聯連接組成回路的第一電容Cl和第二電阻R2;第一電容Cl與第二電阻R2的連接端通過第一電阻Rl與電源相連，且連接端為I/O端;第一電容Cl的另一端接地，通過設計按鍵檢測電路，操作簡單，使用方便，提高安全性能。
[0022]實施例中，為了進一步說明電機正反轉切換的原理，參考圖3進一步說明:對于本實施例控制系統，實現電機正反轉換向功能可以采用以下兩種方式:
1、若要對電機換向，可以先將電機停機，然后切換電機方向，再重新啟動達到換向的目的；
2、還可以在電機旋轉的任意時刻去按換向開關，這時候單片機檢測到按鍵切換，控制電機自動停機，通過數碼管顯示提示符，如06，提示操作人員電機已換向，然后重啟電源，電機換向正常運轉，保證木工車床切削效率。
[0023]并且，電機旋轉過程中，若工作人員誤操作，本實施例還可以通過單片機檢測到按鍵狀態，控制IGBT驅動電路(IGBT為絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT (雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，驅動功率小而飽和壓降低)關閉IGBT，使電機停機，起到安全防護作用，保障操作人員人身安全。
[0024]另外，為了對控制系統和木工車床進行更全面電壓電流的保護，所述微控制器還包括電壓保護點設置模塊和電流保護點設置模塊;所述電壓保護點包括母線過壓保護點、母線欠壓保護點和電機電壓保護點，所述電流保護點包括硬件保護點、軟件保護點和堵轉保護點。根據電機特性，設計不同的保護點，電流電壓保護更全面，有效保障設備正常安全運轉和人身安全。
[0025]下面對本實施例的電壓保護和電流保護做進一步的說明:
電壓保護:參考圖4、電機運行，通過電機電壓采樣模塊和母線電壓采樣模塊分別對電機電壓與母線電壓的檢測，實時獲取電壓值并傳輸到微控制器，與電壓保護點設置模塊的母線欠壓保護點B、母線過壓保護點A和電機電壓保護點C相比較，所述母線欠壓和過壓保護點是根據該木工車床使用地方的電力情況和該控制系統的承受能力進行設計的，母線過壓保護是對控制器本身的一種保護，如果電壓過高而沒有保護措施則會損壞控制器;所述電機電壓保護點C是根據電機的額定電壓來設定的，電機如果長時間過壓運行一則損壞電機，二則電機轉速過高，危及人身安全，所以該保護也可以理解為一個超速保護。
[0026]當檢測到母線電壓達到母線過壓保護點A時，直接停機，單片機控制輸入過壓保護，數碼管顯示07狀態；當檢測到母線電壓不到保護點B時，此時微控制器控制電壓保護，電機不能運行，數碼管顯示03狀態；當檢測到電機電壓達到電機保護點C時，直接停機，輸出過壓保護，數碼管顯示08狀態。通過操作人員觀察數碼管顯示，方便直接，操作安全。
[0027]電流保護:參考圖5，這里分別設置硬件保護點和軟件保護點是考慮到軟件保護較硬件保護慢，所以為了防止軟件保護沒有起到作用而增加了硬件保護，提高木工車床的使用、操作安全。
[0028]電機啟動后，電流增大，通過電流采樣電阻實時采集電機電流值，并通過濾波模塊濾除噪聲，由于此時的電流值較小，通過運算放大器和電壓比較器放大處理后傳輸到單片機，與設置好的電流保護點進行比較。
[0029]若檢測到的電流達到硬件保護點A’，則通過單片機控制IGBT驅動電路，使電機直接停機，起到保護作用，并通過數碼管顯示01狀態;若沒有達到硬件保護點A’，電機繼續運轉，采樣電阻實時采集電機電流，當檢測到達到軟件保護點B’時，通過單片機控制，使電機直接停機，起到保護作用，并通過數碼管顯示02狀態;若沒有達到軟件保護點B’，電機繼續運轉;在木工車床的使用過程中，由于是手動進刀所以難免會出現堵轉情況，堵轉的同時會出現較大電流，如果長時間堵轉則會損壞電機和控制器，所以當檢測到堵轉后，達到堵轉保護點C’時，先計時維持一段時間(如6S)，若堵轉消除，則電機可以正常繼續運轉，通過采樣電阻實時比較并做出控制；若果堵轉還沒有撤銷就要降低電流運行，通過單片機控制IGBT驅動電路減小IGBT驅動信號(pmi脈沖寬度)，使電機電壓減小，從而減小電機電流，使此時電機在額定保護點E’(電機的額定工作電流)以下運行，電機正常運轉。
[0030]同時，為了實現電機無極調速和恒轉矩功能，方便用戶切削不同的材料，提高操作便利性，本實施例還包括與微控制器相連的電位器檢測模塊，用以檢測電機電流的電流采樣模塊，所述電流采樣模塊優選采用電流采樣電阻，當然也可以采用電流傳感器和電流互感器進行電機電流采樣，所述電流采樣電阻與微控制器之間還連接有電流濾波電路，通過濾波濾除電流噪聲，由于采集的電流較小，然后通過電壓比較器和運算放大器將電流放大傳輸到微控制器。
[0031]由于直流電機的扭矩與電流成正比，參考圖6，為無極調速與扭矩調節控制原理框圖，通過單片機對電流采樣，反饋、補償的方式，實時由微控制器的無極調速與扭矩調節模塊控制電機電流，以實現對扭矩調節的控制;無極調速的實現通過電位器檢測電壓大小，從而控制調整電機驅動信號(pmi信號的脈沖寬度)來調整電機電壓，并且在電機低速運行時通過微控制器對電機電流進行控制，使電機輸出較大的扭矩，其效果明顯優于簡單控制的異步電機和變頻器。
[0032]本實施例所述的方案，在木工車床領域設計新思路，不僅可以實現電機正反轉功能，還有效的防止了電機正反轉切換誤操作，同時系統的電壓電流保護也更加全面;采用驅動器控制系統加直流電機的方案實現無級調速功能，恒轉矩輸出，比變頻器加交流電機的方案極大的節省了成本，并且變速過程中可以比變頻器加交流電機提供更充沛的動力輸出，方便木工車床的切削操作，提高工作效率、精度及操作安全性，具有廣泛的推廣意義。
[0033]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非是對本發明作其它形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例應用于其它領域，但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。
【主權項】
1.一種木工車床控制系統，其特征在于，包括微控制器、正反轉按鍵檢測電路、電機以及IGBT驅動電路，所述正反轉按鍵檢測電路與微控制器相連； 還包括母線電壓采樣模塊、電機電壓采樣模塊和電流采樣模塊，分別用以檢測母線電壓、電機電壓和電機電流，并將檢測的數值傳輸到微控制器，微控制器通過IGBT驅動電路控制電機動作； 所述微控制器還包括電壓保護點設置模塊和電流保護點設置模塊，所述電壓保護點包括母線過壓保護點、母線欠壓保護點和電機電壓保護點，所述電流保護點包括硬件保護點、軟件保護點和堵轉保護點。2.根據權利要求1所述的木工車床控制系統，其特征在于:所述正反轉按鍵檢測電路包括按鍵接口，以及與按鍵接口串聯連接組成回路的第一電容Cl和第二電阻R2;第一電容Cl與第二電阻R2的連接端通過第一電阻Rl接高電平，且連接端為I/O端;第一電容Cl的另一端接地。3.根據權利要求1所述的木工車床控制系統，其特征在于:所述電流采樣模塊通過電流濾波，然后經電壓比較器和運算放大器與微控制器相連。4.根據權利要求3所述的木工車床控制系統，其特征在于:所述電流采樣模塊采用電流米樣電阻。5.根據權利要求1所述的木工車床控制系統，其特征在于:所述微控制器包括無極調速與扭矩調節模塊。6.根據權利要求1所述的木工車床控制系統，其特征在于:還包括與微控制器相連的電位器檢測模塊。7.根據權利要求1所述的木工車床控制系統，其特征在于:還包括與微控制器相連的數碼管。
【文檔編號】B27C7/00GK105846736SQ201610370326
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】段武政, 孫立斌, 趙立亭, 張敏
【申請人】青島金嶺電器有限公司