一種新式光電轉臺電氣限位保護電路設計

張建偉 高楊 桑海 張丹丹 原鑒

摘 要：介紹了某項目中設計應用的高效電氣限位保護電路。詳細論述了該電氣限位電路的工作原理和性能特點，該電路使用元件少，電路實現簡單可靠，既可自主實現電氣限位功能，又可將限位信息上報MCU而后進行限位指示。

關鍵詞：光電轉臺；有限范圍；電氣限位

光電綜合轉臺及安裝在其內的各功能模塊都是高精密設備，碰撞中過大地速度及加速度沖擊都會對系統的穩定性造成影響，極易造成轉臺的高頻振蕩或者飛車，這些嚴重影響伺服產品整體功能的實現，所以必須對轉臺設計限位保護裝置。限位保護裝置是保障轉臺在有限運行范圍工作的重要組成單元，限位功能的設計直接影響轉臺的可靠性和安全性。本文主要介紹新式光電轉臺電氣限位保護電路的工作原理及性能特定。

1 概述

1.1 光電綜合轉臺

光電綜合轉臺包括：光電系統（激光，紅外等）、兩軸機械框架、執行電機、位置傳感器、限位保護裝置等。它的主要作用是承載光電系統，輔助其完成方位﹑高低運動，光電平臺是伺服控制系統的主要執行機構，通過光纖速率陀螺感應負載平臺的相對慣性空間運動，用于將測量數據提供給伺服控制系統，伺服控制器驅動和控制電機轉動來完成搜索、跟蹤與測量。

1.2 限位信號采集結構

轉臺限位信號采集結構如圖 1所示。圖中轉臺運動方式為回轉運動，運動范圍小于±180°。高低及方位電氣限位采用光電開關進行限位檢測，機械限位采用的是固定式的限位方式，將轉臺轉動范圍限定在有限轉動范圍，滿足轉臺工作范圍需要。當轉臺向左邊運動時，金屬觸片1向左運動，金屬觸片1碰到行程開關1時，綜合轉臺觸碰電氣限位開關有效，會產生一個電壓信號，表示左限位觸發。

2 光電轉臺的電氣限位保護電路

2.1 電氣限位保護電路模擬電路部分

上圖2為電氣限位保護電路的高低向限位模擬電路部分，硬件電路自動切換反向電壓制動電機。電氣限位保護電路具體實現原理如下：

當轉臺在有限運動范圍內時，沒有限位開關被觸發，保護電路會將高低電機輸出端GD_XW連接到GD_XW1、方位電機輸出端FW_XW連接到FW_XW1，此時主控板控制電機實現穩定跟蹤，當光電綜合轉臺運行到設計的邊界運動范圍時，軟件限位使轉臺速率為零，電氣限位開始起作用。綜合轉臺觸碰電氣限位開關使限位開關觸發，高低向限位信號控制N16A或門輸出高，繼電器K2將GD_XW連接到GD_XW2，通過ULMT（上限位）或DLMT（下限位）的觸發來控制繼電器K1分別將GD_XW3或GD_XW4切換給GD_XW2，這樣就完成了電氣限位自動感應及切換，同時還不會造成多MCU單元對電機輸出控制的混亂。此時如果方位向未發生限位信號觸發，方位電機輸出端FW_XW仍連接到FW_XW1，仍受主控板控制。反之，方位向電氣限位保護電路也是此原理，就不在敘述。

2.2 電氣限位保護電路數字電路部分

高低向、方位向的限位信號經過光電隔離之后，分別送到接口板MCU的4個I/O口，而后該MCU控制LED二極管亮滅來直觀表示限位信號。這樣通過數字電路部分將限位信息采集并表示，同時可以通過接口板MCU將信息傳遞給主控板MCU，方便主控板獲得信息完善控制策略。

3 結語

當光電綜合轉臺運行到設計的邊界范圍時，必須考慮限位機制來防止轉臺繼續高速運動對安裝平臺和光電綜合轉臺的沖撞，起到保護裝備的作用。本電路對碰撞速度、加速度的限制均依賴于對轉臺位置的限制，根據轉臺的實際位置，實時合理地對給定位置信號進行限制，能夠有效的保護設備[4]。在工程應用中證明了此設計的高效與實用性，能很好的滿足光電綜合轉臺的保護要求。

作者簡介：張建偉（1989-），男，漢族，山西太原人，助理工程師，從事伺服控制研究。