一種編碼器信號(hào)數(shù)字化安全傳輸裝置及其傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種傳輸裝置及其傳輸方法，尤其涉及一種編碼器信號(hào)數(shù)字化安全傳 輸裝置及其傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 伺服電機(jī)內(nèi)置編碼器的輸出信號(hào)在沒(méi)有獲得數(shù)字化傳輸之前，要么是模擬量信 號(hào)，要么TTL方波信號(hào)。根據(jù)內(nèi)置編碼器（傳感器）的不同，輸出信號(hào)的形式有所差別：
[0003] 1、SIN/C0S編碼器：增量編碼器A/B(IVpp) +絕對(duì)位置C/D(IVpp) +參考點(diǎn)（R);
[0004] 2、SIN/C0S編碼器：增量編碼器A/B(IVpp) +參考點(diǎn)（R);
[0005] 3、EnDat編碼器：串行輸出的SIN/C0S增量編碼器A/B(IVpp);
[0006] 4、SIN/C0S編碼器：增量編碼器A/B(IVpp)+SSI;
[0007] 5、絕對(duì)值編碼器：SSI;
[0008] 6、旋轉(zhuǎn)變壓器：AP+AN;BP+BN;
[0009] 7、TTL編碼器：TTL方波A/B(ITL)+Z(TTL)。
[0010] 伺服電機(jī)內(nèi)置的編碼器輸出信號(hào)能否實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸，是決定一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)是否 是全數(shù)字交流伺服數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)志。發(fā)改高改字[2014]2072號(hào)文件規(guī)定：實(shí)現(xiàn)交流伺服驅(qū) 動(dòng)內(nèi)部控制及測(cè)量單元的全數(shù)字化，采用現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)字化控制接口技術(shù)。這里說(shuō)的測(cè)量 單元指的就是伺服電機(jī)內(nèi)置編碼器，它是用來(lái)測(cè)量實(shí)際位置值和實(shí)際速度值的傳感器。
[0011] 全數(shù)字交流伺服數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)置編碼器的伺服電機(jī)12與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器11的 配合實(shí)現(xiàn)，如圖1、圖2所示。伺服電機(jī)12包括內(nèi)置編碼器信號(hào)處理121、電機(jī)線圈14、電機(jī) 制動(dòng)15、電機(jī)溫度測(cè)量（KTY) 16。內(nèi)置編碼器信號(hào)處理121接收編碼器信號(hào)，處理后通過(guò)接 口 13、現(xiàn)場(chǎng)總線或?qū)崟r(shí)以太網(wǎng)傳輸至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器11。電機(jī)線圈14、電機(jī)制動(dòng)15通過(guò)電 機(jī)及動(dòng)力電源接口 17連接至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器11。另外，內(nèi)置編碼器信號(hào)處理121內(nèi)可包 括對(duì)主軸電機(jī)內(nèi)部溫度傳感器的控制，如圖2所示的PTC和KTY16以及如圖1所示的KTY 16。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)編碼器信號(hào)數(shù)字化安全傳輸?shù)木幋a器信號(hào)數(shù)字化安全傳輸 裝置及其傳輸方法。
[0013] 本發(fā)明的解決方案是：一種編碼器信號(hào)數(shù)字化安全傳輸裝置，其用于對(duì)同一編碼 器的輸入信號(hào)Asina、Bcosa、R進(jìn)行了位置信息、校驗(yàn)信息的冗余控制并由此生成數(shù)字 信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)以報(bào)文的形式通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或?qū)崟r(shí)以太網(wǎng)傳遞給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；所 述傳輸裝置包括：方波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其用于將編碼器輸入信號(hào)Asina、Bcosa、R經(jīng)差分 放大器、比例放大器后并分別轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)；其中，A、B分別表不三相交流電中的A相信 號(hào)、B相信號(hào)，a表不一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的電氣角，R表不編碼器每圈經(jīng)歷一次的絕對(duì)位置參 考點(diǎn)；信號(hào)處理模塊一，其表征通道一，用于將轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)的編碼器輸入信號(hào)Asina、 Bcosa、R處理成待傳輸信號(hào)一；信號(hào)處理模塊二，其表征通道二，用于將轉(zhuǎn)換成方波信號(hào) 的編碼器輸入信號(hào)Asina、Bcosa、R處理成待傳輸信號(hào)二；仲裁模塊，其用于判斷兩個(gè)待 傳輸信號(hào)是否相同，如相同則將兩個(gè)通道中的位置信息疊加到標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文字段中輸出，形成 的數(shù)據(jù)流通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳遞給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
[0014] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述信號(hào)處理模塊一包括：倍頻單元一，其用于對(duì)編 碼器輸入信號(hào)Asina、Bc〇Sa進(jìn)行4倍頻；參考點(diǎn)寄存單元一，其用于記載編碼器輸入信號(hào) R并形成編碼器每圈經(jīng)歷一次的絕對(duì)位置軌跡一；粗計(jì)數(shù)單元一，其用于根據(jù)絕對(duì)位置軌 跡一對(duì)4倍頻后的編碼器輸入信號(hào)Asina、Bcosa計(jì)算出粗位置值一，并根據(jù)所述粗位置 值一衍生出速度值一，所述粗位置值一、所述速度值一依次形成代碼一；CRC校驗(yàn)單元一， 其用于在所述代碼一的最低位設(shè)置校驗(yàn)碼形成所述待傳輸信號(hào)一，所述待傳輸信號(hào)一的一 個(gè)周期內(nèi)容為：粗位置值一、速度值一、狀態(tài)值一；
[0015] 對(duì)應(yīng)地，所述信號(hào)處理模塊二包括：倍頻單元二，其用于對(duì)編碼器輸入信號(hào) Asina、Bcosa進(jìn)行4倍頻；參考點(diǎn)寄存單元二，其用于記載編碼器輸入信號(hào)R并形成編 碼器每圈經(jīng)歷一次的絕對(duì)位置軌跡二；粗計(jì)數(shù)單元二，其用于根據(jù)絕對(duì)位置軌跡一對(duì)4倍 頻后的編碼器輸入信號(hào)Asina、Bcosa計(jì)算出粗位置值二，并根據(jù)所述粗位置值二衍生出 速度值二，所述粗位置值二、所述速度值二依次形成代碼二；CRC校驗(yàn)單元二，其用于在所 述代碼二的最低位設(shè)置校驗(yàn)碼形成所述待傳輸信號(hào)二，所述待傳輸信號(hào)二的一個(gè)周期內(nèi)容 為：粗位置值二、速度值二、狀態(tài)值二。
[0016] 進(jìn)一步地，所述信號(hào)處理模塊一還包括精細(xì)計(jì)數(shù)單元，所述精細(xì)計(jì)數(shù)單元用于對(duì) 所述粗位置值一插值細(xì)分形成精細(xì)位置值。
[0017] 優(yōu)選地，所述精細(xì)計(jì)數(shù)單元設(shè)置有機(jī)械角A5計(jì)算單元和轉(zhuǎn)速n計(jì)算單元；機(jī)械角 Xs計(jì)算單元根據(jù)公式（1)獲得機(jī)械角Xs
公式（1)，其中，N為 編碼器的分辨率，每轉(zhuǎn)信號(hào)周期數(shù)；Z為活動(dòng)的信號(hào)周期數(shù)量；a為一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的電氣
^為一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的機(jī)械角；轉(zhuǎn)速n計(jì)算單元根據(jù)公式（2)獲
[0018] 所述精細(xì)計(jì)數(shù)單元根據(jù)機(jī)械角As和轉(zhuǎn)速n對(duì)所述粗位置值一插值細(xì)分形成所 述精細(xì)位置值，使所述代碼一的一個(gè)周期內(nèi)的內(nèi)容變更成粗位置值一、速度值一、精細(xì)位置 值，相應(yīng)的所述待傳輸信號(hào)一的一個(gè)周期內(nèi)的內(nèi)容變更成粗位置值一、速度值一、精細(xì)位置 值、狀態(tài)值一。
[0019] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述傳輸裝置還包括溫度傳感器信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊，用于測(cè)量電機(jī)定子線圈的溫度，得到的溫度值作為傳輸報(bào)文的組成成分，屬于數(shù)據(jù)流的 一個(gè)周期傳送信息："待傳輸信號(hào)一、待傳輸信號(hào)二、溫度值"。
[0020] 本發(fā)明還提供一種編碼器信號(hào)數(shù)字化傳輸方法，其用于將編碼器輸入信號(hào) Asina、Bcosa、R從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述數(shù)字信號(hào)以報(bào)文的形式通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線 傳遞給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；所述編碼器信號(hào)數(shù)字化傳輸方法包括以下步驟：將編碼器輸入信 號(hào)Asina、Bcosa、R并分別轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)；其中，A、B分別表不三相交流電中的A相信 號(hào)、B相信號(hào)，a表不一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的電氣角，R表不編碼器每圈經(jīng)歷一次的絕對(duì)位置參 考點(diǎn)；采用通道一，將轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)的編碼器輸入信號(hào)Asina、Bcosa、R處理成待傳輸 信號(hào)一；采用通道二，將轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)的編碼器輸入信號(hào)Asina、Bcosa、R處理成待傳 輸信號(hào)二；判斷兩個(gè)待傳輸信號(hào)是否相同，如相同則將兩個(gè)通道中的位置信息疊加到標(biāo)準(zhǔn) 報(bào)文字段中輸出，形成的數(shù)據(jù)流通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳遞給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
[0021] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述待傳輸信號(hào)一的處理步驟包括：對(duì)編碼器輸入 信號(hào)Asina、Bcosa進(jìn)行4倍頻；記載編碼器輸入信號(hào)R并形成編碼器每圈經(jīng)歷一次的絕 對(duì)位置軌跡一；根據(jù)絕對(duì)位置軌跡一對(duì)4倍頻后的編碼器輸入信號(hào)Asina、Bcosa計(jì)算出 粗位置值一，并根據(jù)所述粗位置值一衍生出速度值一，所述粗位置值一、所述速度值一依次 形成代碼一；在所述代碼一的最低位設(shè)置校驗(yàn)碼形成所述待傳輸信號(hào)一，所述待傳輸信號(hào) 一的一個(gè)周期內(nèi)容為：粗位置值一、速度值一、狀態(tài)值一；
[0022] 對(duì)應(yīng)地，所述待傳輸信號(hào)二的處理步驟包括：對(duì)編碼器輸入信號(hào)Asina、Bcosa 進(jìn)行4倍頻；記載編碼器輸入信號(hào)R并形成編碼器每圈經(jīng)歷一次的絕對(duì)位置軌跡二；根據(jù) 絕對(duì)位置軌跡一對(duì)4倍頻后的編碼器輸入信號(hào)Asina、Bcosa計(jì)算出粗位置值二，并根據(jù) 所述粗位置值二衍生出速度值二，所述粗位置值二、所述速度值二依次形成代碼二；在所 述代碼二的最低位設(shè)置校驗(yàn)碼形成所述待傳輸信號(hào)二，所述待傳輸信號(hào)二的一個(gè)周期內(nèi)容 為：粗位置值二、速度值二、狀態(tài)值二。
[0023] 進(jìn)一步地，所述待傳輸信號(hào)一的處理步驟還包括：對(duì)所述粗位置值一插值細(xì)分形 成精細(xì)位置值。
[0024] 優(yōu)選地，根據(jù)機(jī)械角As和轉(zhuǎn)速n對(duì)所述粗位置值一插值細(xì)分形成所述精細(xì)位置 值，使所述代碼一的一個(gè)周期內(nèi)的內(nèi)容變