阅读说明：本技术 一种执行器力矩过载保护电路及其保护方法 (A kind of actuator torque overload protecting circuit and its guard method ) 是由 吕金叶 苏贤新 于 2019-09-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种执行器力矩过载保护电路及其保护方法,电路包括供电模块、电流放大单元、力矩过载基准单元、比较单元、光耦隔离单元、单片机；方法包括获取执行器的消耗电流,对电流进行转换成电压并放大；设置力矩过载基准电压,将力矩过载基准电压与放大后的电压进行比较；通过力矩过载基准电压与放大后的电压比较的结果对执行器进行控制。本发明通过电流放大单元对执行器输出时消耗的电路转换电压信号并放大,通过比较单元比较电压信号与力矩过载基准电压信后输出电平到单片机,利用单片机控制执行器停止工作,可有效防止执行器齿轮损坏及电机损坏,便于及时得到维护。(The invention discloses a kind of actuator torque overload protecting circuit and its guard method, circuit includes power supply module, current amplification unit, torque overload reference cell, comparing unit, light-coupled isolation unit, single-chip microcontroller；Method includes the consumption electric current for obtaining actuator, and electric current is carried out being converted into voltage and be amplified；Torque is set and overloads reference voltage, torque overload reference voltage is compared with amplified voltage；Reference voltage is overloaded by torque to control actuator with amplified voltage comparison result.The circuit conversion voltage signal that consumes and amplify when the present invention exports actuator by current amplification unit, by comparing output level after unit comparison voltage signal and torque overload reference voltage letter to single-chip microcontroller, it is stopped working using single-chip microcontroller control actuator, it can be effectively prevent actuator gear failure and motor damage, convenient for being maintained in time.)

一种执行器力矩过载保护电路及其保护方法

技术领域

本发明涉及一种执行器力矩过载保护电路及其保护方法，适用于执行器过载保护领域。

背景技术

执行器，是一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作，执行机构使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用。

电动执行器在实际使用时，如遇到堵转或扭矩过载情况，需要进行力矩过载检测保护。现有的电动执行器会增加力矩检测传感器实现力矩过载检测保护，但这样不仅导致电动执行器的结构复杂、而且制作成本高；另外有的执行器结构有限无法增加，通过采用执行器控制模块的软件时间法，检测执行器堵转，此方法无法判断出力矩，在力矩过大时还没来得及保护时很容易造成齿轮的损坏，使的现场维护带来困难，增加企业的维护成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种执行器力矩过载保护电路及其保护方法，能有效防止力矩过载造成执行器的损伤现象。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种执行器力矩过载保护电路，包括：

供电模块，用于对电流放大单元提供电源；

转换放大单元，用于对执行器消耗电流转换成电压后放大并输出；

力矩过载基准单元，用于获取力矩过载基准电压并输出；

比较单元，用于对放大后的电压和力矩过载基准电压进行比较后输出电平信号；

光耦隔离单元，用于接收电平信号并上传至单片机；

单片机，用于接收光耦隔离单元上传的电平信号并进行控制执行器。

进一步地，所述转换放大单元包括用于对执行器消耗电流转换成电压的转换模块，以及对电压进行放大的放大模块。

进一步地，所述转换模块包括电阻R2、R7、R5、电容C1、C2，所述电阻R2与电阻R7连接后与执行器连接，R2、R7的另一端通过电容C1连接，电容C2与C1串联后通过电阻R5接入放大模块的输入端。

进一步地，所述放大模块包括运算放大器、电阻R8、R11、电容C5，所述运算放大器的反相输入端通过电阻R8与运算放大器的输出端连接，电容C5与电阻R8串联后接电阻R11。

进一步地，所述比较单元具体为比较器，所述比较器的同相输入端与力矩过载基准单元的输出端连接，比较器的反相输入端与转换放大单元的输出端连接。

进一步地，所述光耦隔离单元包括光电耦合器U3、电阻R4、R24，所述光电耦合器的输入端与比较单元连接，光电耦合器的输出端通过R4、R24与单片机连接。

一种执行器力矩过载保护的方法，包括如下步骤：

获取执行器的消耗电流，对电流进行转换成电压并放大；

设置力矩过载基准电压，将力矩过载基准电压与放大后的电压进行比较；

通过力矩过载基准电压与放大后的电压比较结果对执行器进行控制。

进一步地，所述通过力矩过载基准电压与放大后的电压比较结果对执行器进行控制的具体方法为：若力矩过载基准电压小于放大后的电压，则控制发出刹车指令控制执行器停止，再次尝试运行时，若电压值仍大于力矩过载基准电压再次刹车停止情况时，进行上报服务器；若力矩过载基准电压小于放大后的电压，执行器继续工作。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：通过电流放大单元对执行器输出时消耗的电路转换电压并放大，通过比较单元比较电压与力矩过载基准电压后输出电平到单片机，利用单片机控制执行器停止工作，可有效防止执行器齿轮损坏及电机损坏，便于及时得到维护；通过光耦隔离单元上传电平信号到单片机，使得电平信号在传输过程中，电气隔离抗干扰能力强，具有很好力矩过载保护功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他附图。

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的电路结构示意图。

具体实施方式

执行器具体包括电机驱动电路、电机和负载，电机驱动电路接收单片机的信号使电机转动带动负载。

结合图1-2，一种执行器力矩过载保护电路，包括供电模块1、转换放大单元2、力矩过载基准单元3、比较单元4、光耦隔离单元5和单片机6，其中：

转换放大单元2包括用于对执行器中的电机驱动电路消耗的电流转换成电压的转换模块201，以及对电压进行放大的放大模块202，转换模块包括电阻R2、R7、R5、电容C1、C2，所述电阻R2与电阻R7连接后与执行器连接，R2、R7的另一端通过电容C1连接，R7与供电模块连接，电容C2与C1串联后通过电阻R5接入放大模块的输入端；放大模块包括运算放大器U1、电阻R8、R11、R6、电容C5、C3，所述运算放大器的反相输入端通过电阻R8与运算放大器的输出端连接，电容C5与电阻R8串联后接电阻R11，R11的另一端接地，运算放大器的输出端通过R6、C3接入比较单元的输入端；

力矩过载基准单元用于获取力矩过载基准电压并输出到比较单元，力矩过载基准电压是通过人工输入；

比较单元，用于对放大后的电压和力矩过载基准电压进行比较后输出电平信号，比较单元具体为比较器U5，所述U5的同相输入端与力矩过载基准单元的输出端连接，U5的反相输入端与电路放大单元的输出端连接，U5的输出端通过电阻R3、电容C4后接光耦隔离单元，R3的另一端接电源，C4的另一端接地；

光耦隔离单元，用于接收电平信号并上传至单片机，光耦隔离单元包括光电耦合器U3、电阻R1、R2、R4、R24，所述U3的1号输入端与比较单元连接，U3的2号输入端通过电阻R2与电源连接，U3的4号输出端通过R1与3.3V电源连接，光电耦合器的输出端通过R4、R24与单片机连接，R4的另一端接地。

单片机的型号为STMB2F103RET6。

一种执行器力矩过载保护的方法，包括如下步骤：

获取执行器的消耗电流，对电流进行转换成电压并放大；

设置力矩过载基准电压，将力矩过载基准电压与放大后的电压进行比较；

若力矩过载基准电压小于放大后的电压，则控制发出刹车指令控制执行器停止，再次尝试运行时，若电压值仍大于力矩过载基准电压再次刹车停止情况时，进行上报服务器；若力矩过载基准电压小于放大后的电压，执行器继续工作。

工作过程：通过供电模块对电流放大单元进行供电，工作人员根据实际情况计算并确定力矩过载基准电压，然后在力矩过载基准单元输入力矩过载基准电压，当单片机输出控制信号给电机驱动电路使电机转动，从而带动负载，所消耗的电流经电流放大单元把电流信号转换电压信号，对电压信号进行放大后输出到比较单元，比较单元将设置的力矩过载基准电压与放大后的电压进行比较，如果电机输出的扭力过大，消耗电流功率增加，通过电流放大单元输出的电压值必定大于设置的力矩过载基准电压，则比较器通过光电耦合器输出高电平信号给单片机，单片机接收到信号立即发出刹车指令控制电机停止，对电机输出的扭力进行调节，再次尝试运行时，如电压值仍大于力矩过载基准电压再次刹车停止情况时，进行上报服务器，可有效防止执行器齿轮损坏便于及时得到维护，如果电机输出的扭力小，消耗电流功率小，通过电流放大单元输出的电压值必定小于设置的力矩过载基准电压，则比较器通过光电耦合器输出低电平信号给单片机，单片机不发出任何信号，电机正常工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。