一种编码器信号数字化安全传输装置及其传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种传输装置及其传输方法，尤其涉及一种编码器信号数字化安全传 输装置及其传输方法。
【背景技术】
[0002] 伺服电机内置编码器的输出信号在没有获得数字化传输之前，要么是模拟量信 号，要么TTL方波信号。根据内置编码器（传感器）的不同，输出信号的形式有所差别：
[0003] 1、SIN/C0S编码器：增量编码器A/B(IVpp) +绝对位置C/D(IVpp) +参考点（R);
[0004] 2、SIN/C0S编码器：增量编码器A/B(IVpp) +参考点（R);
[0005] 3、EnDat编码器：串行输出的SIN/C0S增量编码器A/B(IVpp);
[0006] 4、SIN/C0S编码器：增量编码器A/B(IVpp)+SSI;
[0007] 5、绝对值编码器：SSI;
[0008] 6、旋转变压器：AP+AN;BP+BN;
[0009] 7、TTL编码器：TTL方波A/B(ITL)+Z(TTL)。
[0010] 伺服电机内置的编码器输出信号能否实现数字化传输，是决定一个数控系统是否 是全数字交流伺服数控系统的标志。发改高改字[2014]2072号文件规定：实现交流伺服驱 动内部控制及测量单元的全数字化，采用现场总线的数字化控制接口技术。这里说的测量 单元指的就是伺服电机内置编码器，它是用来测量实际位置值和实际速度值的传感器。
[0011] 全数字交流伺服数控系统通过内置编码器的伺服电机12与伺服电机驱动器11的 配合实现，如图1、图2所示。伺服电机12包括内置编码器信号处理121、电机线圈14、电机 制动15、电机温度测量（KTY) 16。内置编码器信号处理121接收编码器信号，处理后通过接 口 13、现场总线或实时以太网传输至伺服电机驱动器11。电机线圈14、电机制动15通过电 机及动力电源接口 17连接至伺服电机驱动器11。另外，内置编码器信号处理121内可包 括对主轴电机内部温度传感器的控制，如图2所示的PTC和KTY16以及如图1所示的KTY 16。
【发明内容】
[0012] 本发明提供一种实现编码器信号数字化安全传输的编码器信号数字化安全传输 装置及其传输方法。
[0013] 本发明的解决方案是：一种编码器信号数字化安全传输装置，其用于对同一编码 器的输入信号Asina、Bcosa、R进行了位置信息、校验信息的冗余控制并由此生成数字 信号，所述数字信号以报文的形式通过现场总线或实时以太网传递给伺服电机驱动器；所 述传输装置包括：方波信号转换模块，其用于将编码器输入信号Asina、Bcosa、R经差分 放大器、比例放大器后并分别转换成方波信号；其中，A、B分别表不三相交流电中的A相信 号、B相信号，a表不一个信号周期内的电气角，R表不编码器每圈经历一次的绝对位置参 考点；信号处理模块一，其表征通道一，用于将转换成方波信号的编码器输入信号Asina、 Bcosa、R处理成待传输信号一；信号处理模块二，其表征通道二，用于将转换成方波信号 的编码器输入信号Asina、Bcosa、R处理成待传输信号二；仲裁模块，其用于判断两个待 传输信号是否相同，如相同则将两个通道中的位置信息叠加到标准报文字段中输出，形成 的数据流通过现场总线传递给伺服电机驱动器。
[0014] 作为上述方案的进一步改进，所述信号处理模块一包括：倍频单元一，其用于对编 码器输入信号Asina、Bc〇Sa进行4倍频；参考点寄存单元一，其用于记载编码器输入信号 R并形成编码器每圈经历一次的绝对位置轨迹一；粗计数单元一，其用于根据绝对位置轨 迹一对4倍频后的编码器输入信号Asina、Bcosa计算出粗位置值一，并根据所述粗位置 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码一；CRC校验单元一， 其用于在所述代码一的最低位设置校验码形成所述待传输信号一，所述待传输信号一的一 个周期内容为：粗位置值一、速度值一、状态值一；
[0015] 对应地，所述信号处理模块二包括：倍频单元二，其用于对编码器输入信号 Asina、Bcosa进行4倍频；参考点寄存单元二，其用于记载编码器输入信号R并形成编 码器每圈经历一次的绝对位置轨迹二；粗计数单元二，其用于根据绝对位置轨迹一对4倍 频后的编码器输入信号Asina、Bcosa计算出粗位置值二，并根据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码二；CRC校验单元二，其用于在所 述代码二的最低位设置校验码形成所述待传输信号二，所述待传输信号二的一个周期内容 为：粗位置值二、速度值二、状态值二。
[0016] 进一步地，所述信号处理模块一还包括精细计数单元，所述精细计数单元用于对 所述粗位置值一插值细分形成精细位置值。
[0017] 优选地，所述精细计数单元设置有机械角A5计算单元和转速n计算单元；机械角 Xs计算单元根据公式（1)获得机械角Xs
公式（1)，其中，N为 编码器的分辨率，每转信号周期数；Z为活动的信号周期数量；a为一个信号周期内的电气
^为一个信号周期内的机械角；转速n计算单元根据公式（2)获
[0018] 所述精细计数单元根据机械角As和转速n对所述粗位置值一插值细分形成所 述精细位置值，使所述代码一的一个周期内的内容变更成粗位置值一、速度值一、精细位置 值，相应的所述待传输信号一的一个周期内的内容变更成粗位置值一、速度值一、精细位置 值、状态值一。
[0019] 作为上述方案的进一步改进，所述传输装置还包括温度传感器信号模数转换模 块，用于测量电机定子线圈的温度，得到的温度值作为传输报文的组成成分，属于数据流的 一个周期传送信息："待传输信号一、待传输信号二、温度值"。
[0020] 本发明还提供一种编码器信号数字化传输方法，其用于将编码器输入信号 Asina、Bcosa、R从模拟信号转换为数字信号；所述数字信号以报文的形式通过现场总线 传递给伺服电机驱动器；所述编码器信号数字化传输方法包括以下步骤：将编码器输入信 号Asina、Bcosa、R并分别转换成方波信号；其中，A、B分别表不三相交流电中的A相信 号、B相信号，a表不一个信号周期内的电气角，R表不编码器每圈经历一次的绝对位置参 考点；采用通道一，将转换成方波信号的编码器输入信号Asina、Bcosa、R处理成待传输 信号一；采用通道二，将转换成方波信号的编码器输入信号Asina、Bcosa、R处理成待传 输信号二；判断两个待传输信号是否相同，如相同则将两个通道中的位置信息叠加到标准 报文字段中输出，形成的数据流通过现场总线传递给伺服电机驱动器。
[0021] 作为上述方案的进一步改进，所述待传输信号一的处理步骤包括：对编码器输入 信号Asina、Bcosa进行4倍频；记载编码器输入信号R并形成编码器每圈经历一次的绝 对位置轨迹一；根据绝对位置轨迹一对4倍频后的编码器输入信号Asina、Bcosa计算出 粗位置值一，并根据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 形成代码一；在所述代码一的最低位设置校验码形成所述待传输信号一，所述待传输信号 一的一个周期内容为：粗位置值一、速度值一、状态值一；
[0022] 对应地，所述待传输信号二的处理步骤包括：对编码器输入信号Asina、Bcosa 进行4倍频；记载编码器输入信号R并形成编码器每圈经历一次的绝对位置轨迹二；根据 绝对位置轨迹一对4倍频后的编码器输入信号Asina、Bcosa计算出粗位置值二，并根据 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码二；在所 述代码二的最低位设置校验码形成所述待传输信号二，所述待传输信号二的一个周期内容 为：粗位置值二、速度值二、状态值二。
[0023] 进一步地，所述待传输信号一的处理步骤还包括：对所述粗位置值一插值细分形 成精细位置值。
[0024] 优选地，根据机械角As和转速n对所述粗位置值一插值细分形成所述精细位置 值，使所述代码一的一个周期内的内容变