一种用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测系统及方法与流程

本发明属于精密灌装泵及步进电机控制，具体涉及一种用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测系统及方法。

背景技术：

1、在精密灌装泵应用中，因回收、填充功能需求，或在灌装过程中异常断电等，导致步进电机处于非零位，以及步进电机运行过程中的运行状态是否正常，这些都是影响灌装精准性的重要因素，因此步进电机的精准归零及运行状态监测至关重要。常见的方法有直接归零法与传感器法等。直接归零法简单易行，但不够精确，长期运行不可靠，且无法测速测向。普遍的传感器法通常需要安装多个传感器，使用复杂的编码器产生a相、b相和z相输出，a相和b相用于确定旋转方向和速度，z相是用来标识零位，这种方法设计相对复杂，成本较高，并且需要较多的cpu资源。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测系统及方法，解决了步进电机的精准归零及运行状态监测，具有效率高、识别精准、性价比高、长期运行可靠、无需校准等特点，进一步保障了精密灌装泵精准灌装。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测系统，包括：光电编码器模块、步进电机驱动模块、脉冲信号产生模块以及深度分析监测模块；

4、所述光电编码器模块，用于基于步进电机轴上的光电编码器，标定步进电机零点位置；

5、所述步进电机驱动模块，用于基于pwm脉冲驱动控制步进电机旋转；

6、所述脉冲信号产生模块，用于在步进电机旋转过程中，利用光电编码器产生α相通道电脉冲信号；

7、所述深度分析监测模块，用于基于所述α相通道电脉冲信号以及标定的步进电机零点位置，监测步进电机归零与运行状态，获得监测结果。

8、优选的，所述光电编码器模块包括：微量分装主轴码盘和高灵敏光感传感器；

9、所述微量分装主轴码盘，用于标定步进电机零点位置及监测步进电机旋转方向和转速；

10、所述高灵敏光感传感器，用于识别所述微量分装主轴码盘的透光区和不透光区。

11、优选的，所述微量分装主轴码盘包括1个特殊透光区和23个常规透光区；

12、所述特殊透光区旋转角度为19°，用于标定步进电机零点位置；

13、所述常规透光区旋转角度为4°，其中，常规透光区排布包括常规排布与密集排布，所述常规排布的常规透光区间隔15°，所述密集排布由三个间隔7.5°的常规透光区组成，位于零点位置的-71°至-90°位置，常规透光区及排布设计用于监测步进电机旋转方向和转速；

14、所述零点位置位于微量分装主轴码盘特殊透光区域边沿。

15、本发明还提供一种用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测方法，应用所述的系统，包括以下步骤：

16、基于光电编码器，标定步进电机零点位置；

17、基于pwm脉冲驱动控制步进电机旋转；

18、在步进电机旋转过程中，利用光电编码器产生α相通道电脉冲信号；

19、基于所述α相通道电脉冲信号以及标定的步进电机零点位置，监测步进电机归零与运行状态，获得监测结果。

20、优选的，基于pwm脉冲驱动控制步进电机旋转的方法为：

21、通过pwm产生占空比为50％的脉冲信号，配合步进电机驱动器驱动步进电机在预设转向d与预设转速n下旋转时，pwm脉冲宽度为t；其中，步进电机驱动器脉冲常数设为c。

22、优选的，监测步进电机归零的方法为：

23、当α相通道电脉冲信号的脉冲宽度ti>(c÷24×t)×1.5时，获得零点位置，pwm脉冲停止输出，完成步进电机归零监测。

24、优选的，监测步进电机运行状态的方法为：

25、在步进电机旋转过程中，若在预设时长内未监测到α相通道电脉冲信号，获得步进电机第一实际转速；

26、若在预设时长内监测到α相通道电脉冲信号，且α相通道电脉冲信号的脉冲宽度满足第一预设宽度范围时，计算步进电机运行的平均周期；基于所述平均周期，获得步进电机第二实际转速；

27、基于步进电机第一实际转速、第二实际转速以及所述预设转速n，获得步进电机转速监测结果；

28、若α相通道电脉冲信号的脉冲宽度满足第二预设宽度范围时，获得零点位置与密集排布位置的时间差；基于所述时间差，获得步进电机转向监测结果；

29、基于步进电机转速监测结果以及转向监测结果，完成步进电机运行状态的监测。

30、优选的，步进电机运行状态的监测结果包括转速正常、转速异常、转向异常以及转向与转速异常。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用更优化的设计，使用高灵敏光感传感器与自研微量分装主轴码盘生成一路α相通道电脉冲信号，通过对此电脉冲信号测量分析实现步进电机归零与运行状态监测，具有效率高、识别精准、性价比高、长期运行可靠、无需校准等特点。

32、附图说明

33、为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例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是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

34、图1为本发明实施例一种用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测方法的流程示意图；

35、图2为本发明实施例的精密灌装泵的步进电机、光电编码器机械2d设计图；

36、图3为本发明实施例的精密灌装泵的步进电机、光电编码器机械3d设计图；

37、图4为本发明实施例的微量分装主轴码盘设计图；

38、图5为本发明实施例的α相通道电脉冲信号及信号分析图；

39、图6为本发明实施例的一种用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测设备的结构示意图。

技术特征：

1.一种用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测系统，其特征在于，包括：光电编码器模块、步进电机驱动模块、脉冲信号产生模块以及深度分析监测模块；

2.根据权利要求1所述的用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测系统，其特征在于，所述光电编码器模块包括：微量分装主轴码盘和高灵敏光感传感器；

3.根据权利要求2所述的用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测系统，其特征在于，所述微量分装主轴码盘包括1个特殊透光区和23个常规透光区；

4.一种用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测方法，应用权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测方法，其特征在于，基于pwm脉冲驱动控制步进电机旋转的方法为：

6.根据权利要求5所述的用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测方法，其特征在于，监测步进电机归零的方法为：

7.根据权利要求4所述的用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测方法，其特征在于，监测步进电机运行状态的方法为：

8.根据权利要求7所述的用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测方法，其特征在于，步进电机运行状态的监测结果包括转速正常、转速异常、转向异常以及转向与转速异常。

技术总结
本发明提供一种用于精密灌装泵的步进电机归零与运行状态监测系统及方法，系统包括：光电编码器模块，用于基于步进电机轴上的光电编码器，标定步进电机零点位置；步进电机驱动模块，用于基于PWM脉冲驱动控制步进电机旋转；脉冲信号产生模块，用于在步进电机旋转过程中，利用光电编码器产生α相通道电脉冲信号；深度分析监测模块，用于基于所述α相通道电脉冲信号以及标定的步进电机零点位置，监测步进电机归零与运行状态，获得监测结果。本发明技术方案具有效率高、识别精准、性价比高、长期运行可靠、无需校准等特点。

技术研发人员：杜娜娜,张红征,安磊,穆新亮,吴巍
受保护的技术使用者：保定创锐泵业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/21