本實(shí)用新型涉及木工車床控制領(lǐng)域，具體涉及一種木工車床控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

臺(tái)式木工車床是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便的家用和工業(yè)實(shí)用車床。車床主軸由電機(jī)帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)，該電機(jī)分為直流電機(jī)、交流異步電機(jī)以及伺服電機(jī)。木工車床的工作原理為: 由電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu),帶動(dòng)車床主軸旋轉(zhuǎn),主軸又通過頂尖或者卡盤帶動(dòng)被加工零件旋轉(zhuǎn)，然后用刀具對(duì)工件進(jìn)行切削,從而加工出不同形狀的回轉(zhuǎn)體。由于工件的形狀和大小不同以及人們對(duì)木工車的切削力、安全性能、操作便利性能和加工表面的光潔度要求越來越高，就需要木工機(jī)床在加工工作能中提供盡量大的輸出扭矩、主軸不同的轉(zhuǎn)向和不同的轉(zhuǎn)速,因此市場(chǎng)上對(duì)于擁有恒轉(zhuǎn)矩、正反轉(zhuǎn)以及無級(jí)調(diào)速功能的木工車需求量日益增多。

目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)的木工車都是交流異步電動(dòng)機(jī)的木工車，只能提供3檔或者6檔的固定速度,不能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的功能,也沒有正反轉(zhuǎn)功能，上電后直接以某一恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，且在切削時(shí)扭矩下降很快，不利于進(jìn)行高質(zhì)量的切削工作，變頻器控制器體積大、并且成本也很高。雖然有些小木工車可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，但仍然解決不了以下技術(shù)問題：一是不具有電機(jī)正反轉(zhuǎn)功能；二是正反轉(zhuǎn)功能不能防止操作者誤操作，一旦誤操作正反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或者電機(jī)很容易損壞，甚至操作者被突然換向旋轉(zhuǎn)的工件或者主軸傷害到，威脅人身安全；三是沒有過載、過壓、過流保護(hù)功能，或是電壓電流保護(hù)過于單一，不適于木工車床的實(shí)際應(yīng)用；由于木工愛好者都是手工操作刀具切削，因此時(shí)常出現(xiàn)過載現(xiàn)象，這樣木工車控制系統(tǒng)很容易燒壞，投訴很多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于對(duì)現(xiàn)有木工車床不可換向、電流電壓保護(hù)點(diǎn)單一、保護(hù)形勢(shì)簡(jiǎn)單，不利于木工車床的使用和安全操作等缺陷進(jìn)行改進(jìn)，提出的一種木工車床控制系統(tǒng)，使木工車床使用更安全、操作更方便。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提出一種木工車床控制系統(tǒng)，包括微控制器、正反轉(zhuǎn)按鍵檢測(cè)電路、電機(jī)以及IGBT驅(qū)動(dòng)電路，所述正反轉(zhuǎn)按鍵檢測(cè)電路與微控制器相連；還包括母線電壓采樣模塊、電機(jī)電壓采樣模塊和電流采樣模塊,分別用以檢測(cè)母線電壓、電機(jī)電壓和電機(jī)電流，并將檢測(cè)的數(shù)值傳輸?shù)轿⒖刂破鳎⒖刂破魍ㄟ^IGBT驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)動(dòng)作。

優(yōu)選的，所述電機(jī)兩端連接有續(xù)流二極管。

優(yōu)選的，所述電流采樣模塊采用電流采樣電阻進(jìn)行電流采樣。

進(jìn)一步的，所述微控制器還包括電壓保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊，所述電壓保護(hù)點(diǎn)包括母線過壓保護(hù)點(diǎn)、母線欠壓保護(hù)點(diǎn)和電機(jī)電壓保護(hù)點(diǎn)，通過對(duì)電機(jī)電壓與母線電壓的檢測(cè)，對(duì)電機(jī)電壓保護(hù)更加全面，保障系統(tǒng)和人身安全。

進(jìn)一步的，所述微控制器還包括電流保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊，所述電流保護(hù)點(diǎn)包括硬件保護(hù)點(diǎn)、軟件保護(hù)點(diǎn)和堵轉(zhuǎn)保護(hù)點(diǎn)，根據(jù)電機(jī)特性，設(shè)計(jì)不同的保護(hù)點(diǎn)，對(duì)電機(jī)電流保護(hù)更全面，保證設(shè)備正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，所述正反轉(zhuǎn)按鍵檢測(cè)電路包括按鍵接口，以及與按鍵接口串聯(lián)連接組成回路的第一電容C1和第二電阻R2；第一電容C1與第二電阻R2的連接端通過第一電阻R1接高電平，且連接端為I/O端；第一電容C1的另一端接地。

進(jìn)一步的，所述電流采樣模塊通過電流濾波，然后經(jīng)電壓比較器和運(yùn)算放大器與微控制器相連，方便對(duì)數(shù)據(jù)處理。

進(jìn)一步的，所述微控制器包括無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)模塊，由于直流電機(jī)的扭矩與電流成正比，通過對(duì)電流采樣，反饋、補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑢?shí)時(shí)由無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)模塊控制電機(jī)電流，以實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩調(diào)節(jié)的控制。

進(jìn)一步的，還包括與微控制器相連的電位器檢測(cè)模塊，微控制器檢測(cè)電位器電壓大小，從而調(diào)整電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)（PWM信號(hào)的脈沖寬度）來調(diào)整電機(jī)電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)無極調(diào)速，方便用戶切削不同的材料。

進(jìn)一步的，還包括與微控制器相連的數(shù)碼管，通過數(shù)字顯示提示操作人員，方便操作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

1. 本實(shí)用新型通過微控制器控制，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)功能，方便切削不同形狀和大小的工件，并且通過微控制器檢測(cè)按鍵切換狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)誤操作防護(hù)控制。切削過程中在任意時(shí)刻觸動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，木工車都會(huì)自動(dòng)停機(jī),不會(huì)直接進(jìn)行反向運(yùn)轉(zhuǎn),有效的提高操作安全性、防止了人員誤操作，既保護(hù)了操作者，又保護(hù)了設(shè)備，延長(zhǎng)了車床使用壽命。

2. 通過設(shè)置微控制器控制，設(shè)置多個(gè)電壓保護(hù)點(diǎn)和電流保護(hù)點(diǎn)，對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)全面電流電壓保護(hù)，通過電機(jī)電壓采樣模塊、母線電壓采樣模塊和電流采樣模塊分別對(duì)電機(jī)電壓、母線電壓、電機(jī)電流檢測(cè)，與設(shè)好的保護(hù)點(diǎn)進(jìn)行比較，通過微控制器做出相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)和系統(tǒng)的全面保護(hù)，既保證了使用過程中,木工車床有充沛的動(dòng)力輸出,又避免了木工車因過載而導(dǎo)致車床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)受損。

3. 通過電位器檢測(cè)模塊和電流采樣模塊，由微控制器控制及無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)模塊控制，實(shí)現(xiàn)低速大扭矩，保障電機(jī)的工作性能；通過微控制器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈寬調(diào)整，改變電機(jī)電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)無極調(diào)速，保證電機(jī)轉(zhuǎn)速平滑連續(xù)變化，而且可以在整個(gè)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，保障木工車床的安全穩(wěn)定運(yùn)作，提高切削效率與切削精度。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中正反轉(zhuǎn)切換按鍵檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中電機(jī)換向原理框圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中電壓保護(hù)原理框圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中電流保護(hù)原理框圖；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例中電機(jī)無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)控制原理框圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提供一種木工車床控制系統(tǒng)，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步地說明。

參考圖1，為本實(shí)施例木工車床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括微控制器、正反轉(zhuǎn)按鍵檢測(cè)電路、電機(jī)以及IGBT驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)兩端連接有續(xù)流二極管，所述正反轉(zhuǎn)按鍵檢測(cè)電路與微控制器相連；還包括母線電壓采樣模塊、電機(jī)電壓采樣模塊和電流采樣模塊,分別用以檢測(cè)母線電壓、電機(jī)電壓和電機(jī)電流，并將檢測(cè)的數(shù)值傳輸?shù)轿⒖刂破鳎⒖刂破魍ㄟ^IGBT驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)動(dòng)作，本實(shí)施例中微控制器采用STM8S系列單片機(jī)。

為了方便操作人員操作，所述微控制器還連接有數(shù)碼管（圖中未示意），通過數(shù)字顯示提示操作人員，方便操作 。

參考圖2，所述正反轉(zhuǎn)按鍵檢測(cè)電路包括按鍵接口，以及與按鍵接口（換向開關(guān)）串聯(lián)連接組成回路的第一電容C1和第二電阻R2；第一電容C1與第二電阻R2的連接端通過第一電阻R1與電源相連，且連接端為I/O端；第一電容C1的另一端接地，通過設(shè)計(jì)按鍵檢測(cè)電路，操作簡(jiǎn)單，使用方便，提高安全性能。

實(shí)施例中，為了進(jìn)一步說明電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換的原理，參考圖3進(jìn)一步說明：對(duì)于本實(shí)施例控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)換向功能可以采用以下兩種方式：

1、若要對(duì)電機(jī)換向，可以先將電機(jī)停機(jī)，然后切換電機(jī)方向，再重新啟動(dòng)達(dá)到換向的目的；

2、還可以在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的任意時(shí)刻去按換向開關(guān)，這時(shí)候單片機(jī)檢測(cè)到按鍵切換，控制電機(jī)自動(dòng)停機(jī)，通過數(shù)碼管顯示提示符，如06，提示操作人員電機(jī)已換向，然后重啟電源，電機(jī)換向正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證木工車床切削效率。

并且，電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，若工作人員誤操作，本實(shí)施例還可以通過單片機(jī)檢測(cè)到按鍵狀態(tài)，控制IGBT驅(qū)動(dòng)電路（IGBT為絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低）關(guān)閉IGBT，使電機(jī)停機(jī)，起到安全防護(hù)作用，保障操作人員人身安全。

另外，為了對(duì)控制系統(tǒng)和木工車床進(jìn)行更全面電壓電流的保護(hù)，所述微控制器還包括電壓保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊和電流保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊；所述電壓保護(hù)點(diǎn)包括母線過壓保護(hù)點(diǎn)、母線欠壓保護(hù)點(diǎn)和電機(jī)電壓保護(hù)點(diǎn)，所述電流保護(hù)點(diǎn)包括硬件保護(hù)點(diǎn)、軟件保護(hù)點(diǎn)和堵轉(zhuǎn)保護(hù)點(diǎn)。根據(jù)電機(jī)特性，設(shè)計(jì)不同的保護(hù)點(diǎn)，電流電壓保護(hù)更全面，有效保障設(shè)備正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)和人身安全。

下面對(duì)本實(shí)施例的電壓保護(hù)和電流保護(hù)做進(jìn)一步的說明：

電壓保護(hù)：參考圖4、電機(jī)運(yùn)行，通過電機(jī)電壓采樣模塊和母線電壓采樣模塊分別對(duì)電機(jī)電壓與母線電壓的檢測(cè)，實(shí)時(shí)獲取電壓值并傳輸?shù)轿⒖刂破鳎c電壓保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊的母線欠壓保護(hù)點(diǎn)B、母線過壓保護(hù)點(diǎn)A和電機(jī)電壓保護(hù)點(diǎn)C相比較，所述母線欠壓和過壓保護(hù)點(diǎn)是根據(jù)該木工車床使用地方的電力情況和該控制系統(tǒng)的承受能力進(jìn)行設(shè)計(jì)的，母線過壓保護(hù)是對(duì)控制器本身的一種保護(hù)，如果電壓過高而沒有保護(hù)措施則會(huì)損壞控制器；所述電機(jī)電壓保護(hù)點(diǎn)C是根據(jù)電機(jī)的額定電壓來設(shè)定的，電機(jī)如果長(zhǎng)時(shí)間過壓運(yùn)行一則損壞電機(jī)，二則電機(jī)轉(zhuǎn)速過高，危及人身安全，所以該保護(hù)也可以理解為一個(gè)超速保護(hù)。

當(dāng)檢測(cè)到母線電壓達(dá)到母線過壓保護(hù)點(diǎn)A時(shí)，直接停機(jī)，單片機(jī)控制輸入過壓保護(hù)，數(shù)碼管顯示07狀態(tài)；當(dāng)檢測(cè)到母線電壓不到保護(hù)點(diǎn)B時(shí)，此時(shí)微控制器控制電壓保護(hù)，電機(jī)不能運(yùn)行，數(shù)碼管顯示03狀態(tài)；當(dāng)檢測(cè)到電機(jī)電壓達(dá)到電機(jī)保護(hù)點(diǎn)C時(shí)，直接停機(jī)，輸出過壓保護(hù)，數(shù)碼管顯示08狀態(tài)。通過操作人員觀察數(shù)碼管顯示，方便直接，操作安全。

電流保護(hù)：參考圖5，這里分別設(shè)置硬件保護(hù)點(diǎn)和軟件保護(hù)點(diǎn)是考慮到軟件保護(hù)較硬件保護(hù)慢，所以為了防止軟件保護(hù)沒有起到作用而增加了硬件保護(hù)，提高木工車床的使用、操作安全。

電機(jī)啟動(dòng)后，電流增大，通過電流采樣電阻實(shí)時(shí)采集電機(jī)電流值，并通過濾波模塊濾除噪聲，由于此時(shí)的電流值較小，通過運(yùn)算放大器和電壓比較器放大處理后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，與設(shè)置好的電流保護(hù)點(diǎn)進(jìn)行比較。

若檢測(cè)到的電流達(dá)到硬件保護(hù)點(diǎn)A’，則通過單片機(jī)控制IGBT驅(qū)動(dòng)電路，使電機(jī)直接停機(jī)，起到保護(hù)作用，并通過數(shù)碼管顯示01狀態(tài)；若沒有達(dá)到硬件保護(hù)點(diǎn)A’，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，采樣電阻實(shí)時(shí)采集電機(jī)電流，當(dāng)檢測(cè)到達(dá)到軟件保護(hù)點(diǎn)B’時(shí)，通過單片機(jī)控制，使電機(jī)直接停機(jī)，起到保護(hù)作用，并通過數(shù)碼管顯示02狀態(tài)；若沒有達(dá)到軟件保護(hù)點(diǎn)B’，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；在木工車床的使用過程中，由于是手動(dòng)進(jìn)刀所以難免會(huì)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)情況，堵轉(zhuǎn)的同時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大電流，如果長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)則會(huì)損壞電機(jī)和控制器，所以當(dāng)檢測(cè)到堵轉(zhuǎn)后，達(dá)到堵轉(zhuǎn)保護(hù)點(diǎn)C’時(shí)，先計(jì)時(shí)維持一段時(shí)間（如6S），若堵轉(zhuǎn)消除，則電機(jī)可以正常繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過采樣電阻實(shí)時(shí)比較并做出控制；若果堵轉(zhuǎn)還沒有撤銷就要降低電流運(yùn)行，通過單片機(jī)控制IGBT驅(qū)動(dòng)電路減小IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)（PWM脈沖寬度），使電機(jī)電壓減小，從而減小電機(jī)電流，使此時(shí)電機(jī)在額定保護(hù)點(diǎn)E’（電機(jī)的額定工作電流）以下運(yùn)行，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)無極調(diào)速和恒轉(zhuǎn)矩功能，方便用戶切削不同的材料，提高操作便利性，本實(shí)施例還包括與微控制器相連的電位器檢測(cè)模塊, 用以檢測(cè)電機(jī)電流的電流采樣模塊，所述電流采樣模塊優(yōu)選采用電流采樣電阻，當(dāng)然也可以采用電流傳感器和電流互感器進(jìn)行電機(jī)電流采樣，所述電流采樣電阻與微控制器之間還連接有電流濾波電路，通過濾波濾除電流噪聲，由于采集的電流較小，然后通過電壓比較器和運(yùn)算放大器將電流放大傳輸?shù)轿⒖刂破鳌?/p>

由于直流電機(jī)的扭矩與電流成正比，參考圖6，為無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)控制原理框圖，通過單片機(jī)對(duì)電流采樣，反饋、補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑢?shí)時(shí)由微控制器的無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)模塊控制電機(jī)電流，以實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩調(diào)節(jié)的控制；無極調(diào)速的實(shí)現(xiàn)通過電位器檢測(cè)電壓大小，從而控制調(diào)整電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)（PWM信號(hào)的脈沖寬度）來調(diào)整電機(jī)電壓，并且在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)通過微控制器對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行控制，使電機(jī)輸出較大的扭矩，其效果明顯優(yōu)于簡(jiǎn)單控制的異步電機(jī)和變頻器。

本實(shí)施例所述的方案，在木工車床領(lǐng)域設(shè)計(jì)新思路，不僅可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)功能，還有效的防止了電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換誤操作，同時(shí)系統(tǒng)的電壓電流保護(hù)也更加全面；采用驅(qū)動(dòng)器控制系統(tǒng)加直流電機(jī)的方案實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速功能，恒轉(zhuǎn)矩輸出，比變頻器加交流電機(jī)的方案極大的節(jié)省了成本,并且變速過程中可以比變頻器加交流電機(jī)提供更充沛的動(dòng)力輸出，方便木工車床的切削操作，提高工作效率、精度及操作安全性，具有廣泛的推廣意義。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本實(shí)用新型作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例應(yīng)用于其它領(lǐng)域，但是凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。