CN108672860B - 一种用于线切割机上的z轴智能升降控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，包括功率管模块、驱动功率管模块、保护功率管模块、电流检测模块、电源模块、主控模块、相序检测模块、升降步进电机、触控屏、升降限位模块和信号输入模块。上电后，上位机发出驱动电机的控制信号，相序检测模块通过对输入的控制信号进行检测，将有效信号导入信号输入模块；然后主控模块向驱动功率管模块产生PWM信号，功率管模块在PWM信号作用下导通或截止，从而驱动步进电机转动或停止；而Z轴升降步进电机也一样，当到达限位位置时，限位开关被按下，触发第二光耦输出低电平，主控模块获取低电平信号后，便驱动升降步进电机停下，从而实现自动升降及限位操作，无需人工干预，提高工作效率。

Description

一种用于线切割机上的Z轴智能升降控制器

技术领域

本发明涉及电机驱动技术领域，尤其涉及一种用于线切割机上的Z轴智能升降控制器。

背景技术

目前，线切割机上的Z轴均采用手动调节方式来实现升降，工人根据加工需求计算出要提升或降低的高度，然后手摇调节把柄对着刻度尺来调节Z轴的升降；这种调节方式存在调节精度低、容易出错、误差大、效率低的缺点。因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、用于线切割机上的Z轴智能升降控制器。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，该升降控制器主要包括用于驱动步进电机其中一相的功率管模块、用于驱动功率管的驱动功率管模块、用于保护功率管的保护功率管模块、用于检测驱动步进电机电流的电流检测模块、为各模块供电的电源模块、主控模块、用于检测驱动相序的相序检测模块、、用于驱动Z轴升降的升降步进电机、用于设定升降幅度并显示系统参数的触控屏、用于正负限位的升降限位模块、以及作为步进电机驱动总开关的信号输入模块。所述功率管模块、驱动功率管模块、保护功率管模块、电流检测模块、相序检测模块、以及信号输入模块组成控制步进电机其中一相的一组模块，在实际应用中可根据步进电机数量、相数来相应增加模块的组数，从而实现驱动更多的步进电机。

具体的，所述主控模块分别与触控屏、升降限位模块、驱动功率管模块、电流检测模块、以及相序检测模块连接。所述相序检测模块与信号输入模块连接。所述功率管模块分别与步进电机、升降步进电机、驱动功率管模块、保护功率管模块、以及电流检测模块连接。所述保护功率管模块与步进电机连接。

具体的，所述功率管模块采用NMOS型场效应晶体管，所述功率管模块的漏极分别与步进电机的一相和保护功率管模块连接，其源极与电流检测模块连接后接地，其栅极与驱动功率管模块的输出端连接。

具体的，所述升降限位模块分别设置在Z轴的顶部和底部，分别限制位于Z轴上的工作台或刀具在Z轴的工作范围，其结构主要包括第二光耦、第二发光二极管、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第十四电容、第十五电容、以及限位开关。所述第十四电容和第十九电阻并联连接，且并联后的一端与第二光耦的第一端连接，另一端与第二发光二极管的输出端连接。所述第二发光二极管的输入端通过第二十电阻与第二光耦的第二端连接。所述限位开关的一端接地，另一端与第二发光二极管的输出端连接。所述第二光耦的第一端与第二输入电压连接，第三端接地，第四端通过第二十一电阻与主控模块和电源模块的输出端连接，并通过第十五电容接地。工作时，主控模块利用功率管模块驱动升降步进电机在Z轴上运动，当到达Z轴的上限位置或下限位置时，形成开关被按下与地连接，第二光耦的输入端被导通，第二发光二极管点亮并提示工作人员，第二光耦的输出端连通将原本处于高电平的管脚拉到低电平，该信号到达主控模块后被识别出来，主控模块便会停止驱动升降电机，从而确保不会超出工作范围，实现高精度的Z轴升降控制；至于升降幅度的大小及速度，可通过触控屏输入到主控模块内实现(或者利用显示屏显示参数及运行状态，通过键盘或按键输人参数或调节升降步进电机运行状态)，免去了根据Z轴刻度尺来手工调节升降幅度的麻烦，显著提高工作效率，缩短调节时间。

具体的，为了进一步降低成本，本方案中的触控屏可用普通LCD加按键的方案代替，包括用于显示信息的LCD液晶屏、用于提高LCD液晶屏亮度的背光模块、以及用于设定输入值或直接驱动升降步进电机(点动、连续正转或反转)的按键组。所述背光模块设置在LCD液晶屏背部并与主控模块连接，包括第三至第八发光二极管、第二十二至第二十八电阻、以及第五功率管；所述第三至第八发光二极管与第二十二至第二十七电阻采用一个二极管与一个电阻串联后再与其他组并联的方式，组成六组发光通道。这六组发光通道的输入端与第一输出电压连接，输出端与第五功率管的漏极连接。所述第五功率管的栅极分别与主控模块和第二十八电阻一端连接，源极分别与接地端和第二十八电阻的另一端连接。工作时，主控模块通过控制第五功率管的栅极将其导通，使电流经过六组发光二极管并产生亮光，将提高LCD液晶屏的亮度，使其显示清晰可见，提高工人获取屏幕信息的容易程度。

具体的，该主控模块主要包括用于处理各模块信息并实现控制的主控芯片、用于产生PWM脉冲信号的驱动芯片。该驱动芯片受主控芯片控制，并根据需要驱动的步进电机数量、相数来相应增加该芯片的数量，从而简化驱动电路的结构和元器件的数量，实现缩小升降控制器体积、简化升降控制器设计的目的。

具体的，所述保护功率管模块主要包括以第十七电阻、第二电容、及相互并联连接的第三二极管、第五二极管和第七二极管。并联后的所述第三二极管的输出端与第一输入电压连接(该第一输入电压为外界输入电压，采用直流12V电压)，输入端分别与功率管模块的漏极和第十七电阻的一端连接。所述第二电容的一端接地，另一端与第二期电阻的另一端连接。工作时，所述第十七电阻、第二电容串联后与功率管的D极与S极并联用吸收功率管快速开关产生的浪涌尖峰电压，所述第三二极管、第五二极管和第七二极管并联后用于将步进电机线圈(因快速通与断电)产生的反向电动势释放到VCC供电回路，从而保护功率管不被浪涌电压击穿。

具体的，所述电流检测模块主要包括第十五电阻、第十六电阻、以及第一电容。所述第十六电阻和第十五电阻的一端分别与功率管模块的源极连接，第十六电阻的另一端接地，第十五电阻的另一端分别与主控模块和第一电容的一端连接。所述第一电容的另一端接地。工作时，主控模块通过采集功率管模块源极与电源地之间的压差，并根据公式可以计算出该相导通时的工作电流，从而判断步进电机是否工作在额定工况下。

具体的，所述驱动功率管模块主要包括第十电阻、第十一电阻、第十三电阻、第一稳压二极管、第三三极管、第四三极管、以及第五三极管。所述功率管模块的栅极分别与第十三电阻的一端和第一稳压二极管的输出端连接，第一稳压二极管的输入端接地，第十三电阻的另一端分别与第四三极管的发射极和第五三极管的发射极连接。所述第五三极管的集电极接地，基极分别与第四三极管的基极、第三三极管的集电极、以及第十一电阻的一端连接。所述第十一电阻的另一端分别与第一输入电压和第四三极管的集电极连接。所述第三三极管的发射极接地，基极分别与主控模块和第十电阻的一端连接。所述第十电阻的另一端接地。工作时，第四三极管和第五三极管构成互补型推挽输出来驱动功率管模块，其结构简单、稳定性高且工作可靠，十分适用于功率管的驱动，其前一级采用第三三极管产生PWM脉冲信号，通过控制PWM信号内高低电平的时间占比，可以有效调整步进电机当前的功率(当电流检测模块测出的实际功率偏小时，通过调大占空比即可增大步进电机的驱动功率)，从而确保步进电机工作在恒定功率下。

具体的，所述信号输入模块主要包括第六电阻、第八电阻、第一二极管、第一三极管、以及第二三极管。所述第一二极管的输入端与第三三极管的集电极连接，输出端分别与第八电阻的一端和第二三极管的集电极连接。所述第二三极管的发射极接地，基极分别与第六电阻的一端和第一三极管的集电极连接。所述第一三极管的发射极接地。所述第六电阻的另一端分别与第八电阻的另一端和第一输入电压连接。工作时，信号输入模块作为驱动功率管模块的前级控制开关，当信号输入模块的输出端为高电平时，驱动功率管模块的PWM信号才生效，反之，当输出端为低电平时，功率管模块处于截止状态(即步进电机的该相线路不导通)。

具体的，所述相序检测模块既接收上位机的控制信号，同时也接收主控模块的控制信号，该相序检测模块主要包括第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第十二电阻、第一光耦、以及第二稳压二极管。所述第一三极管的基极分别与第四电阻和第五电阻的一端、以及第一光耦的第三端连接。所述第五电阻的另一端与第二稳压二极管输入端连接后接地。所述第四电阻的另一端与第二稳压二极管输出端连接后与主控模块连接。所述第一光耦的第四端通过第十二电阻与第一输入电压连接，其第一端通过第一电阻与第二输入电压连接(该第二输入电压与第一输入电压参数相同，但不在同一个电源网络当中，这样设计有利于有效驱动光耦工作)，并通过第二电阻与第二端连接，其第二端与上位机连接。工作时，主控模块通过相序检测模块检测上位机输入的控制信号是否存在缺相问题，若出现，便会驱动缺相报警模块报警，从而提醒工作人员及时处理。

进一步的，为了避免步进电机丢步、失步时不被察觉，导致工件在切割时精度下降或尺寸不准的现象发生，本发明所述用于线切割机上的Z轴智能升降控制器还包括用于提示报警信息的缺相报警模块。所述缺相报警模块包括第三电阻、第七三极管、以及第一蜂鸣器。所述第七三极管的基极通过第三电阻与主控模块连接，集电极通过第一蜂鸣器与第一输入电压连接，发射极接地。当检测到输入信号或步进电机发生缺相现象时，主控模块便驱动第一蜂鸣器发出报警声音，该声音的种类可根据报错的类型不同而分别设定，从而提醒在场工人及时检测机器情况，并做进一步维修工作。

进一步的，为了能够简单直观显示步进电机的工作状态，本发明所述用于线切割机上的Z轴智能升降控制器还包括用于反应电机工作状态的指示模块。所述指示模块包括第十四电阻和第一发光二极管。所述第一发光二极管的输出端接地，输入端通过第十四电阻与功率管模块的栅极连接。当某一相的功率管导通后，该相的指示灯便会点亮，从而能够直观看出步进电机在该相的工作状态。

具体的，所述电源模块主要包括第一电源芯片、第一电感、以及第四至第十三电容。所述第四电容和第十电容分别并联在第一电源芯片的输入端与接地端之间。所述第五电容和第十一电容分别并联在第一电源芯片输出端与接地端之间。所述第一电源芯片的输出端与第一电感连接并产生第一输出电压(采用5V电压设计)。所述第六至第九电容、以及第十二电容和第十三电容的两端分别与第一输出电压和电源地并联。所述第一电源芯片的输入端与第一输入电压连接。

进一步的，为了使升降控制器在上电时能够正常复位，将系统参数调节到原始位置，本发明所述升降控制器还包括用于主控模块复位的复位模块，所述复位模块与主控模块内的驱动芯片和控制芯片数量一一对应，主要包括第十八电阻、第三电容、以及第一复位芯片。所述第十八电阻的两端并联在第一复位芯片的输入端与复位端之间。所述第三电容的两端并联在第一复位芯片的复位端与接地端之间。所述第一复位芯片的输入端与第一输出电压连接，复位端与主控模块连接，接地端与连接电源地。

本发明的工作过程和原理是：当升降控制器接入电源后，复位模块便产生复位信号，使主控模块内的芯片复位并刷新参数设定值；然后，上位机发出驱动电机的控制信号，相序检测模块通过对输入的控制信号进行检测，排除缺相信号，并将有效的控制信号输入到信号输入模块；接着，主控模块向驱动功率管模块产生控制步进电机的PWM信号，功率管模块根据PWM信号导通或截止，从而控制步进电机在该相线路上的导通和截止；而Z轴上的升降步进电机同样采用相同的驱动，当Z轴滑块到达上限位置或下限位置时，限位开关被按下，从而触发第二光耦在输出端输出低电平并点亮第二发光二极管作为提示信号，主控模块获取到低电平信号后，便驱动升降步进电机停下并提示超出行程范围，从而实现Z轴滑块的自动升降及限位操作，无需人工干预，节约时间成本，提高工作效率。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明所提供的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器采用缺相检测和缺相报警模块来提醒在场工人，需要对机器进行检修或调整，从而确保步进电机工作在稳定且合适的工况下，有利于切割品质的统一和提高。

(2)本发明所提供的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器采用PWM信号来控制和驱动步进电机，与传统的限流电阻型驱动方式相比，具有功率可调、功率稳定、耗能小、成本低、结构简单等优点。

(3)本发明所提供的用于切割机上的Z轴智能升降控制器采用限位开关搭配光耦驱动的方式将位置信号转化为对应的电信号和光信号，给主控模块和现场工人发出警示信息，从而得到及时处理，节约了手动调节的时间和步骤，提高线切割的生产效率。

附图说明

图1是本发明所提供的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器各模块的电路结构图。

图2是本发明所提供的复位模块的电路结构图。

图3是本发明所提供的电源模块的电路结构图。

图4是本发明所提供的升降限位模块的电路结构图。

图5是本发明所提供的背光模块的电路结构图。

上述附图中的标号说明：

Q5-第五功率管，Q6-功率管模块，Z1-第一稳压二极管，Z2-第二稳压二极管，IC1-第一光耦，IC2-第一复位芯片，IC3-第一电源芯片，IC4-第二光耦，LED1-第一发光二极管，LED2-第二发光二极管，LED3-第三发光二极管，LED4-第四发光二极管，LED5-第五发光二极管，LED6-第六发光二极管，LED7-第七发光二极管，LED8-第八发光二极管，S1-限位开关，VDDA-第一输入电压，VDDB-第二输入电压，L1-第一电感。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1、图2、图3和图4所示，本发明公开了一种用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，该升降控制器主要包括用于驱动步进电机其中一相的功率管模块Q6、用于驱动功率管的驱动功率管模块、用于保护功率管的保护功率管模块、用于检测驱动步进电机电流的电流检测模块、为各模块供电的电源模块、主控模块、用于检测驱动相序的相序检测模块、、用于驱动Z轴升降的升降步进电机、用于设定升降幅度并显示系统参数的触控屏、用于正负限位的升降限位模块、以及作为步进电机驱动总开关的信号输入模块。所述功率管模块Q6、驱动功率管模块、保护功率管模块、电流检测模块、相序检测模块、以及信号输入模块组成控制步进电机其中一相的一组模块，在实际应用中可根据步进电机数量、相数来相应增加模块的组数，从而实现驱动更多的步进电机。

具体的，所述主控模块分别与触控屏、升降限位模块、驱动功率管模块、电流检测模块、以及相序检测模块连接。所述相序检测模块与信号输入模块连接。所述功率管模块Q6分别与步进电机、升降步进电机、驱动功率管模块、保护功率管模块、以及电流检测模块连接。所述保护功率管模块与步进电机连接。

具体的，所述功率管模块Q6采用NMOS型场效应晶体管，所述功率管模块Q6的漏极分别与步进电机的一相和保护功率管模块连接，其源极与电流检测模块连接后接地，其栅极与驱动功率管模块的输出端连接。

具体的，所述升降限位模块分别设置在Z轴的顶部和底部，分别限制位于Z轴上的工作台或刀具在Z轴的工作范围，其结构主要包括第二光耦IC4、第二发光二极管LED2、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第十四电容、第十五电容、以及限位开关S1。所述第十四电容和第十九电阻并联连接，且并联后的一端与第二光耦IC4的第一端连接，另一端与第二发光二极管LED2的输出端连接。所述第二发光二极管LED2的输入端通过第二十电阻与第二光耦IC4的第二端连接。所述限位开关S1的一端接地，另一端与第二发光二极管LED2的输出端连接。所述第二光耦IC4的第一端与第二输入电压VDDB连接，第三端接地，第四端通过第二十一电阻与主控模块和电源模块的输出端连接，并通过第十五电容接地。工作时，主控模块利用功率管模块Q6驱动升降步进电机在Z轴上运动，当到达Z轴的上限位置或下限位置时，形成开关被按下与地连接，第二光耦IC4的输入端被导通，第二发光二极管LED2点亮并提示工作人员，第二光耦IC4的输出端连通将原本处于高电平的管脚拉到低电平，该信号到达主控模块后被识别出来，主控模块便会停止驱动升降电机，从而确保不会超出工作范围，实现高精度的Z轴升降控制；至于升降幅度的大小及速度，可通过触控屏输入到主控模块内实现(或者利用显示屏显示参数及运行状态，通过键盘或按键输入参数或调节升降步进电机运行状态)，免去了根据Z轴刻度尺来手工调节升降幅度的麻烦，显著提高工作效率，缩短调节时间。

具体的，如图5所示，为了进一步降低成本，本方案中的触控屏可用普通LCD加按键的方案代替，包括用于显示信息的LCD液晶屏、用于提高LCD液晶屏亮度的背光模块、以及用于设定输入值或直接驱动升降步进电机(点动、连续正转或反转)的按键组。所述背光模块设置在LCD液晶屏背部并与主控模块连接，包括第三至第八发光二极管LED3～LED8、第二十二至第二十八电阻、以及第五功率管Q5；所述第三至第八发光二极管LED3～LED8与第二十二至第二十七电阻采用一个二极管与一个电阻串联后再与其他组并联的方式，组成六组发光通道。这六组发光通道的输入端与第一输出电压VDDA连接，输出端与第五功率管Q5的漏极连接。所述第五功率管Q5的栅极分别与主控模块和第二十八电阻一端连接，源极分别与接地端和第二十八电阻的另一端连接。工作时，主控模块通过控制第五功率管Q5的栅极将其导通，使电流经过六组发光二极管并产生亮光，将提高LCD液晶屏的亮度，使其显示清晰可见，提高工人获取屏幕信息的容易程度。

具体的，该主控模块主要包括用于处理各模块信息并实现控制的主控芯片、用于产生PWM脉冲信号的驱动芯片。该驱动芯片受主控芯片控制，并根据需要驱动的步进电机数量、相数来相应增加该芯片的数量，从而简化驱动电路的结构和元器件的数量，实现缩小升降控制器体积、简化升降控制器设计的目的。

具体的，所述保护功率管模块主要包括以第十七电阻、第二电容、及相互并联连接的第三二极管、第五二极管和第七二极管。并联后的所述第三二极管的输出端与第一输入电压VDDA连接(该第一输入电压VDDA为外界输入电压，采用直流12V电压)，输入端分别与功率管模块Q6的漏极和第十七电阻的一端连接。所述第二电容的一端接地，另一端与第二期电阻的另一端连接。工作时，所述第十七电阻、第二电容串联后与功率管的D极与S极并联用吸收功率管快速开关产生的浪涌尖峰电压，所述第三二极管、第五二极管和第七二极管并联后用于将步进电机线圈(因快速通与断电)产生的反向电动势释放到VCC供电回路，从而保护功率管不被浪涌电压击穿。

具体的，所述电流检测模块主要包括第十五电阻、第十六电阻、以及第一电容。所述第十六电阻和第十五电阻的一端分别与功率管模块Q6的源极连接，第十六电阻的另一端接地，第十五电阻的另一端分别与主控模块和第一电容的一端连接。所述第一电容的另一端接地。工作时，主控模块通过采集功率管模块Q6源极与电源地之间的压差，并根据公式可以计算出该相导通时的工作电流，从而判断步进电机是否工作在额定工况下。

具体的，所述驱动功率管模块主要包括第十电阻、第十一电阻、第十三电阻、第一稳压二极管Z1、第三三极管、第四三极管、以及第五三极管。所述功率管模块Q6的栅极分别与第十三电阻的一端和第一稳压二极管Z1的输出端连接，第一稳压二极管Z1的输入端接地，第十三电阻的另一端分别与第四三极管的发射极和第五三极管的发射极连接。所述第五三极管的集电极接地，基极分别与第四三极管的基极、第三三极管的集电极、以及第十一电阻的一端连接。所述第十一电阻的另一端分别与第一输入电压VDDA和第四三极管的集电极连接。所述第三三极管的发射极接地，基极分别与主控模块和第十电阻的一端连接。所述第十电阻的另一端接地。工作时，第四三极管和第五三极管构成互补型推挽输出来驱动功率管模块，其结构简单、稳定性高且工作可靠，十分适用于功率管的驱动，其前一级采用第三三极管产生PWM脉冲信号，通过控制PWM信号内高低电平的时间占比，可以有效调整步进电机当前的功率(当电流检测模块测出的实际功率偏小时，通过调大占空比即可增大步进电机的驱动功率)，从而确保步进电机工作在恒定功率下。

具体的，所述信号输入模块主要包括第六电阻、第八电阻、第一二极管、第一三极管、以及第二三极管。所述第一二极管的输入端与第三三极管的集电极连接，输出端分别与第八电阻的一端和第二三极管的集电极连接。所述第二三极管的发射极接地，基极分别与第六电阻的一端和第一三极管的集电极连接。所述第一三极管的发射极接地。所述第六电阻的另一端分别与第八电阻的另一端和第一输入电压VDDA连接。工作时，信号输入模块作为驱动功率管模块的前级控制开关，当信号输入模块的输出端为高电平时，驱动功率管模块的PWM信号才生效，反之，当输出端为低电平时，功率管模块Q6处于截止状态(即步进电机的该相线路不导通)。

具体的，所述相序检测模块既接收上位机的控制信号，同时也接收主控模块的控制信号，该相序检测模块主要包括第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第十二电阻、第一光耦IC1、以及第二稳压二极管Z2。所述第一三极管的基极分别与第四电阻和第五电阻的一端、以及第一光耦IC1的第三端连接。所述第五电阻的另一端与第二稳压二极管Z2输入端连接后接地。所述第四电阻的另一端与第二稳压二极管Z2输出端连接后与主控模块连接。所述第一光耦IC1的第四端通过第十二电阻与第一输入电压VDDA连接，其第一端通过第一电阻与第二输入电压VDDB连接(该第二输入电压VDDB与第一输入电压VDDA参数相同，但不在同一个电源网络当中，这样设计有利于有效驱动光耦工作)，并通过第二电阻与第二端连接，其第二端与上位机连接。工作时，主控模块通过相序检测模块检测上位机输入的控制信号是否存在缺相问题，若出现，便会驱动缺相报警模块报警，从而提醒工作人员及时处理。

进一步的，为了避免步进电机丢步、失步时不被察觉，导致工件在切割时精度下降或尺寸不准的现象发生，本发明所述用于线切割机上的Z轴智能升降控制器还包括用于提示报警信息的缺相报警模块。所述缺相报警模块包括第三电阻、第七三极管、以及第一蜂鸣器。所述第七三极管的基极通过第三电阻与主控模块连接，集电极通过第一蜂鸣器与第一输入电压VDDA连接，发射极接地。当检测到输入信号或步进电机发生缺相现象时，主控模块便驱动第一蜂鸣器发出报警声音，该声音的种类可根据报错的类型不同而分别设定，从而提醒在场工人及时检测机器情况，并做进一步维修工作。

进一步的，为了能够简单直观显示步进电机的工作状态，本发明所述用于线切割机上的Z轴智能升降控制器还包括用于反应电机工作状态的指示模块。所述指示模块包括第十四电阻和第一发光二极管LED1。所述第一发光二极管LED1的输出端接地，输入端通过第十四电阻与功率管模块Q6的栅极连接。当某一相的功率管导通后，该相的指示灯便会点亮，从而能够直观看出步进电机在该相的工作状态。

具体的，所述电源模块主要包括第一电源芯片IC3、第一电感L1、以及第四至第十三电容。所述第四电容和第十电容分别并联在第一电源芯片IC3的输入端与接地端之间。所述第五电容和第十一电容分别并联在第一电源芯片IC3输出端与接地端之间。所述第一电源芯片IC3的输出端与第一电感L1连接并产生第一输出电压(采用5V电压设计)。所述第六至第九电容、以及第十二电容和第十三电容的两端分别与第一输出电压和电源地并联。所述第一电源芯片IC3的输入端与第一输入电压VDDA连接。

进一步的，为了使升降控制器在上电时能够正常复位，将系统参数调节到原始位置，本发明所述升降控制器还包括用于主控模块复位的复位模块，所述复位模块与主控模块内的驱动芯片和控制芯片数量一一对应，主要包括第十八电阻、第三电容、以及第一复位芯片IC2。所述第十八电阻的两端并联在第一复位芯片IC2的输入端与复位端之间。所述第三电容的两端并联在第一复位芯片IC2的复位端与接地端之间。所述第一复位芯片IC2的输入端与第一输出电压连接，复位端与主控模块连接，接地端与连接电源地。

本发明的工作过程和原理是：当升降控制器接入电源后，复位模块便产生复位信号，使主控模块内的芯片复位并刷新参数设定值；然后，上位机发出驱动电机的控制信号，相序检测模块通过对输入的控制信号进行检测，排除缺相信号，并将有效的控制信号输入到信号输入模块；接着，主控模块向驱动功率管模块产生控制步进电机的PWM信号，功率管模块Q6根据PWM信号导通或截止，从而控制步进电机在该相线路上的导通和截止；而Z轴上的升降步进电机同样采用相同的驱动，当Z轴滑块到达上限位置或下限位置时，限位开关S1被按下，从而触发第二光耦IC4在输出端输出低电平并点亮第二发光二极管LED2作为提示信号，主控模块获取到低电平信号后，便驱动升降步进电机停下并提示超出行程范围，从而实现Z轴滑块的自动升降及限位操作，无需人工干预，节约时间成本，提高工作效率。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，其特征在于，包括用于驱动步进电机其中一相的功率管模块、用于驱动功率管的驱动功率管模块、用于保护功率管的保护功率管模块、用于检测驱动步进电机电流的电流检测模块、为各模块供电的电源模块、主控模块、用于检测驱动相序的相序检测模块、用于驱动Z轴升降的升降步进电机、用于设定升降幅度并显示系统参数的触控屏、用于正负限位的升降限位模块、以及作为步进电机驱动总开关的信号输入模块；

所述主控模块分别与触控屏、升降限位模块、驱动功率管模块、电流检测模块、以及相序检测模块连接；所述相序检测模块与信号输入模块连接；所述功率管模块分别与步进电机、升降步进电机、驱动功率管模块、保护功率管模块、以及电流检测模块连接；所述保护功率管模块与步进电机连接；

所述功率管模块采用NMOS型场效应晶体管，所述功率管模块的漏极分别与步进电机的一相和保护功率管模块连接，其源极与电流检测模块连接后接地，其栅极与驱动功率管模块的输出端连接；

所述升降限位模块分别设置在Z轴的顶部和底部，包括第二光耦、第二发光二极管、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第十四电容、第十五电容、以及限位开关；所述第十四电容和第十九电阻并联连接，且并联后的一端与第二光耦的第一端连接，另一端与第二发光二极管的输出端连接；所述第二发光二极管的输入端通过第二十电阻与第二光耦的第二端连接；所述限位开关的一端接地，另一端与第二发光二极管的输出端连接；所述第二光耦的第一端与第二输入电压连接，第三端接地，第四端通过第二十一电阻与主控模块和电源模块的输出端连接，并通过第十五电容接地。

2.根据权利要求1所述的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，其特征在于，所述保护功率管模块包括第十七电阻、第二电容、及相互并联连接的第三二极管、第五二极管和第七二极管；并联后的所述第三二极管的输出端与第一输入电压连接，输入端分别与功率管模块的漏极和第十七电阻的一端连接；所述第二电容的一端接地，另一端与第十七电阻的另一端连接。

3.根据权利要求1所述的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，其特征在于，所述电流检测模块包括第十五电阻、第十六电阻、以及第一电容；所述第十六电阻和第十五电阻的一端分别与功率管模块的源极连接，第十六电阻的另一端接地，第十五电阻的另一端分别与主控模块和第一电容的一端连接；所述第一电容的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，其特征在于，所述驱动功率管模块包括第十电阻、第十一电阻、第十三电阻、第一稳压二极管、第三三极管、第四三极管、以及第五三极管；所述功率管模块的栅极分别与第十三电阻的一端和第一稳压二极管的输出端连接，第一稳压二极管的输入端接地，第十三电阻的另一端分别与第四三极管的发射极和第五三极管的发射极连接；所述第五三极管的集电极接地，基极分别与第四三极管的基极、第三三极管的集电极、以及第十一电阻的一端连接；所述第十一电阻的另一端分别与第一输入电压和第四三极管的集电极连接；所述第三三极管的发射极接地，基极分别与主控模块和第十电阻的一端连接；所述第十电阻的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，其特征在于，所述信号输入模块包括第六电阻、第八电阻、第一二极管、第一三极管、以及第二三极管；所述第一二极管的输入端与第三三极管的集电极连接，输出端分别与第八电阻的一端和第二三极管的集电极连接；所述第二三极管的发射极接地，基极分别与第六电阻的一端和第一三极管的集电极连接；所述第一三极管的发射极接地；所述第六电阻的另一端分别与第八电阻的另一端和第一输入电压连接。

6.根据权利要求5所述的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，其特征在于，所述相序检测模块包括第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第十二电阻、第一光耦、以及第二稳压二极管；所述第一三极管的基极分别与第四电阻和第五电阻的一端、以及第一光耦的第三端连接；所述第五电阻的另一端与第二稳压二极管输入端连接后接地；所述第四电阻的另一端与第二稳压二极管输出端连接后与主控模块连接；所述第一光耦的第四端通过第十二电阻与第一输入电压连接，其第一端通过第一电阻与第二输入电压连接，并通过第二电阻与第二端连接，其第二端与上位机连接。

7.根据权利要求1所述的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，其特征在于，所述用于线切割机上的Z轴智能升降控制器还包括用于提示报警信息的缺相报警模块；所述缺相报警模块包括第三电阻、第七三极管、以及第一蜂鸣器；所述第七三极管的基极通过第三电阻与主控模块连接，集电极通过第一蜂鸣器与第一输入电压连接，发射极接地。

8.根据权利要求1所述的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，其特征在于，所述用于线切割机上的Z轴智能升降控制器还包括用于反应电机工作状态的指示模块；所述指示模块包括第十四电阻和第一发光二极管；所述第一发光二极管的输出端接地，输入端通过第十四电阻与功率管模块的栅极连接。

9.根据权利要求1所述的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，其特征在于，所述电源模块包括第一电源芯片、第一电感、以及第四至第十三电容；所述第四电容和第十电容分别并联在第一电源芯片的输入端与接地端之间；所述第五电容和第十一电容分别并联在第一电源芯片输出端与接地端之间；所述第一电源芯片的输出端与第一电感连接并产生第一输出电压；所述第六至第九电容、以及第十二电容和第十三电容的两端分别与第一输出电压和电源地并联；所述第一电源芯片的输入端与第一输入电压连接。

10.根据权利要求9所述的用于线切割机上的Z轴智能升降控制器，其特征在于，所述升降控制器还包括用于主控模块复位的复位模块，所述复位模块包括第十八电阻、第三电容、以及第一复位芯片；所述第十八电阻的两端并联在第一复位芯片的输入端与复位端之间；所述第三电容的两端并联在第一复位芯片的复位端与接地端之间；所述第一复位芯片的输入端与第一输出电压连接，复位端与主控模块连接，接地端与电源地连接。