直线电机检测系统的设计
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图 ２ 直线电机检测系统人机界面 直线电机检测人机界面如图 ２ 所示， 采用力控组态软件进 行 开 发 。通 过 本 界 面 可 以 准 确 地 检 测 出 直 线 电 机 的 多 点 绕 组 温 度（°Ｃ）和直线 电 机 推 ／ 拉 力 值（Ｎ）， 实现 对 直 线电 机 运 行情 况 的 动态检测。 ３．２ 力检测子系统 直线电机推 ／ 拉力检测主要有力传感器 Ｕ９Ｂ、力信 号 放大 器 ＡＥ３０１ 和工控 Ｉ／Ｏ 模块 ＡＤＡＭ４０１７＋ 组成。Ｕ９Ｂ 采 用 平衡 电 桥 测量 原 理 ， 具有 ２０ＫＮ 的 测 量量 程 。ＡＥ３０１ 的 输出 量 程 与 １６ 位 Ａ／Ｄ、８ 路 差 分模 拟 量 输入 Ｉ／Ｏ 模 块 ＡＤＡＭ４０１７＋ 的输 入 量 程 同 为±１０Ｖ， 可以 直 接 连接 。ＡＥ３０１ 输 出 满量 程±１０Ｖ 时， 对 应 直 线电 机 的 推 ／ 拉 力 值 为±２０ＫＮ。由 公 式 ３．２．１ 可 以 间 接计 算 出 直 线 电 机 的 实 时 推 ／ 拉 力 值 （Ｎ）， ｕ 为 ＡＥ３０１ 输 出 的 电 压 值 （Ｖ）。直线电机推 ／ 拉力的测试界面如图 ２ 所示。
特征 决 定了 它 在 数控 机 床 、机器 人 和 其它 需 要 直线 伺 服 传动 的
领 域 中 有 着 广 阔 的 应 用 前 景 。目 前 在 欧 美 发 达 国 家 直 线 电 机 已
在 高 速 加 工 中 心 得 到 了 广 泛 应 用 。作 为 直 线 电 机 应 用 的 前 提 条
件， 能够准确地检测出直线电机的相关参数也显得更加重要。
本文即是立足于直线电机的应用， 构建能够准确检测直线电机
绕组温度、推 ／ 拉力、位移等参数的检测系统。
ＡＤＡＭ４０５２ 实现 ＲＳ４８５ 到 ＲＳ２３２ 总线的转换， 并 直 接 与上 位 工 控机相连， 从而构成工业现场的底层控制网络， 实现直线电机 温度、推 ／ 拉力参数的实时检测。ＡＤＡＭ４５２０ 最多可以挂接 ２５５ 个 具 有 ＲＳ４８５ 总 线 的 Ｉ／Ｏ 模 块 ， 传 输 速 率 可 达 １１５．２ｋｂｐｓ， 传 输 距离达 １２１９ｍ。根据 需 要 ， 通过 增 加 挂接 在 ＡＤＡＭ４５２０ 上 的工 控 Ｉ／Ｏ 模块可以十分方便地实现直线电机更多测量 点 温 度值 的 实时检测。
术 Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：Ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ， ｉｎｃｒ ｅｍｅｎｔａｌ ｌｉｎｅａｒ ｅｎｃｏｄｅｒ ， ｔｈｅｒ ｍｏｃｏｕｐｌｅ， ｆｏｒ ｃｅ ｔｒ ａｎｓｄｕｃｅｒ
创 １ 引言
新
直线电动机是利用电磁作用原理， 将电能直接转换成直线
运 动 的 设 备 。它 取 消 了 源 动 力 和 工 作 台 部 件 之 间 的 一 切 中 间 传
２ 直线电机检测系统总体方案
直线电机检测系统的总体方案如图 １ 所示。预埋在直线电 机动子绕组中的热电偶将绕组温度转换成毫伏级的电压信号， 经 由 工 控 Ｉ／Ｏ 模 块 ＡＤＡＭ４０１８＋ 进 行 信 号 适 配 、Ａ／Ｄ 转 换 而 变 为数字信号。直线电机推 ／ 拉力经由压力传感器 Ｕ９Ｂ、压力信号 放 大 器 ＡＥ３０１ 转 换 成 量 程 为 ＋／－ １０Ｖ 的 标 准 电 压 信 号 ， 再 由 ＡＤＡＭ４０１７＋ 转换成数字信号。ＡＤＡＭ４０１８＋、ＡＤＡＭ４０１７＋ 采 用 ＲＳ４８５ 串 行 通 讯 总 线 与 工 控 模 块 ＡＤＡＭ４０５２ 互 连 。 由
图 ３ 光栅信号四倍频及辨向电路
图 ４ 直线电机位移测试原理图 当直线电机带动直线光栅尺作正方向运动时， 经四倍频及 鉴向电路， ＣＰ＋ 输出脉冲序列， 同时 ＣＰ＋ ＥＮ 为低电平。通过 Ｐ ＣＩ－１７８０ 的 数字 量 输 入 通 道 ， 检 测 到 ＣＰ ＋ ＥＮ 为 低 电 平 ， ＤＩ０ 的 值 为 ０。 ＤＩ０ 的 值 与 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 的 软 触 发 命 令 链 接 起 来 ， 当 ＤＩ０ 为 ０ 时 ， 触 发 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ， 对 脉 冲 进 行 计 数 ， 实 现 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 的软启动。因 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 的门引脚已接上高电平， 故 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 一 旦被软触发启动后就可对进入的脉冲进行计数。若某个时刻 ＤＩ１ 检测到 ＣＰ － ＥＮ 为低电平， 则 ＤＩ１ 的值为 ０， Ｃｏｕｎｔｅ ｒＢ 开启并对 反向脉冲进行计数， 同时关闭 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ， Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 停止计数并 清零。在 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 被关闭清零之前， 其当前计数值赋给另外一 个变量， 以便对正向脉冲进行显示、累计和位移量转换等工作。直 线电 机 反 向 运 动 时 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＢ 的 设 置 与 工 作 原 理 同 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ。 直线电机正反向运动时其位移量的测试人机界面如图 ２ 所示， 通 过该界面可以准确地检测出直线电机的运动方向和运动位移量。
控 Ｉ／Ｏ 模 块 、ＰＣＩ－ １７８０ 多 通 道 计 数 卡 以 及 力 控 组 态 软 件 构 建 了 直 线 电 机 的 检 测 系 统 。该 检 测 系 统 能 够 准 确 检 测 出 直 线 电 机
的 位 移 、拉 力 和 推 力 及 其 绕 组 的 多 点 温 度 值 。 文 中 对 该 检 测 系 统 的 方 案 及 其 实 现 过 程 进 行 了 详 细 的 论 述 。
数采与监测
文章编号：１００８－ ０５７０（２００７）０５－ １－ ０１２２－ ０２
中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７ 年第 ２３ 卷第 ５－１ 期
直线电机检测系统的设计
Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ Ｌｉｎ ｅ ａ ｒ Ｍｏ ｔｏ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒｖｉｓ ｏ ｒｙ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ
技 数。Ｃｏｕｎｔｅｒ２ 和 Ｃｏｕｎｔｅｒ３ 级联组成反向计数器组 ＣｏｕｎｔｅｒＢ， 对
反向输入脉冲 ＣＰ－ 进行计数。四个计数器均使用 Ｅ 工作模式。
术
创
新
３．３ 位置检测子系统 针对增量式直线 光栅 尺 所 输出 Ａ， Ｂ 两 相 相位 差 为 ９０°方 波 信 号 的 四 倍 频 及 鉴 向 电 路 如 图 ３ 所 示 。 该 电 路 在 实 现 Ａ， Ｂ 相方波信号四倍频后的正向脉冲 ＣＰ＋ 与反向脉冲 ＣＰ－ 的同 时， 还可鉴别出直线电机的移动方向。当有正向脉冲 ＣＰ ＋ 输出 时， ＣＰ＋ ＥＮ 使能信号为低电平， ＣＰ－ ＥＮ 使能信号为高电平； 有反向脉冲 ＣＰ－ 输出时， ＣＰ－ ＥＮ 使能信号为低电平， ＣＰ＋ ＥＮ 使能信号为高电平。这 ４ 路 信号 用 于 Ｐ ＣＩ－１７８０ 计数 卡 检 测直 线电机的位移量和运动方向。
本系统所采用直线光 栅 尺 分辨 率 为 ２０μｍ ， 即 光 栅 尺每 移 动 ２０μｍ ， Ａ、Ｂ 两相各输出一个相位相差 ９０°的方波信号。经 四倍频后一个脉冲转换为位移量为 ０．００５ｍｍ， 因此当前光栅 尺 的 位 移 量 即 为 Ｐ ＣＩ－１７８０ 所 计 脉 冲 数 乘 以 ０．００５ｍｍ 。 Ｐ ＣＩ－１７８０ 计数卡内部寄存器为 １６ 位， 可计 ２１６＝６５５３６ 个脉冲。 ６５５３６ 个 脉 冲 折 合 到 四 倍 频 后 光 栅 尺 信 号 的 位 移 量 是 ６５５３６×０．００５／１０００≈ ０．３３ｍ ， 而 本系 统 所 用 直 线 电 机 的 最 大 位移量为 １．０ｍ， 因此单用一个计数器不能满足直线电机位移 量 的 检 测 要 求 。需 采 用 两 个 计 数 器 级 联 计 数 的 方 案 。两 个 计 数 器级 联 ， 其计 数 范 围是 ２３２＝４２９４９６７２９６ 个 脉 冲， 折 合 位 移 量 约 ２１４７４．８４ｍ ， 可满足需要。Ｐ ＣＩ－１７８０ 计数卡的 Ｅ 工作模式是带 门控功能的计数模式。其特点是只有当门脉冲（Ｇａ ｔｅ ）是高 电 平 时才对源脉冲进行计数， 并且 Ｅ 模式在计满一个计数周期后计 数器不会停止， 而是自动循环计数。可实现两个或两个以上计 数器的级联， 进行更大量程的脉冲计数。
百度文库
关键词：直线电机； 增量式直线光栅尺； 热电偶； 力传感器
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２７４＋．１
文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｌｉｎｅａｒ ｅｎｃｏｄｅｒ，
Ｅ 计数模式下实现正反向检测直线电机位移的工作原理 如 图 ４ 所 示 。 使 用 Ｐ ＣＩ－１７８０ 的 四 个 计 数 器— ——Ｃｏｕｎｔｅ ｒ０， Ｃｏｕｎｔｅｒ１， Ｃｏｕｎｔｅｒ２ 和 Ｃｏｕｎｔｅｒ３。其中 Ｃｏｕｎｔｅｒ０ 和 Ｃｏｕｎｔｅｒ１ 级 联 组 成正 向计数器组 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ， 对正向输入脉冲 ＣＰ ＋ 进行计
ｓｑｕａｒｅ－ ｗａｖｅ ｆｏｒｔｈ－ ｔｉｍｅｓ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ， ＡＤＡＭ４０００ ｓｅｒｉｅｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉ／Ｏ ｍｏｄｕｌｅｓ，
ＰＣＩ－ １７８０ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｕｎｔｅｒ ｃａｒｄ ａｎｄ ＰＣＡｕｔｏ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｉｔ ｃａｎ ｓｕｐｅｒｖｉｓｅ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ， ｐｕｌｌ ｏｒ ｐｕｓｈ ｆｏｒｃｅ，
动环 节 ， 使 得 机 械 传 动 链 的 长 度 为 零 ， 即“ 直 接 驱 动 ”或“ 零 传
动”。近年来由于永磁体材料成本的显著降低， 永磁同步直线电
机每年以 １０％ ～１５％ 的速度逐步下降。全球知名运动控制公司
Ｉｎｃｒｅｍｏｔｉｏｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ 总裁 Ｄａｎ Ｊｏｎｅｓ 指 出：“能 够 从 中 国 获 得 相
３ 直线电机检测系统的构建
直线电机检测系统分为温度检测、推 ／ 拉力检测和位移检 测三个子系统。每一子系统的设计开发过程如下。
－ １２２ － ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
《现场总线技术应用 ２００ 例》
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数采与监测
３．１ 温度检测子系统 温 度 检 测 系 统 主 要 采 用 Ｋ 型 热 电 偶 和 工 控 Ｉ／Ｏ 模 块 ＡＤＡＭ４０１８＋ 实现 。ＡＤＡＭ４０１８＋ 是 一 个 １６ 位 Ａ／Ｄ， ８ 路 差 分 热 电偶输入模块， 可以直接将温度值转换为工程单位摄氏度。采 样 速 率 为 １０ 个 采 样 点 ／ 秒 ， 输 入 阻 抗 ２０ 兆 欧 ， 精 确 度 ≦ ±０．１ ﹪， 功耗 １．２Ｗ。一 个 ＡＤＡＭ４０１８＋ 模块 即 可 实现 直 线 电机 ８ 个 点的温度检测。
高军礼： 讲师 基 金 项 目： 广 东 省 自 然 科 学 基 金 博 士 科 研 启 动 基 金（０４３００２０８）， 广州市科技攻关（２００６ｚ２－ Ｄ９０７１）
图 １ 直线电机检测系统构成框图 对于直线电机的位移检测， 采用增量式直线 光 栅 Ａ， Ｂ 相 方 波 信号 四 倍 频及 鉴 向 电路 将 直 线电 机 位 移脉 冲 、位 移方 向 送 入 ＰＣＩ－ １７８０计数卡间接计算得出。
对便宜的稀土磁铁是使直线电机的价格变得更加易于承受的
重 要 因 素 。”这 也 为 直 线 电 机 的 广 泛 应 用 注 入 了 新 的 活 力 。与 旋
转电机相比 ， 直线电动机具有高速度、高加速度、大推 ／ 拉 力 、高
定 位 精 度 和 高 重 复 定 位 精 度 等 特 征 。正 是 直 线 电 机 的 这 些 显 著
（１．广东工业大学；２．上海交通大学）高 军 礼 １ 肖 曙 红 １ 张 希 ２
ＧＡＯ Ｊ ＵＮ ＬＩ ＸＩＡＯ Ｓ ＨＵ ＨＯＮＧ ＺＨＡＮＧ ＸＩ
摘要：本 文 利 用 增 量 式 直 线 光 栅 尺 位 移 传 感 器 、方 波 四 倍 频 及 鉴 向 电 路 、热 电 偶 传 感 器 、压 力 传 感 器 、研 华 ＡＤＡＭ４０００ 系 列 工
技 ｗｉｎｄｉｎｇ ｍｕｌｔｉ－ ｐｏｉｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ． Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｂｌｕｅ ｐｒｉｎｔ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ
ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．
特征 决 定了 它 在 数控 机 床 、机器 人 和 其它 需 要 直线 伺 服 传动 的
领 域 中 有 着 广 阔 的 应 用 前 景 。目 前 在 欧 美 发 达 国 家 直 线 电 机 已
在 高 速 加 工 中 心 得 到 了 广 泛 应 用 。作 为 直 线 电 机 应 用 的 前 提 条
件， 能够准确地检测出直线电机的相关参数也显得更加重要。
本文即是立足于直线电机的应用， 构建能够准确检测直线电机
绕组温度、推 ／ 拉力、位移等参数的检测系统。
ＡＤＡＭ４０５２ 实现 ＲＳ４８５ 到 ＲＳ２３２ 总线的转换， 并 直 接 与上 位 工 控机相连， 从而构成工业现场的底层控制网络， 实现直线电机 温度、推 ／ 拉力参数的实时检测。ＡＤＡＭ４５２０ 最多可以挂接 ２５５ 个 具 有 ＲＳ４８５ 总 线 的 Ｉ／Ｏ 模 块 ， 传 输 速 率 可 达 １１５．２ｋｂｐｓ， 传 输 距离达 １２１９ｍ。根据 需 要 ， 通过 增 加 挂接 在 ＡＤＡＭ４５２０ 上 的工 控 Ｉ／Ｏ 模块可以十分方便地实现直线电机更多测量 点 温 度值 的 实时检测。
术 Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：Ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ， ｉｎｃｒ ｅｍｅｎｔａｌ ｌｉｎｅａｒ ｅｎｃｏｄｅｒ ， ｔｈｅｒ ｍｏｃｏｕｐｌｅ， ｆｏｒ ｃｅ ｔｒ ａｎｓｄｕｃｅｒ
创 １ 引言
新
直线电动机是利用电磁作用原理， 将电能直接转换成直线
运 动 的 设 备 。它 取 消 了 源 动 力 和 工 作 台 部 件 之 间 的 一 切 中 间 传
２ 直线电机检测系统总体方案
直线电机检测系统的总体方案如图 １ 所示。预埋在直线电 机动子绕组中的热电偶将绕组温度转换成毫伏级的电压信号， 经 由 工 控 Ｉ／Ｏ 模 块 ＡＤＡＭ４０１８＋ 进 行 信 号 适 配 、Ａ／Ｄ 转 换 而 变 为数字信号。直线电机推 ／ 拉力经由压力传感器 Ｕ９Ｂ、压力信号 放 大 器 ＡＥ３０１ 转 换 成 量 程 为 ＋／－ １０Ｖ 的 标 准 电 压 信 号 ， 再 由 ＡＤＡＭ４０１７＋ 转换成数字信号。ＡＤＡＭ４０１８＋、ＡＤＡＭ４０１７＋ 采 用 ＲＳ４８５ 串 行 通 讯 总 线 与 工 控 模 块 ＡＤＡＭ４０５２ 互 连 。 由
图 ３ 光栅信号四倍频及辨向电路
图 ４ 直线电机位移测试原理图 当直线电机带动直线光栅尺作正方向运动时， 经四倍频及 鉴向电路， ＣＰ＋ 输出脉冲序列， 同时 ＣＰ＋ ＥＮ 为低电平。通过 Ｐ ＣＩ－１７８０ 的 数字 量 输 入 通 道 ， 检 测 到 ＣＰ ＋ ＥＮ 为 低 电 平 ， ＤＩ０ 的 值 为 ０。 ＤＩ０ 的 值 与 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 的 软 触 发 命 令 链 接 起 来 ， 当 ＤＩ０ 为 ０ 时 ， 触 发 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ， 对 脉 冲 进 行 计 数 ， 实 现 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 的软启动。因 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 的门引脚已接上高电平， 故 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 一 旦被软触发启动后就可对进入的脉冲进行计数。若某个时刻 ＤＩ１ 检测到 ＣＰ － ＥＮ 为低电平， 则 ＤＩ１ 的值为 ０， Ｃｏｕｎｔｅ ｒＢ 开启并对 反向脉冲进行计数， 同时关闭 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ， Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 停止计数并 清零。在 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ 被关闭清零之前， 其当前计数值赋给另外一 个变量， 以便对正向脉冲进行显示、累计和位移量转换等工作。直 线电 机 反 向 运 动 时 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＢ 的 设 置 与 工 作 原 理 同 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ。 直线电机正反向运动时其位移量的测试人机界面如图 ２ 所示， 通 过该界面可以准确地检测出直线电机的运动方向和运动位移量。
控 Ｉ／Ｏ 模 块 、ＰＣＩ－ １７８０ 多 通 道 计 数 卡 以 及 力 控 组 态 软 件 构 建 了 直 线 电 机 的 检 测 系 统 。该 检 测 系 统 能 够 准 确 检 测 出 直 线 电 机
的 位 移 、拉 力 和 推 力 及 其 绕 组 的 多 点 温 度 值 。 文 中 对 该 检 测 系 统 的 方 案 及 其 实 现 过 程 进 行 了 详 细 的 论 述 。
数采与监测
文章编号：１００８－ ０５７０（２００７）０５－ １－ ０１２２－ ０２
中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７ 年第 ２３ 卷第 ５－１ 期
直线电机检测系统的设计
Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ Ｌｉｎ ｅ ａ ｒ Ｍｏ ｔｏ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒｖｉｓ ｏ ｒｙ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ
技 数。Ｃｏｕｎｔｅｒ２ 和 Ｃｏｕｎｔｅｒ３ 级联组成反向计数器组 ＣｏｕｎｔｅｒＢ， 对
反向输入脉冲 ＣＰ－ 进行计数。四个计数器均使用 Ｅ 工作模式。
术
创
新
３．３ 位置检测子系统 针对增量式直线 光栅 尺 所 输出 Ａ， Ｂ 两 相 相位 差 为 ９０°方 波 信 号 的 四 倍 频 及 鉴 向 电 路 如 图 ３ 所 示 。 该 电 路 在 实 现 Ａ， Ｂ 相方波信号四倍频后的正向脉冲 ＣＰ＋ 与反向脉冲 ＣＰ－ 的同 时， 还可鉴别出直线电机的移动方向。当有正向脉冲 ＣＰ ＋ 输出 时， ＣＰ＋ ＥＮ 使能信号为低电平， ＣＰ－ ＥＮ 使能信号为高电平； 有反向脉冲 ＣＰ－ 输出时， ＣＰ－ ＥＮ 使能信号为低电平， ＣＰ＋ ＥＮ 使能信号为高电平。这 ４ 路 信号 用 于 Ｐ ＣＩ－１７８０ 计数 卡 检 测直 线电机的位移量和运动方向。
本系统所采用直线光 栅 尺 分辨 率 为 ２０μｍ ， 即 光 栅 尺每 移 动 ２０μｍ ， Ａ、Ｂ 两相各输出一个相位相差 ９０°的方波信号。经 四倍频后一个脉冲转换为位移量为 ０．００５ｍｍ， 因此当前光栅 尺 的 位 移 量 即 为 Ｐ ＣＩ－１７８０ 所 计 脉 冲 数 乘 以 ０．００５ｍｍ 。 Ｐ ＣＩ－１７８０ 计数卡内部寄存器为 １６ 位， 可计 ２１６＝６５５３６ 个脉冲。 ６５５３６ 个 脉 冲 折 合 到 四 倍 频 后 光 栅 尺 信 号 的 位 移 量 是 ６５５３６×０．００５／１０００≈ ０．３３ｍ ， 而 本系 统 所 用 直 线 电 机 的 最 大 位移量为 １．０ｍ， 因此单用一个计数器不能满足直线电机位移 量 的 检 测 要 求 。需 采 用 两 个 计 数 器 级 联 计 数 的 方 案 。两 个 计 数 器级 联 ， 其计 数 范 围是 ２３２＝４２９４９６７２９６ 个 脉 冲， 折 合 位 移 量 约 ２１４７４．８４ｍ ， 可满足需要。Ｐ ＣＩ－１７８０ 计数卡的 Ｅ 工作模式是带 门控功能的计数模式。其特点是只有当门脉冲（Ｇａ ｔｅ ）是高 电 平 时才对源脉冲进行计数， 并且 Ｅ 模式在计满一个计数周期后计 数器不会停止， 而是自动循环计数。可实现两个或两个以上计 数器的级联， 进行更大量程的脉冲计数。
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关键词：直线电机； 增量式直线光栅尺； 热电偶； 力传感器
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２７４＋．１
文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｌｉｎｅａｒ ｅｎｃｏｄｅｒ，
Ｅ 计数模式下实现正反向检测直线电机位移的工作原理 如 图 ４ 所 示 。 使 用 Ｐ ＣＩ－１７８０ 的 四 个 计 数 器— ——Ｃｏｕｎｔｅ ｒ０， Ｃｏｕｎｔｅｒ１， Ｃｏｕｎｔｅｒ２ 和 Ｃｏｕｎｔｅｒ３。其中 Ｃｏｕｎｔｅｒ０ 和 Ｃｏｕｎｔｅｒ１ 级 联 组 成正 向计数器组 Ｃｏｕｎｔｅ ｒＡ， 对正向输入脉冲 ＣＰ ＋ 进行计
ｓｑｕａｒｅ－ ｗａｖｅ ｆｏｒｔｈ－ ｔｉｍｅｓ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ， ＡＤＡＭ４０００ ｓｅｒｉｅｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉ／Ｏ ｍｏｄｕｌｅｓ，
ＰＣＩ－ １７８０ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｕｎｔｅｒ ｃａｒｄ ａｎｄ ＰＣＡｕｔｏ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｉｔ ｃａｎ ｓｕｐｅｒｖｉｓｅ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ， ｐｕｌｌ ｏｒ ｐｕｓｈ ｆｏｒｃｅ，
动环 节 ， 使 得 机 械 传 动 链 的 长 度 为 零 ， 即“ 直 接 驱 动 ”或“ 零 传
动”。近年来由于永磁体材料成本的显著降低， 永磁同步直线电
机每年以 １０％ ～１５％ 的速度逐步下降。全球知名运动控制公司
Ｉｎｃｒｅｍｏｔｉｏｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ 总裁 Ｄａｎ Ｊｏｎｅｓ 指 出：“能 够 从 中 国 获 得 相
３ 直线电机检测系统的构建
直线电机检测系统分为温度检测、推 ／ 拉力检测和位移检 测三个子系统。每一子系统的设计开发过程如下。
－ １２２ － ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
《现场总线技术应用 ２００ 例》
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３．１ 温度检测子系统 温 度 检 测 系 统 主 要 采 用 Ｋ 型 热 电 偶 和 工 控 Ｉ／Ｏ 模 块 ＡＤＡＭ４０１８＋ 实现 。ＡＤＡＭ４０１８＋ 是 一 个 １６ 位 Ａ／Ｄ， ８ 路 差 分 热 电偶输入模块， 可以直接将温度值转换为工程单位摄氏度。采 样 速 率 为 １０ 个 采 样 点 ／ 秒 ， 输 入 阻 抗 ２０ 兆 欧 ， 精 确 度 ≦ ±０．１ ﹪， 功耗 １．２Ｗ。一 个 ＡＤＡＭ４０１８＋ 模块 即 可 实现 直 线 电机 ８ 个 点的温度检测。
高军礼： 讲师 基 金 项 目： 广 东 省 自 然 科 学 基 金 博 士 科 研 启 动 基 金（０４３００２０８）， 广州市科技攻关（２００６ｚ２－ Ｄ９０７１）
图 １ 直线电机检测系统构成框图 对于直线电机的位移检测， 采用增量式直线 光 栅 Ａ， Ｂ 相 方 波 信号 四 倍 频及 鉴 向 电路 将 直 线电 机 位 移脉 冲 、位 移方 向 送 入 ＰＣＩ－ １７８０计数卡间接计算得出。
对便宜的稀土磁铁是使直线电机的价格变得更加易于承受的
重 要 因 素 。”这 也 为 直 线 电 机 的 广 泛 应 用 注 入 了 新 的 活 力 。与 旋
转电机相比 ， 直线电动机具有高速度、高加速度、大推 ／ 拉 力 、高
定 位 精 度 和 高 重 复 定 位 精 度 等 特 征 。正 是 直 线 电 机 的 这 些 显 著
（１．广东工业大学；２．上海交通大学）高 军 礼 １ 肖 曙 红 １ 张 希 ２
ＧＡＯ Ｊ ＵＮ ＬＩ ＸＩＡＯ Ｓ ＨＵ ＨＯＮＧ ＺＨＡＮＧ ＸＩ
摘要：本 文 利 用 增 量 式 直 线 光 栅 尺 位 移 传 感 器 、方 波 四 倍 频 及 鉴 向 电 路 、热 电 偶 传 感 器 、压 力 传 感 器 、研 华 ＡＤＡＭ４０００ 系 列 工
技 ｗｉｎｄｉｎｇ ｍｕｌｔｉ－ ｐｏｉｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ． Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｂｌｕｅ ｐｒｉｎｔ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ
ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．