一种光电码盘输出线断路检测和保护电路
富历新（哈尔滨工业大学）
1概述
在以光电码盘作为角位置测量元件的伺服系统中，码盘输出线或电源线断路会使伺服系统丢失反馈信号而发生电机“飞转”的故障，这常会造成设备损坏或人身伤害事故，尤其是在机器人的系统中，控制系统能够检测出这类故障，从而及时关断电机并释放制动器。目前，很多控制系统采用计算机处理这一故障。当码盘断线时，位置误差增大，当增大到超过程序中设定的门限值时，使电机停转。由于程序执行需要时间，这种方法对故障的处理不是很及时的，而且计算机分辨不出什么原因引起的位置误差超限，给系统维护带来困难。最坏的情况是计算机本身出现故障，就根本无法处理。
笔者在某一机器人控制系统设计中采用了一种简单、可靠的方法，不通过计算机就能直接检测码盘输出线或电源线断路故障，并显示出哪个码盘发生了故障，然后自动切除伺服驱动器使能信号，使电机停转，并使制动器释放。
2故障检测电路
图1是码盘断线检测与显示电路。图2是一类码盘中任一信号的输出电路。现说明其工作原理。
A、B、Z为码盘信号输出，若这3根线中任一根断路时，检测电路输入端悬空，检测电路的12V电圆电压通过电阻R1、R2、二极管D及稳压管D1形成电流回路，这个电流在R2上产生一个足以使Q1导通的电压，Q1的集电极由高电平变为低电平，一方面通过二极管或门送给故障信号处理电路，另一方面点亮发光二极管D3，显示出这个码盘出了故障。当码盘工作正常时，其输出无论是高电平5V或低电平0V，均由于稳压二极管D1的阻断作用，而不能使Q1导通，检测电路输出维持在高电乎。12V与5V(或0V)的电压差降在电阻R1上。码盘信号通过RC滤波网络送到计算机接口电路中。在机器人控制系统中，有多个码盘同时工作，这时可用一个二极管或门将多个检测电路或起来，这样任一个码盘发生信号断路故障时都会输出一故障信号。
3故障信号处理电路
图3是故障信号处理电路原理图，其输入端为码盘断路故障信号。当系统工作正常时，反相器输出为一高电平，晶体管Q2导通，输出一低电平使伺服单元使能端打开。电机可运转。同时晶体管Q3导通，输出一高电平，使电机制动器不在制动状态。当故障发生时，反相器输出为低电平，使制动器释放，伺服单元使能端闭锁，电机停转。
在所设计的系统中，码盘型号为LBT-001-2000，电路参数如下：R1=2kΩ，R2，R3=1 kΩ，D1的稳压值为7V，其它二极管均为IN4148。
上述电路已成功地应用在机器人控制系统中，工作稳定，可靠，效果好。
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