CN102493950B - 一种乳化液泵空载启动的压力控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种乳化液泵空载启动的压力控制系统，包括：减速电机、节流阀、霍尔元件、测速齿轮及电机控制板，所述减速电机与节流阀连接，用于通过控制节流阀的旋转角度调整乳化液管道内的压力；所述测速齿轮设置于节流阀与减速电机的轴接处；所述霍尔元件用于通过测速齿轮获取与节流阀旋转角度相关的信息，并将获取的信息以脉冲的形式传入电机控制板；所述电机控制板用于根据开度测量单元传入的与节流阀的旋转角度相关的信息，通过减速电机调节节流阀的旋转角度，使乳化液管道内的压力在一定时间内完成最大值与最小值之间的变化；实现了乳化液泵的空载启动，解决了电动机带载启动时启动电流大、对电网冲击大、供电回路线径粗等问题。
Description
技术领域
本发明涉及乳化液泵的压力控制领域，尤其涉及一种乳化液泵空载启动的压力控制系统及方法。
背景技术
目前，乳化液泵站一般都是带负载启动，但是带负载启动时，不仅电流大，供电回路线径粗，对电网的冲击大，而且启动困难，启动耗时长，乳化液泵的泵体震动大、磨损严重。交流电机的启动通常有三种方式：1)直接启动；直接启动对电网的冲击大、乳化液泵的泵体机械冲击载荷大。2)降压启动；降压启动不适合大功率及带负载较大的场合使用。3)变频启动；变频启动虽然能够很好的完成带大负载的软启动，但是变频启动的电控设备复杂，运行成本高，且占地面积较大，不易在煤矿井下推广使用。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种乳化液泵空载启动的压力控制系统及方法，不仅能实现乳化液泵的空载启动，而且可以可精确测量节流阀的开度即旋转角度，调节乳化液管道内的压力。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种乳化液泵空载启动的压力控制系统，包括：减速电机、节流阀、开度测量单元及电机控制板，所述减速电机与节流阀连接，用于通过控制节流阀的旋转角度调整乳化液管道内的压力；所述开度测量单元与节流阀连接，用于测量与节流阀的旋转角度相关的信息；所述电机控制板用于根据开度测量单元传入的与节流阀的旋转角度相关的信息，通过减速电机调节节流阀的旋转角度，使乳化液管道内的压力在一定时间内完成最大值与最小值之间的变化。
特别的，其特征在于，所述减速电机包括减速机和电机，所述电机与减速机连接；所述减速机与节流阀连接。
特别的，所述开度测量单元包括：测速齿轮和霍尔元件，所述测速齿轮设置于节流阀与减速电机的轴接处；所述霍尔元件用于通过测速齿轮获取与节流阀旋转角度相关的信息，并将获取的信息以脉冲的形式传入电机控制板。
特别的，所述电机控制板包括：单片机和可控硅单元，所述单片机用于根据霍尔元件传入的脉冲数计算节流阀旋转的角度，并根据节流阀旋转的角度，通过控制可控硅单元中可控硅的导通顺序控制电机的正反转，完成节流阀开度即旋转角度的调节。
特别的，所述可控硅单元为五路可控硅，单片机通过控制五路可控硅的导通顺序，控制电机的正反转。
特别的，所述电机控制板还包括：电气互锁电路和双向可控硅光耦，所述电气互锁电路用于完成单片机的互锁；所述双向可控硅光耦用于通过控制双向可控硅的通断，控制输出交流电压。
特别的，所述双向可控硅光耦的输出部分能够对输出的交流电压进行过零检测。
本发明还公开了一种乳化液泵空载启动的压力控制方法，所述方法包括如下步骤：
A、霍尔元件通过测速齿轮获取与节流阀旋转角度相关的数据信息，并以脉冲的形式传入单片机；
B、单片机根据接收到的脉冲数以及测速齿轮的齿牙个数，计算出节流阀的旋转角度；
C、单片机通过控制减速电机的正反转调整节流阀的旋转角度，使乳化液管道内的压力在一定时间内完成最大值与最小值之间的变化。
特别的，所述步骤C中，单片机通过控制五路可控硅的导通顺序，控制减速电机的正反转。
本发明的有益效果为，所述一种乳化液泵空载启动的压力控制系统及方法通过霍尔元件和测速齿轮精确测量节流阀的旋转角度；单片机根据节流阀的旋转角度，通过控制五路可控硅的导通顺序，控制减速电机的正反转，从而带动节流阀开始旋转，此时，乳化液管道内的压力发生变化；根据乳化液泵所处的工作状态的不同，节流阀在单片机的控制下，使乳化液管道内的压力在一定时间内完成从最大值到最小值之间的变化；实现了乳化液泵的空载启动，避免节流阀的急开急停对液压系统的冲击，同时解决了电动机带载启动时启动电流大、对电网冲击大、供电回路线径粗等问题；电机控制板中的设置有互锁电路，不仅能防止单片机的状态同时为高或同时为低时导致可控硅误触发导通而造成三相电源电压短路，而且确保单片机复位时不会造成电机的误操作。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明乳化液泵空载启动的压力控制系统的结构示意图；
图2为本发明乳化液泵空载启动的压力控制方法的流程图；
图3为本发明中减速电机及节流阀的安装关系示意图；
图中：1、减速电机；2、减速机；3、电机；4、节流阀；5、安全阀；6、卸荷阀；7、蓄能器；8、恒流源；9、测速齿轮；10、霍尔元件；11、乳化液管道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
请参照图1及图3所示，图1为本发明乳化液泵空载启动的压力控制系统的结构示意图；图3为本发明中减速电机及节流阀的安装关系示意图。
本实施例中，一种乳化液泵空载启动的压力控制系统，包括：减速电机1、节流阀4、开度测量单元及电机控制板，所述减速电机1包括：减速机2和电机3；所述开度测量单元包括测速齿轮9和霍尔元件10；所述电机控制板包括：单片机、可控硅单元、互锁电路及双向可控硅光耦；所述可控硅单元为五路可控硅。
所述单片机用于通过控制减速电机1的正反转，控制节流阀4的开度，进而调节乳化液管道11内的压力。电机控制板控制减速电机1正转时节流阀4的阀门打开，使乳化液泵油箱中的油重新流入油箱形成回路。减速电机1反转时节流阀4的阀门关闭，乳化液泵油箱中的油流入液压支架形成自动配比。
五路可控硅控制三相380V电压的恒流源8，单片机控制五路可控硅的顺序导通与关断，其中三相380V电压的恒流源8的一相相位保持不变，只是改变其中两相的相序从而控制减速电机1正反转。由于所述减速电机1与节流阀4连接，所以当减速电机2发生正反转时，节流阀4的开度也将发生变化，此时，乳化液管道11内的压力将发生变化。
在乳化液泵处于启动状态时，单片机控制减速电机1使节流阀4在0度到90度范围旋转，并且使节流阀4由全开状态至全关状态的时间控制在19秒，19秒时间内节流阀4从导通到关闭，同时乳化液管道11内的压力也由0兆帕逐渐上升至31.5兆帕，同时，与节流阀4连接的卸荷阀6在压力的作用下开始加载，当卸荷阀6关闭时，乳化液泵开始向工作面供液。
在乳化液泵停机时，单片机控制减速电机1使节流阀4在90度到0度范围旋转，并且使节流阀4由全关状态至全开状态的时间控制在19秒，在19秒时间内节流阀4从关闭至导通，乳化液管道11内的压力由31.5兆帕逐渐下降至0兆帕，同时与节流阀4连接的卸荷阀6在压力的作用下开始卸载。在乳化液泵启动及停止时，整个系统运行平稳，实现了乳化液泵的空载启动，避免节流阀4的急开急停对液压系统的冲击，而且减小供电回路的电缆直径及乳化液泵多机带载启动时对电网的冲击。
与本发明乳化液泵空载启动的压力控制系统配合设置的蓄能器7具有存储能量、控制压力的作用，防止乳化液泵压力过高而影响其使用寿命。安全阀5与乳化液泵空载启动的压力控制系统安装在同一节点，在空载启动的压力控制系统出错时，安全阀5可继续维持乳化液泵正常工作。
所述霍尔元件10及测速齿轮9用于精确测量节流阀4的开度，即节流阀4的旋转角度。所述测速齿轮9设置于节流阀4与减速电机1的轴接处；所述霍尔元件10用于通过测速齿轮9获取与节流阀4旋转角度相关的信息，并将获取的信息以脉冲的形式传入电机控制板中的单片机。所述霍尔元件10传入单片机中的脉冲数代表测速齿轮9的齿轮个数，通过测速齿轮9的齿牙个数就可以精确计算出节流阀4的旋转角度，单片机根据计算出的节流阀4的旋转角度控制节流阀4的开度，进行调整乳化液管道11内的压力。
所述电气互锁电路用于完成单片机的互锁。电气互锁电路利用了简单的逻辑门电路，实现了单片机互锁，不仅能防止单片机的状态同时为高或同时为低时导致可控硅误触发导通而造成三相380V恒流源8电压短路，而且确保了单片机复位时不会造成电机3的误操作。
所述双向可控硅光耦的型号为MOC3083，用于控制双向可控硅的通断从而控制输出交流380V；所述光耦的输出部分具有过零检测的功能。所述过零检测是指在交流系统中，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时，系统作出的检测。
参照图2所示，图2为本发明乳化液泵空载启动的压力控制方法的流程图。
本实施例中，一种乳化液泵空载启动的压力控制方法，包括如下步骤：
步骤101、霍尔元件10通过测速齿轮9获取与节流阀4旋转角度相关的数据信息，并以脉冲的形式传入单片机。所述霍尔元件10传入单片机中的脉冲数代表测速齿轮9的齿轮个数，单片机通过测速齿轮9的齿牙个数精确计算出节流阀4的旋转角度，根据计算出的节流阀4的旋转角度，调整乳化液管道11内的压力。
步骤102、单片机通过控制减速电机1的正反转调整节流阀4的旋转角度，使乳化液管道11内的压力在一定时间内完成最大值与最小值之间的变化。
电机控制板控制减速电机1正转时节流阀4的阀门打开，使乳化液泵油箱中的油重新流入油箱形成回路；减速电机1反转时节流阀4的阀门关闭，乳化液泵油箱中的油流入液压支架形成自动配比。五路可控硅控制三相380V电压恒力源8，单片机控制五路可控硅的顺序导通与关断，其中三相380V电压恒流源8的一相相位保持不变，只是改变其中两相的相序从而控制减速电机1正反转。由于所述减速电机1与节流阀4连接，所以当减速电机1发生正反转时，节流阀4的开度也将发生变化，此时，乳化液管道11内的压力将发生变化。
在乳化液泵处于启动状态时，单片机控制减速电机1使节流阀4在0度到90度范围旋转，并且使节流阀4由全开状态至全关状态的时间控制在19秒，19秒时间内节流阀4从导通到关闭，同时乳化液管道内的压力也由最小值0兆帕逐渐上升至最大值31.5兆帕，同时，与节流阀4连接的卸荷阀6在压力的作用下开始加载，当卸荷阀6关闭时，乳化液泵开始向工作面供液。
在乳化液泵停机时，单片机控制减速电机1使节流阀4在90度到0度范围旋转，并且使节流阀4由全关状态至全开状态的时间控制在19秒，在19秒时间内节流阀4从关闭至导通，乳化液管道11内的压力由最大值31.5兆帕逐渐下降至最小值0兆帕，同时与节流阀4连接的卸荷阀6在压力的作用下开始卸载。在乳化液泵启动及停止时，整个系统运行平稳，实现了乳化液泵的空载启动，避免节流阀4的急开急停对液压系统的冲击，而且减小供电回路的电缆直径及乳化液泵多机带载启动时对电网的冲击。
与本发明乳化液泵空载启动的压力控制系统配合设置的蓄能器7具有存储能量、控制压力的作用，防止乳化液泵压力过高而影响其使用寿命。安全阀5与乳化液泵空载启动的压力控制系统安装在同一节点，在空载启动的压力控制系统出错时，安全阀5可继续维持乳化液泵正常工作。
所述乳化液泵空载启动的压力控制系统利用控制液压回路中的节流阀4的开度完成乳化液泵的启动加载及停机卸载，实现了乳化液泵的空载启动，不仅能准确调整乳化液管道11内的压力，控制结构简单，而且可靠性高，成本低。
上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种乳化液泵空载启动的压力控制系统，其特征在于，包括：减速电机、节流阀、开度测量单元及电机控制板，所述减速电机与节流阀连接，用于通过控制节流阀的旋转角度调整乳化液管道内的压力；所述开度测量单元与节流阀连接，用于测量与节流阀的旋转角度相关的信息；所述电机控制板用于根据开度测量单元传入的与节流阀的旋转角度相关的信息，通过减速电机调节节流阀的旋转角度，使乳化液管道内的压力在一定时间内完成最大值与最小值之间的变化，所述电机控制板还包括：电气互锁电路和双向可控硅光耦，所述电气互锁电路用于完成单片机的互锁；所述双向可控硅光耦用于通过控制双向可控硅的通断，控制输出交流电压，其中，所述电气互锁电路包括逻辑门电路。
2.根据权利要求1所述的乳化液泵空载启动的压力控制系统，其特征在于，所述减速电机包括减速机和电机，所述电机与减速机连接；所述减速机与节流阀连接。
3.根据权利要求2所述的乳化液泵空载启动的压力控制系统，其特征在于，所述开度测量单元包括：测速齿轮和霍尔元件，所述测速齿轮设置于节流阀与减速电机的轴接处；所述霍尔元件用于通过测速齿轮获取与节流阀旋转角度相关的信息，并将获取的信息以脉冲的形式传入电机控制板。
4.根据权利要求3所述的乳化液泵空载启动的压力控制系统，其特征在于，所述电机控制板包括：单片机和可控硅单元，所述单片机用于根据霍尔元件传入的脉冲数计算节流阀旋转的角度，并根据节流阀旋转的角度，通过控制可控硅单元中可控硅的导通顺序控制电机的正反转，完成节流阀开度即旋转角度的调节。
5.根据权利要求4所述的乳化液泵空载启动的压力控制系统，其特征在于，所述可控硅单元为五路可控硅，单片机通过控制五路可控硅的导通顺序，控制电机的正反转。
6.根据权利要求5所述的乳化液泵空载启动的压力控制系统，其特征在于，所述双向可控硅光耦的输出部分能够对输出的交流电压进行过零检测。
7.一种乳化液泵空载启动的压力控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A、霍尔元件通过测速齿轮获取与节流阀旋转角度相关的数据信息，并以脉冲的形式传入单片机；
B、单片机根据接收到的脉冲数以及测速齿轮的齿牙个数，计算节流阀的旋转角度；
C、单片机通过控制减速电机的正反转调整节流阀的旋转角度，使乳化液管道内的压力在一定时间内完成最大值与最小值之间的变化。
8.根据权利要求7所述的乳化液泵空载启动的压力控制方法，其特征在于，所述步骤C中，单片机通过控制五路可控硅的导通顺序控制减速电机的正反转。
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