CN103104493A - 一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，它包括双轴无油真空泵机械部分，还增设电动机控制部分；其中，双轴无油真空泵的每一根轴上分别装有电动机、定位齿轮和编码器，控制部分包括交流变频器、人机界面及CPU单元；通过该控制系统的精确控制，使无油干式真空泵双主轴运转保持位置同步，同时完成干式真空泵运转时的转速、旋转力矩、瞬时功率、故障等信息实时显示，与传统干式真空泵控制系统相比，本发明的应用可以降低原齿轮与轴封加工精度和省去润滑油进而减少了生产成本，可提高整机寿命一倍以上。

Description

一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统

技术领域

本发明涉及无油真空获得领域，具体地说是一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统。

背景技术

目前双轴无油真空泵的驱动均采用一根轴为主动轴，另一根为从动轴。主动轴与从动轴之间安装两个传动比是1∶1的传动齿轮，只在主动轴上安装一台交流异步电动机，另一根轴靠齿轮传递，造成无油真空泵工作噪音大，齿轮磨差损耗大，直接影响无油真空泵的寿命。另外传动齿轮要求具有极高的加工精度和齿轮润滑剂，使成本加大齿轮加工难度和齿轮润滑剂成本都很难控制，进而影响泵整体性价比的提高。

随着电子行业飞速发展，电子部件价格不断下降，电动机变频控制应用日益广泛和技术日益成熟，为研制双轴无油真空泵的驱动提供了有力的外部条件。

无油干式真空泵因其洁净无油，维护周期长等优势在众多领域有非常好的应用前景，如用于食品、医药领域以提高卫生安全标准，用于光伏和半导体芯片制造产业以提高光电转换效率和提高产品性能。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，一套以CPU为核心加两个变频器组成的控制系统，实现对无油干式真空泵智能化管理与控制。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案如下：

一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，它包括双轴无油干式真空泵机械部分，其特征在于：还增设电动机控制部分；其中，双轴无油干式真空泵的每一根轴上分别装有电动机、定位齿轮和编码器，电动机控制部分通过安装在电动机轴上的编码器，将采集输出脉冲数据信号同时接至交流变频器和CPU单元的输入端，实现电动机转速的闭环控制。

所述电动控制部分包括第1、2交流变频器、人机界面及CPU单元；每一根轴上电动机的输入端分别与第1、2交流变频器输出端连接，其信号输出端分别接各交流变频器信号接收端，所述各编码器输出脉冲数据信号与对应第1、2交流变频器相接，同时接CPU单元的输入端，作为电机速度和位置反馈；CPU单元一路输出控制端分别接至第1、2交流变频器输入端，完成交流变频器参数设置和启停控制，另一路输出端位置差信号接至第2交流变频器输入端作为同步调节，CPU单元与人机界面连接。

所述编码器采用增量式编码器。

所述电动机可采用三相交流异步电动机或伺服电动机或永磁同步电动机。

CPU单元还包括通讯模块，可采用485通讯模块或扩展模块PROFIBUS-DP或CANopen或DeviceNet，可以实现上述电动机本地和远程控制。

一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，它包括双轴无油干式真空泵机械部分，其特征在于还增设电动机控制部分；其中，双轴无油干式真空泵的每一根轴上分别装有电动机和两个编码器；电动机控制部分通过安装在电动机轴上的两编码器，将采集输出脉冲数据信号分别接至对应第1、2交流变频器和CPU单元的输入端，实现电动机转速的闭环控制。

所述控制部分包括第1、2交流变频器、人机界面和CPU单元；每一根轴上电动机的输入端分别与第1、2交流变频器输出端连接，其输出信号端分别接各交流变频器的信号接收端，所述各编码器输出脉冲数据信号分别对应接至第1、2交流变频器和CPU单元的输入端，作为速度和位置反馈；CPU单元一路输出控制端分别接至第1、2交流变频器输入端作为变频器参数设置和启停控制，另一路输出端位置差信号接至第2交流变频器输入端作为同步调节，CPU单元与人机界面连接。

所述真空泵的每一根轴还可分别装有定位齿轮。

所述真空泵的每一根轴上的两个编码器，分别采用增量式编码器和绝对值编码器。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1.本发明由于安装在双轴上两个位置同步定位齿轮，以及电动动、交流变频器、编码器部件和通过控制部分的精确控制，使无油干式真空泵双主轴运转保持位置同步，同时完成干式真空泵运转时的转速、旋转力矩、瞬时功率、故障等实时显示。

2.本系统由于不是采用齿轮直接传送动力转矩，使泵体工作时噪声明显降低下降10～15dB(A)，对于大功率无油泵系统尤为明显。噪声指标是无油泵的重要技术之一，故降低噪声对无油泵的性能有较大贡献。

3.由于采用变频器控制调节，增加了电动机的转速，进而使无油泵系统的极限真空度指标提高1～2个数量级。

4.通过双主轴分别设有电动机驱动，改变了齿轮传递方式，由力矩承载变为位置传递，减少了齿轮传动机械损耗、提高整机寿命，同时降低生产成本。

5.由于增加了对泵系统参数控制和调节，可以实现本地和远程控制，提高了自动化程度。

6.本发明另一方案系统的每根轴上可以装有两个编码器，并可去掉定位齿轮，使系统位置控制精度更高，进一步降低生产成本。

附图说明

图1为本发明第一种控制系统结构示意图。

图2为本发明第二种控制系统结构示意图。

图3为图2控制系统实施例结构示意图。

图4为本发明控制系统电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明方案作进一步详细说明。

如图1、4所示，为本发明第一种控制系统结构示意图和电路原理图。1.一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，它包括双轴无油干式真空泵机械部分，其特征在于：还增设电动机控制部分；其中，双轴无油干式真空泵P的每一根轴1、2上分别装有电动机、定位齿轮和编码器，电动机控制部分通过安装在电动机轴上的编码器，将采集输出脉冲数据信号同时接至交流变频器和CPU单元的输入端，实现电动机转速的闭环控制。

所述电动控制部分包括第1、2交流变频器、人机界面及CPU单元；每一根轴上电动机的输入端分别与第1、2交流变频器输出端连接，其信号输出端分别接各交流变频器信号接收端，所述各编码器输出脉冲数据信号与对应第1、2交流变频器相接，同时接CPU单元的输入端，作为电机速度和位置反馈；CPU单元一路输出控制端分别接至第1、2交流变频器输入端，完成交流变频器参数设置和启停控制，另一路输出端位置差信号接至第2交流变频器输入端作为同步调节，CPU单元与人机界面连接。

所述编码器采用增量式编码器。

所述电动机采用三相交流异步电动机或伺服电动机或永磁同步电动机。

CPU单元还包括远程通讯模块可采用485通讯模块或扩展模块PROF IBUS-DP或CANopen或DeviceNet，可以实现上述电动机本地和远程控制。

本发明提供一套以CPU为核心加两个交流变频器组成的控制系统，实现对无油干式真空泵智能化管理与控制。

CPU单元与人机界面相连完成对双轴运行参数的设置，实时显示两个电动动机转矩变化，位置同步状态以及工作转速的运行数据。两个交流变频器完成对双电动机变频及驱动，通过安装在电动机轴上的编码器，将采集输出数据作为速度反馈信号连接到交流变频器，实现电动机转速的闭环控制。

在双轴之间的定位齿轮G1，G2仍然保留，作用由扭矩承载变为位置信息传递。其主要目的有两点，一是在泵体安装时完成双轴的初始定位；二是避免突发事件造成泵体损坏，起到保护泵体的作用。

如图1、4所示，本实施例中，双轴无油干式真空泵部分包括中第1、2电动机M1、M2采用三相交流异步电动机，该泵两轴上分别装有的第1、2编码器均采用增量式编码器为传感器，采用型号CAS416；第1、2交流变频器采用型号CMR-VB4A0011BA；CPU单元包括CPU处理器、供电电源模块和通讯模块，其中通讯模块与CPU处理器的端口RX2、TX2连接，CPU处理器的端口RX1、TX1与人机界面连接，采用芯片C8051F040；电源模块采用AMS1117。

该系统工作工作原理及过程：第1、2三相交流异步电动机的转子与双轴无油干式真空泵P的两根转轴相连，该两电动机旋转时带动双轴无油真空泵P两根轴旋转，第1、2编码器与电动机主轴连接，第1、2电动机M1、M2工作在主从模式下，即第2电动机M2与第1电动机M1保持随动关系。当控制系统工作时，通过第1、2电动机M1、M2旋转同时第1、2编码器产生与之对应的速度和位置输出信号，控制系统对该输出信号进行采集；当第1、2电动机M1、M2出现速度或位置偏差时，CPU处理器对第2电动机M2速度或位置进行调节，使之与第1电动机M1保持同步。电动机的转速、转矩、功率参数通过人机界面显示，这些参数也可通过通讯模块进行远程监控。

一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，它包括双轴无油干式真空泵机械部分，其特征在于还增设电动机控制部分；其中，双轴无油干式真空泵P的每一根轴1、2上分别装有电动机和两个编码器；电动机控制部分通过安装在电动机轴上的两编码器，将采集输出脉冲数据信号分别接至对应第1、2交流变频器和CPU单元的输入端，实现电动机转速的闭环控制。

所述控制部分包括第1、2交流变频器、人机界面和CPU单元；每一根轴上电动机的输入端分别与第1、2交流变频器输出端连接，其输出信号端分别接各交流变频器的信号接收端，所述各编码器输出脉冲数据信号分别对应接至第1、2交流变频器和CPU单元的输入端，作为速度和位置反馈；CPU单元一路输出控制端分别接至第1、2交流变频器输入端作为变频器参数设置和启停控制，另一路输出端位置差信号接至第2交流变频器输入端作为同步调节，CPU单元与人机界面连接。

所述真空泵P的每一根轴1、2上的两个编码器，分别采用增量式编码器和绝对值编码器。

如图2所示，为本发明另一种控制系统结构示意图。与第一种方案的主要区别是：在双轴无油干式真空泵P的每一根轴上分别装有电动机和两个编码器不含有定位齿轮。

结合附图2对其结构进一步描述：第1、2交流电动机的转子分别与双轴无油干式真空泵P的两根转轴1、2相连，电动动机旋转时带动双轴无油真空泵P两根轴旋转，第1～4编码器分别与第1、2电动机主轴连接，第1、3编码器采用增量式编码器，第2、4采用绝对值编码器，增量式编码器作为速度反馈信号，绝对值编码器作为位置反馈信号。速度反馈信号与交流变频器组成速度闭环调节，位置反馈信号与CPU单元组成位置闭环调节；电动机M1、M2工作在主从模式下，即第2电动机M2与第1电动机M1保持随动关系。

该系统工作过程：当控制系统工作时，通过第1、2电动机M1、M2旋转同时第1～4编码器分别产生与之对应的速度和位置输出信号，控制系统对该输出信号进行采集；当第1、2电动机M1、M2出现速度或位置偏差时，CPU单元对第2电动机M2速度或位置进行调节，使之与第1电动机M1保持同步。电机的转速，转矩，功率参数通过人机界面显示，这些参数也可通过通讯模块进行远程监控。

另外，在真空泵P的每一根轴上还可以分别装有定位齿轮G1、G2。

如图3所示，为第二种控制系统实施例结构示意图。在图2中方案的基础上，每一根轴上还可分别增装有定位齿轮G1、G2；原因在于：当控制系统出现异常或两主轴力矩严重不均衡时定位齿轮G1、G2对真空泵起到保护作用。

Claims (9)

1.一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，它包括双轴无油干式真空泵机械部分，其特征在于：还增设电动机控制部分；其中，双轴无油干式真空泵(P)的每一根轴(1、2)上分别装有电动机、定位齿轮和编码器，电动机控制部分通过安装在电动机轴上的编码器，将采集输出脉冲数据信号同时接至交流变频器和CPU单元的输入端，实现电动机转速的闭环控制。

2.按权利要求1所述的一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，其特征在于：所述电动控制部分包括第1、2交流变频器、人机界面及CPU单元；每一根轴上电动机的输入端分别与第1、2交流变频器输出端连接，其信号输出端分别接各交流变频器信号接收端，所述各编码器输出脉冲数据信号与对应第1、2交流变频器相接，同时接CPU单元的输入端，作为电机速度和位置反馈；CPU单元一路输出控制端分别接至第1、2交流变频器输入端，完成交流变频器参数设置和启停控制，另一路输出端位置差信号接至第2交流变频器输入端作为同步调节，CPU单元与人机界面连接。

3.按权利要求1或2所述的一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，其特征在于：所述编码器采用增量式编码器。

4.按权利要求1或2所述的一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，其特征在于：所述电动机可采用三相交流异步电动机或伺服电动机或永磁同步电动机。

5.按权利要求1所述的一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，其特征在于：CPU单元还包括通讯模块，可采用485通讯模块或扩展模块PROFIBUS-DP或CANopen或DeviceNet，可以实现上述电动机本地和远程控制。

6.一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，它包括双轴无油干式真空泵机械部分，其特征在于还增设电动机控制部分；其中，双轴无油干式真空泵(P)的每一根轴(1、2)上分别装有电动机和两个编码器；电动机控制部分通过安装在电动机轴上的两编码器，将采集输出脉冲数据信号分别接至对应第1、2交流变频器和CPU单元的输入端，实现电动机转速的闭环控制。

7.按权利要求6所述的一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，其特征在于：所述控制部分包括第1、2交流变频器、人机界面和CPU单元；每一根轴上电动机的输入端分别与第1、2交流变频器输出端连接，其输出信号端分别接各交流变频器的信号接收端，所述各编码器输出脉冲数据信号分别对应接至第1、2交流变频器和CPU单元的输入端，作为速度和位置反馈；CPU单元一路输出控制端分别接至第1、2交流变频器输入端作为变频器参数设置和启停控制，另一路输出端位置差信号接至第2交流变频器输入端作为同步调节，CPU单元与人机界面连接。

8.按权利要求6所述的一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，其特征在于：所述真空泵(P)的每一根轴(1、2)还可分别装有定位齿轮。

9.按权利要求6或7所述的一种用于无油干式真空泵双驱动主轴控制系统，其特征在于：所述真空泵(P)的每一根轴(1、2)上的两个编码器，分别采用增量式编码器和绝对值编码器。

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