CN104035364A - 一种永磁耦合调速器控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁耦合调速器控制装置，包括箱体以及安装在箱体面板上的主控制单元，箱体底部安装有电源系统，箱体上设有电源开关和与主控制单元连接的急停开关。所述的主控制单元包括CPU以及与CPU连接的模拟信号调理电路、电源变换电路、报警及指示灯输出电路、光耦隔离输入及键盘电路、晶闸管输出电路、RS232通信接口电路、数码管显示电路及0-20mA电流信号输出电路；本发明采用常用的芯片，系统易于实现，且稳定可靠，通过光耦将输入输出进行电气隔离，绝缘安全可靠，针对永磁耦合调速器调速系统需要保持系统恒定的压力或流量，实时调节永磁调速耦合器转速，同时检测永磁耦合调速器温度，并保护其安全。

Description

一种永磁耦合调速器控制装置

技术领域

本发明涉及一种永磁耦合调速器控制装置，适用于风机、泵类用永磁耦合调速器调速系统。

背景技术

工业使用中水泵、风机类负载的额定参数大于实际使用的参数，多数工业场合水泵、风通常都是调节阀门或风门挡板开度的大小来调节所需流量与压力。 泵或风机总是工作在额定状态，这样大量能量消耗在阀门或风门所增加的阻力上，不合乎国家节能减排的号召。若采用调速技术，根据系统需求风量或风压不同而调节相应转速，则可达到显着节能效果。

永磁耦合调速器调速技术是近年来开发的一项突破性新技术，是专门针对风机、泵类离心负载调速节能的适用技术。它具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用、极大减少系统振动、减少系统维护和延长系统使用寿命等特点，成为风机、泵类负载节能减排技术改造的首选。

永磁耦合调速器控制装置实现根据用户设定的压力或是流量来调整永磁耦合调速器的气隙实现输出功率的调整，保证系统的压力或是流量恒定，同时实现系统的过温、限位等保护功能。

经对现有技术检索发现，目前永磁耦合调速器结构设计的专利比较多，但是其控制系统专利几乎没有，原因是永磁耦合调速器作为一种新型的节能设备，研究的重点在于本体设计，其控制器采用了一般工业控制器进行替代，这种控制方案要么使控制系统显得冗余复杂，要么功能不够完善，不能很好地满足于永磁耦合调速器的控制要求。

发明内容

本发明针对现有的永磁耦合调速器在实际使用中需要，提供一种适用的永磁耦合调速器控制装置，在硬件平台，控制程序基本不变的情况下，仅需根据永磁耦合调速器容量的大小选配少量的硬件即可满足不同功率等级永磁耦合调速器控制应用需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种永磁耦合调速器控制装置，包括箱体以及安装在箱体面板上的主控制单元，箱体底部安装有电源系统，箱体上设有电源开关和与主控制单元连接的急停开关，所述的主控制单元包括CPU以及与CPU连接的模拟信号调理电路、电源变换电路、报警及指示灯输出电路、光耦隔离输入及键盘电路、晶闸管输出电路、RS232通信接口电路、数码管显示电路及0-20mA电流信号输出电路。

所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其CPU为STC高性能单片机，完成控制系统的温度、流量信号采样、计算、bang-bang以及PI控制功能的实现。

所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其模拟信号调理电路连接二路PT100热电阻信号和一路流量变送器信号，将标准的0-10V或0-20mA信号调理成0～3V电压信号后送至CPU处理。

所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其电源变换电路提供2.8V和3.3V输出电压供系统使用。

所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其报警及指示灯输出电路为控制系统提供运行和故障状态及报警输出。

所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其光耦隔离输入及键盘电路实现二路限位信号输入及四路按键信号的输入。

所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其晶闸管输出电路为主控制单元提供两路交流220V输出电路，控制永磁耦合调速器气隙调节电机的正反转。

所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其RS232通信接口电路提供远程计算机监视和控制。

所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其数码管显示电路由上下排列的两组四位数码管组成，分别显示用户设定参数和实际检测信号值。

所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其0-20mA电流信号输出电路为基于单片机的PWM输出，经过滤波得到电压信号，通过恒流源转换电路实现0-20mA信号输出。

本发明的有益效果是：采用常用的芯片，并通过光耦将输入输出进行电气隔离，绝缘安全可靠，系统易于实现，且稳定可靠，具有接线简单，成本低，自动化程度高，便于设备现场调试和用户使用。针对永磁耦合调速器调速系统需要保持系统恒定的压力或流量，实时调节永磁调速耦合器转速，同时检测永磁耦合调速器温度，并保护其安全，通过高性能1T处理器，采用24MHZ晶振，提高了控制系统计算速度，保证了控制的实时性、准确性和稳定性。

附图说明

图1为本发明控制装置安装箱体图；

图2为本发明控制装置的方框原理图；

图3为本发明控制程序的流程示意图。

各附图标记为：1—箱体，2—主控制单元，3—电源系统，4—急停开关，5—电源开关，6—CPU，7—模拟信号调理电路，8—电源变换电路，9—报警及指示灯输出电路，10—光耦隔离输入及键盘电路，11—晶闸管输出电路，12—RS232通信接口电路，13—数码管显示电路，14—0-20mA电流信号输出电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2所示，本发明公开了一种永磁耦合调速器控制装置，包括箱体1以及安装在箱体1面板上的主控制单元2，箱体1底部安装有AC220V输入、DC5V/DC15V/DC24V输出的开关电源系统3，箱体1上设有电源开关5和与主控制单元2连接的急停开关4，电源的系统3的直流输出端与主控制单元2的电源线相连，为主控制单元2提供直流电源，电源系统3的进线端与电源开关5的一端连接，急停开关4实现在紧急状况下保护系统安全，DC24V为外部传感器提供电源，DC15V为外部开关提供电源，所述的主控制单元2包括CPU 6以及与CPU 6连接的模拟信号调理电路7、电源变换电路8、报警及指示灯输出电路9、光耦隔离输入及键盘电路10、晶闸管输出电路11、RS232通信接口电路12、数码管显示电路13及0-20mA电流信号输出电路14。

其中，所述的CPU 6为STC高性能1T系列单片机STC12LE5A60S2，完成控制系统的温度、流量信号采样，计算，bang-bang以及PI控制功能的实现；所述的模拟信号调理电路7连接二路PT100热电阻信号和一路流量变送器信号或是压力变送器信号，将标准的0-10V或0-20mA信号调理成0～3V电压信号后送至CPU 6处理，光电耦合芯片TLP521及TLP281-4提供隔离输入实现二路限位信号输入及四路按键信号（按键分别是菜单键、增加键、减少键、确认键）的输入；所述的电源变换电路8实现DC-DC变换，为单片机系统提供2.8V和3.3V输出电压；所述的报警及指示灯输出电路9为控制系统提供运行和故障状态及报警输出，采用三极管进行驱动，控制运行指示灯和故障状态及声光报警；所述的光耦隔离输入及键盘电路10实现二路限位信号输入及四路按键信号的输入；所述的晶闸管输出电路11通过高性能光电耦合隔离器MOC3052为主控制单元2提供两路交流220V输出电路，控制永磁耦合调速器气隙调节电机的正反转；所述的RS232通信接口电路12采用MX3232芯片为远程计算机监视和控制提供了通讯接口；所述的数码管显示电路13由上下排列的两组四位数码管组成，通过NPN三极管8050驱动，分别显示用户设定参数和实际检测信号值；所述的0-20mA电流信号输出电路14为基于单片机的PWM输出，经过滤波得到电压信号，通过恒流源转换电路实现0-20mA信号输出。

本发明控制装置的控制方法包括三种：手动控制方式、自动控制方式及远程控制方式。

手动运行模式下可显示压力、流量或温度等实际参数，手动控制永磁耦合调速器气隙调节装置。

自动运行模式下，根据用户的设定值与实际值，及用户的选择的控制方式进行自动控制，及保护。

远程工作模式下，通过通讯远程监视现场运行状态，并能设定相关参数，远程模式不影响控制方式。

在手动和自动运行时，由限位开关提供限位信号，控制装置能控制最大或最小气隙的电气限位，起到保护永磁耦合调速器气隙调节装置的目的。

在手动运行时，通过按键可增大永磁耦合调速器气隙或减小永磁耦合调速器气隙，其中在向上或是向下的按键一直按住时，气隙调整到限位开关时不能再调整。

在自动运行工作时，通过按键调整压力或是流量的设定值，主控制单元2测量实际值并与与设定值进行比较，通过内置的bang-bang 控制算法或是PI控制算法，输出控制晶闸管输出电路11，驱动调节永磁耦合调速器的气隙。

在自动调整过程中，当温度达到上限值，或是碰触到限位开关，或是单次运行时间超过限值都会停止输出，起到保护永磁耦合调速器气隙调节装置的目的。

图3为发明控制程序的流程示意图，CPU 6通过模拟信号调理电路7采样压力传感器及温度传感器的数据，获取当前系统的状态，压力及温度信号经过滤波，调理之后，通过处理器的A/D中断转换程序进行采集，并进行中值滤波，将最终得到的压力及温度值存放在对应的数组中，CPU 6根据采样数据集、用户设定数据及用户设置的控制方式（PI控制或是bang bang控制）来选择对应的计算方法得出对应的输出控制信号，CPU 6通过定时中断送出显示的段码及位码信号给显示驱动电路，不断更新显示缓冲区的数据达到更新显示的目的。

控制程序包括用户参数设定功能程序，通过结构体实现丰富的用户参数组，用户通过按键实现参数的修改及存储。所述的用户参数包括用户压力、温度等设定值，报警值，控制方式，相关系数等。

控制程序还包括保护及报警功能，通过采样的数据与对应的设定值进行比较，做出相应的报警或是保护。

控制程序还包括通信功能，通过串口实现与上位机及其它系统的通讯，实现远程监控功能。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种永磁耦合调速器控制装置，包括箱体（1）以及安装在箱体（1）面板上的主控制单元（2），箱体（1）底部安装有电源系统（3），箱体（1）上设有电源开关（5）和与主控制单元（2）连接的急停开关（4），其特征在于：所述的主控制单元（2）包括CPU（6）以及与CPU（6）连接的模拟信号调理电路（7）、电源变换电路（8）、报警及指示灯输出电路（9）、光耦隔离输入及键盘电路（10）、晶闸管输出电路（11）、RS232通信接口电路（12）、数码管显示电路（13）及0-20mA电流信号输出电路（14）。

2.根据权利要求1所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其特征在于，所述的CPU（6）为STC高性能单片机，完成控制系统的温度、流量信号采样、计算、bang-bang以及PI控制功能的实现。

3.根据权利要求1或2所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其特征在于，所述的模拟信号调理电路（7）连接二路PT100热电阻信号和一路流量变送器信号，将标准的0-10V或0-20mA信号调理成0～3V电压信号后送至CPU（6）处理。

4.根据权利要求3所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其特征在于，所述的电源变换电路（8）提供2.8V和3.3V输出电压供系统使用。

5.根据权利要求4所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其特征在于，所述的报警及指示灯输出电路（9）为控制系统提供运行和故障状态及报警输出。

6.根据权利要求5所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其特征在于，所述的光耦隔离输入及键盘电路（10）实现二路限位信号输入及四路按键信号的输入。

7.根据权利要求6所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其特征在于，所述的晶闸管输出电路（11）为主控制单元（2）提供两路交流220V输出电路，控制永磁耦合调速器气隙调节电机的正反转。

8.根据权利要求7所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其特征在于，所述的RS232通信接口电路（12）提供远程计算机监视和控制。

9.根据权利要求8所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其特征在于，所述的数码管显示电路（13）由上下排列的两组四位数码管组成，分别显示用户设定参数和实际检测信号值。

10.根据权利要求9所述的一种永磁耦合调速器控制装置，其特征在于，所述的0-20mA电流信号输出电路（14）为基于单片机的PWM输出，经过滤波得到电压信号，通过恒流源转换电路实现0-20mA信号输出。