CN105305890B - 一种电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机控制系统，属于电气控制领域。该控制系统包括：启动系统和至少一个变频器，至少一个变频器通过启动系统与多台电机电连接，启动系统包括控制器和接触器单元，接触器单元包括多个接触器组，多个接触器组与多台电机一一对应，每个接触器组均包括至少一个接触器，各接触器组的接触器分别与至少一个变频器一一对应，每个接触器均包括线圈端、输入端和输出端，接触器的输入端分别与各自对应的变频器电连接，接触器的输出端与所在的接触器组对应的电机电连接，接触器的线圈端均与控制器电连接。本发明实现了一个变频器能够输出多个不同的电机的功能。

Description

一种电机控制系统

技术领域

本发明属于电气控制领域，特别涉及一种电机控制系统。

背景技术

在运油船上通常配置有多个货油舱，每一个货油舱都对应配置有一个用于卸油的电动深井泵，为了提高工作效率，需要利用控制系统同时控制多个电动深井泵分别以不同的功率进行工作，以使得不同的货油舱能够以不同的效率同时进行卸油工作。现有的控制系统通常采用变频器来改变电动深井泵的电机转速，以实现电动深井泵的工作效率的调节，由于一个变频器在同一时间内只能控制一个电机，所以为了保证每一个正在工作的电机都能够被变频器实时调控，现有的控制系统通常为每一个电机都配备了一个变频器，这无疑增大了控制系统的成本和体积。

发明内容

为了解决现有的控制系统无法用一个变频器调控多台电机的问题，本发明实施例提供了一种电机控制系统。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种电机控制系统，所述控制系统包括：启动系统和至少一个变频器，所述至少一个变频器通过所述启动系统与多台电机电连接，所述启动系统包括控制器和接触器单元，所述接触器单元包括多个接触器组，所述多个接触器组与所述多台电机一一对应，每个所述接触器组均包括至少一个接触器，各所述接触器组的接触器分别与所述至少一个变频器一一对应，每个所述接触器均包括线圈端、输入端和输出端，所述接触器的输入端分别与各自对应的所述变频器电连接，所述接触器的输出端与所在的所述接触器组对应的所述电机电连接，所述接触器的线圈端均与所述控制器电连接；

所述启动系统还包括互锁控制电路，所述互锁控制电路包括与所述接触器一一对应的中间继电器，各所述中间继电器均包括线圈端、常开触点和常闭触点，各所述中间继电器的线圈端均与所述控制器电连接，所述中间继电器的常开触点与各自对应的所述接触器的线圈端电连接，所述中间继电器的常闭触点分别与各自对应的所述接触器所在的接触器组内的其他接触器的线圈端电连接；

所述控制系统还包括用于监测所述电机的监测单元，所述监测单元分别与所述电机和所述控制器电连接；

所述监测单元包括编码器和电流互感器，所述编码器安装在所述电机的输出端，所述电流互感器与所述电机电连接，所述编码器与所述电流互感器分别与所述控制器电连接，所述编码器用于监测所述电机的转速，所述电流互感器用于监测所述电机的电流值；

所述监测单元用于监测电动深井泵是否处于干运行状态，所述干运行状态为所述电动深井泵的实时转速大于所述电动深井泵的额定转速的50％，且所述电动深井泵的输出电流小于所述电动深井泵的额定电流的30％；

所述控制系统还包括故障处理单元，所述故障处理单元分别与所述控制器和所述变频器电连接；

所述控制器用于通过所述监测单元检测到所述电动深井泵处于所述干运行状态后，立即开始计时，如果所述电机的输出电流在30S内没有上升，则向所述故障处理单元发出报警信号，使得所述故障处理单元控制蜂鸣器鸣笛报警，如果所述电机的输出电流在180S内没有上升，则向所述故障处理单元发出急停信号，所述故障处理单元控制与所述电机相应的所述变频器停机。

在本发明的另一种实现方式中，所述故障处理单元包括安全继电器电路，所述安全继电器电路包括安全继电器模块、急停信号接收电路和复位电路，所述急停信号接收电路与所述控制器电连接，所述复位电路与所述接触器组电连接，所述急停信号接收电路和所述复位电路分别与所述安全继电器模块电连接，所述安全继电器电路与所述变频器电连接。

在本发明的另一种实现方式中，所述电机的数量为所述变频器的数量的两倍，所述接触器组的数量与所述电机的数量相同，各所述接触器组的接触器的数量与所述变频器的数量相同。

在本发明的另一种实现方式中，每一所述接触器均设置在启动器柜内，所述启动器柜内设有纵向排列的多个硬铜排和横向排列的多个软铜排。

在本发明的另一种实现方式中，所述接触器通过所述硬铜排与所述变频器电连接，所述接触器通过所述软铜排与所述电机电连接。

在本发明的另一种实现方式中，所述控制器为可编程逻辑控制器。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在启动系统内配置控制器、以及与电机一一对应的接触器组，每一接触器组均包括多个接触器，每一接触器组的接触器分别与各变频器一一对应，当需要调节一个电机的转速时，控制器控制该电机所对应的接触器组，使得该接触器组内的任一个接触器导通，从而使得该接触器所对应的变频器与电机电连接，以达到一个变频器可以控制多个电机的目的，进而减少了变频器的数量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的包括3个变频器的控制系统的电路连接示意图；

图2是本发明实施例提供的启动系统的电路连接示意图；

图3是本发明实施例提供的故障处理单元的电路连接示意图；

图4是本发明实施例提供的互锁控制电路的电路连接示意图；

图5是本发明实施例提供的包括3个变频器的控制系统的接触器的布置图；

图6是本发明实施例提供的包括2个变频器的控制系统的电路连接示意图；

图7是本发明实施例提供的包括1个变频器的控制系统的电路连接示意图；

图中各符号表示含义如下：

1-变频器，2-启动系统，3-电机，4-控制器，5-接触器单元，6-接触器组，7-接触器，8-监测单元，9-故障处理单元，10-硬铜排，11-软铜排，12-启动器柜，131-安全继电器模块，132-第三继电器的常闭触点，133-复位电路，134-第一继电器的线圈端，135-第二继电器的线圈端，136-复位按钮，137-第四继电器的常闭触点，138-手动急停电路，139-急停按钮，KM11-KM36为接触器，K11-K36为中间继电器，FC1-FC3为变频器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本发明实施例提供的一种电机控制系统，如图1所示，该控制系统包括：启动系统2和至少一个变频器1，至少一个变频器1通过启动系统2与多台电机3电连接，启动系统2包括控制器4和接触器单元5，接触器单元5包括多个接触器组6，多个接触器组6与电机3一一对应，每个接触器组6均包括至少一个接触器7，各接触器组的接触器7分别与至少一个变频器1一一对应，每个接触器7均包括线圈端、输入端和输出端，接触器7的输入端分别与各自对应的变频器1电连接，接触器7的输出端与所在的接触器组对应的电机3电连接，接触器7的线圈端均与控制器4电连接。

本实施例通过在启动系统2内配置控制器4、以及与电机3一一对应的接触器组6，每一接触器组6均包括多个接触器7，每一接触器组6的接触器7分别与各变频器1一一对应，当需要调节一个电机3的转速时，控制器4控制该电机3所对应的接触器组6，使得该接触器组6内的任一个接触器7导通，从而使得该接触器7所对应的变频器1与电机3电连接，以达到一个变频器1可以控制多个电机3的目的，进而减少了变频器1的数量。

具体地，控制器4为可编程逻辑控制器，作为优选，可编程逻辑控制器为西门子300可编程逻辑控制器，需要说明的是，虽然在本实施例中采用西门子300可编程逻辑控制器，但是在其他实施例中，控制器4的种类并不限于上述优选方案，还可以是其他控制器，本发明对此不做限制。

参见图2，在本实施例中，控制系统还包括用于监测电机3的监测单元8，监测单元8分别与电机3和控制器4电连接，监测单元8用于监测电动深井泵是否处于干运行状态，其中，干运行状态是指电动深井泵的电机在电动深井泵的泵内没有液体时依然运行的一种不正常的运行状态，该状态下的电动深井泵极易被损坏，所以应当通过监测电机3的运行状态来尽量避免电动深井泵处于该状态。当泵的实时转速大于泵的最大转速的50％，且电机的输出电流小于电机的额定电流的30％时，则可以判定电动深井泵处于干运行状态。

具体地，监测单元包括编码器(图未示)和电流互感器(图未示)，编码器安装在电机3的输出端，电流互感器与电机3电连接，编码器与电流互感器分别与控制器4电连接，编码器用于监测电机3的转速，电流互感器用于监测电机的电流值。需要说明的是，由于电机的转速和泵的转速之间存在一定的转速比，所以可以根据电机的转速得出泵的转速，容易理解的，可以在监测单元内设置用于根据电机的转速计算出泵的转速的计算模块，计算模块可以为现有技术，在此不做赘述。

在本实施例中，控制系统还包括故障处理单元9，故障处理单元9分别与控制器4和变频器1电连接。故障处理单元9用于接收报警信号和急停信号，并做出相应的处理。具体地，启动系统2还可以包括蜂鸣器(图未示)，蜂鸣器与故障处理单元9电连接。

在上述实现方式中，当控制器4通过监测单元8检测到电动深井泵处于干运行状态后，控制器4立即开始计时，如果电机3的输出电流在30S内都没有上升，则控制器4向故障处理单元9发出报警信号，故障处理单元9控制蜂鸣器鸣笛报警，如果在180S内电机3的输出电流都没有上升，则控制器4向故障处理单元9发出急停信号，故障处理单元9随之控制与该电机3相应的变频器1停机。

如图3所示，在本发明实施例中，故障处理单元9包括安全继电器电路，安全继电器电路包括安全继电器模块131、急停信号接收电路和复位电路133，急停信号接收电路132与控制器4电连接，复位电路133与接触器组6电连接，急停信号接收电路和复位电路133分别与安全继电器模块131电连接，安全继电器电路与变频器1电连接。当执行了电机急停操作并处理完故障后，需要重新启动电机3时，必须手动操作复位电路133，才能进一步的执行启动电机的操作，从而提高了电机控制系统的安全性。

具体地，安全继电器电路可以包括第一继电器和第二继电器，第一继电器的线圈端134和第二继电器的线圈端135分别与安全继电器模块的14端子和34端子电连接，第一继电器134和第二继电器135的常开触点与变频器1电连接。

具体地，急停信号接收电路包括第三继电器，第三继电器的线圈端与控制器4电连接，第三继电器的常闭触点132与安全继电器模块131电连接。

具体地，复位电路133可以包括复位按钮136和电机停止信号接收电路，复位按钮136与安全继电器模块的Y33端子电连接，电机停止信号接收电路包括第四继电器，第四继电器的线圈端与每一接触器组6电连接，第四继电器的常闭触点137与安全继电器模块的Y34端子电连接，电机停止信号接收电路通过第四继电器的常闭触点137与复位按钮136串联。

下面参见图3简单介绍一下自动急停电机的工作过程：当急停信号接收电路接收到由控制器4传出的急停信号后，第三继电器的线圈端得电，第三继电器的常闭触点断开，使得第三继电器向安全继电器模块131传递触点开闭信号，从而安全继电器模块131的13端子和14端子之间的电路断开，23端子和24端子之间的电路也同时断开，进而第一继电器的线圈端134和第二继电器的线圈端135同时失电，第一继电器和第二继电器的常开触点断开，使得第一继电器和第二继电器同时向变频器1传递触点开闭信号，最后变频器1自行断电，电机3随之停机。如果电机3已经正确停机，那么与该电机3相对应的接触器组6的常开触点也应断开，第四继电器的线圈端也随之失电，所以当重新启动电机3时，电机停止信号接收电路内的第四继电器的常闭触点137闭合，按下复位按钮136后，复位按钮136向安全继电器模块传递触点开闭信号，使得安全继电器模块的13端子和14端子接通、23端子和24端子接通，从而使得第一继电器和第二继电器的常开触点闭合，第一继电器和第二继电器再次向变频器1传递触点开闭信号，使得变频器1重新启动电机3。

具体地，安全继电器电路还可以包括手动急停电路138，手动急停电路138可以包括两个急停按钮139，两个急停按钮139并联在一起且均与安全继电器的Y11端子和Y12端子电连接。该手动急停电路138用于手动急停电机，手动急停电机的工作过程与上述自动急停电机的工作原理基本相同，其区别仅在于，当需要急停电机3时，只需按下上述两个急停按钮139中的任意一个急停按钮139即可使得安全继电器模块的13端子和14端子之间的电路、23端子和24端子之间的电路断开，进而完成急停操作，当需要重新启动电机3时，在按下复位按钮139之前，需要先按下另外一个急停按钮139，再依次复位两个急停按钮139，从而进一步的保障了电机控制系统的安全。需要说明的是，虽然在本实施例中手动急停电路138包括两个急停按钮139，但是容易理解的，在其他实施例中手动急停电路138和可以只包括一个急停按钮139，本发明对此不做限制。

在本实施例中，电机3的数量为变频器1的数量的两倍，接触器组6的数量与电机3的数量相同，各接触器组6的接触器7的数量与变频器1的数量相同。

作为优选，变频器1的数量小于或等于3个，因为当变频器1的数量过多时，控制系统的设计成本、设计难度、以及启动系统2的体积都会随之加大，导致控制系统的实用性降低，所以将变频器1的数量限制在3个以下可以最好的发挥出控制系统的实用性。

下面以包括3个变频器的控制系统为例，对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1为包括3个变频器的控制系统的电路连接示意图，再次参见图1，控制系统包括变频器FC1-FC3，启动系统2包括多个接触器组6，多个接触器组6包括第一接触器组、第二接触器组、第三接触器组、第四接触器组、第五接触器组和第六接触器组，每一个接触器组的输入端均依次与FC1-FC3电连接，每一个接触器组的输出端分别与一个不同的电机3电连接，6个电机分别为M1-M6，第一接触器组包括接触器KM11-KM31，第二接触器组包括接触器KM12-KM32，第三接触器组包括接触器KM13-KM33，第四接触器组包括接触器KM14-KM34，第五接触器组包括接触器KM15-KM35，第六接触器组包括接触器KM16-KM36，各接触器均包括线圈端、输入端和输出端，KM11-KM16的输入端均与FC1电连接，KM21-KM26的输入端均与FC2电连接，KM31-KM36的输入端均与FC3电连接，KM11-KM31的输出端与M1电连接，KM12-KM32的输出端与M2电连接，KM13-KM33的输出端与M3电连接，KM14-KM34的输出端与M4电连接，KM15-KM35的输出端与M5电连接，KM16-KM36的输出端与M6电连接，KM11-KM36的线圈端均与控制器电连接。

在上述实现方式中，为了更好的说明控制系统的控制逻辑，可以将上述接触器组抽象为一个数学模型，该数学模型对应矩阵A：

矩阵A中任一元素值均被赋值1和0，当任一元素值为1时，表示该元素所对应的接触器闭合，当任一元素值为0时，表示该元素值所对应的接触器断开。

同样的，也可以将上述变频器和电机分别抽象为一个数学模型，变频器对应矩阵B：

电机对应矩阵C：

C＝[M1 M2 M3 M4 M5 M6]

矩阵B和矩阵C中任一元素值也均被赋值1和0，当矩阵B中任一元素值为1时，表示该元素值所对应的变频器为工作状态，当矩阵B中任一元素值为0时，表示该元素值所对应的变频器为停机状态；当矩阵C中任一元素值为1时，表示该元素值所对应的电机为工作状态，当矩阵C中任一元素值为0时，表示该元素值所对应的电机为停机状态。容易理解的，则矩阵A的值可以由矩阵B、矩阵C的内积来确定，即A＝BC，使得控制器可以通过矩阵A中的每一个元素值来判断该元素值所对应的接触器的开闭状态。例如，当FC2和M3均为工作状态时，则KM23的值为1，即接触器KM23为闭合状态，如果此时FC2和M3中任一状态改变为停机状态，则KM23的值变为0，即接触器KM23为闭合状态。

图4为互锁控制电路的电路连接示意图，如图4所示，在本实施例中，启动系统2还包括互锁控制电路，互锁控制电路包括与接触器KM11-KM36一一对应的中间继电器K11-K36，各中间继电器均包括线圈端a、常开触点b和常闭触点c，各中间继电器的线圈端a均与控制器电连接，中间继电器的常开触点b与各自对应的接触器的线圈端电连接，中间继电器的常闭触点c分别与各自对应的接触器所在的接触器组内的其他接触器的线圈端电连接。

下面参照图4，以中间继电器K23的电连接方式为例，对互锁控制电路与各接触器的电连接方式进行说明：

中间继电器K23包括线圈端K23a、常开触点K23b和常闭触点K23c，K23a与控制器电连接，K23b与接触器KM23的线圈端电连接，K23c分别与接触器KM13的线圈端、接触器KM33的线圈端电连接。容易理解的，与同一接触器组内的其他接触器所对应的中间继电器的电连接方式和上述电连接方式类似，K13b与KM13的线圈端电连接，K13c分别与KM23的线圈端、KM33的线圈端电连接；K33b与KM33的线圈端电连接，K33c分别与KM13的线圈端、KM23的线圈端电连接。

下面再接着简单说明一下互锁控制电路的工作原理：

当控制器输出电流至K23a时，K23a线圈得电，K23b随之闭合，从而使得KM23的线圈端得电，进而使得KM23的常开触点闭合，与KM23相对应的电机启动。同时由于K23a线圈得电，K23c随之断开，则与K23c电连接的KM13和KM33的线圈端的电路必定为断开状态，从而避免了多台变频器同时输出同一个电机的情况发生。

优选地，控制器向中间继电器的线圈端输出的电压可以为24V。

图5为包括3个变频器的控制系统的接触器的布置图，如图5所示，在本发明实施例中，接触器KM11-KM36均设置在启动器柜12内，启动器柜12内设有纵向排列的多个硬铜排10和横向排列的多个软铜排11。

具体地，接触器KM11-KM36通过硬铜排10与变频器(图未示)电连接，接触器通过软铜排11与电机(图未示)电连接。在上述实现方式中，同一变频器所对应的接触器均与同一横向硬铜排10电连接，同一电机所对应的接触器均与同一纵向软铜排11电连接，并且软铜排11和硬铜排12采用正面走线和背面走线相结合的方式，从而节省了启动器柜12内的空间。

图6为包括2个变频器的控制系统的电路连接示意图，如图6所示，该控制系统与前述包括3个变频器的控制系统相比，控制系统内部的电路基本相同，区别仅在于，当变频器的数量变为2个时，启动系统的接触器组、以及每一个接触器组包括的接触器的数量也随之变化，具体地，启动系统包括4个接触器组，每一个接触器均包括2个接触器，容易理解的，与接触器相关的电路也相应的发生变化，在此不再一一赘述。

图7为当控制系统包括1个变频器时控制系统的电路连接示意图，如图7所示，该控制系统与前述包括3个变频器的控制系统相比，控制系统内部的电路基本相同，区别仅在于，当变频器的数量变为1个时，启动系统的接触器组、以及每一个接触器组包括的接触器的数量也随之变化，具体地，启动系统包括2个接触器组，每一个接触器均包括1个接触器，容易理解的，与接触器相关的电路也相应的发生变化，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电机控制系统，所述控制系统包括：启动系统和至少一个变频器，所述至少一个变频器通过所述启动系统与多台电机电连接，其特征在于，所述启动系统包括控制器和接触器单元，所述接触器单元包括多个接触器组，所述多个接触器组与所述多台电机一一对应，每个所述接触器组均包括至少一个接触器，各所述接触器组的接触器分别与所述至少一个变频器一一对应，每个所述接触器均包括线圈端、输入端和输出端，所述接触器的输入端分别与各自对应的所述变频器电连接，所述接触器的输出端与所在的所述接触器组对应的所述电机电连接，所述接触器的线圈端均与所述控制器电连接；

所述启动系统还包括互锁控制电路，所述互锁控制电路包括与所述接触器一一对应的中间继电器，各所述中间继电器均包括线圈端、常开触点和常闭触点，各所述中间继电器的线圈端均与所述控制器电连接，所述中间继电器的常开触点与各自对应的所述接触器的线圈端电连接，所述中间继电器的常闭触点分别与各自对应的所述接触器所在的接触器组内的其他接触器的线圈端电连接；

所述控制系统还包括用于监测所述电机的监测单元，所述监测单元分别与所述电机和所述控制器电连接；

所述监测单元包括编码器和电流互感器，所述编码器安装在所述电机的输出端，所述电流互感器与所述电机电连接，所述编码器与所述电流互感器分别与所述控制器电连接，所述编码器用于监测所述电机的转速，所述电流互感器用于监测所述电机的电流值；

所述监测单元用于监测电动深井泵是否处于干运行状态，所述干运行状态为所述电动深井泵的实时转速大于所述电动深井泵的额定转速的50％，且所述电动深井泵的输出电流小于所述电动深井泵的额定电流的30％；

所述控制系统还包括故障处理单元，所述故障处理单元分别与所述控制器和所述变频器电连接；

所述控制器用于通过所述监测单元检测到所述电动深井泵处于所述干运行状态后，立即开始计时，如果所述电机的输出电流在30S内没有上升，则向所述故障处理单元发出报警信号，使得所述故障处理单元控制蜂鸣器鸣笛报警，如果所述电机的输出电流在180S内没有上升，则向所述故障处理单元发出急停信号，所述故障处理单元控制与所述电机相应的所述变频器停机。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述故障处理单元包括安全继电器电路，所述安全继电器电路包括安全继电器模块、急停信号接收电路和复位电路，所述急停信号接收电路与所述控制器电连接，所述复位电路与所述接触器组电连接，所述急停信号接收电路和所述复位电路分别与所述安全继电器模块电连接，所述安全继电器电路与所述变频器电连接。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电机的数量为所述变频器的数量的两倍，所述接触器组的数量与所述电机的数量相同，各所述接触器组的接触器的数量与所述变频器的数量相同。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，每一所述接触器均设置在启动器柜内，所述启动器柜内设有纵向排列的多个硬铜排和横向排列的多个软铜排。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述接触器通过所述硬铜排与所述变频器电连接，所述接触器通过所述软铜排与所述电机电连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制器为可编程逻辑控制器。