CN108054831A - 一种轴转设备断电保护制动控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴转设备断电保护制动控制系统及控制方法，所述控制系统包括供电电源、控制器、轴转设备、驱动机构及储能机构，所述轴转设备的轴件与所述驱动机构的驱动端连接，所述储能机构包括飞轮，所述供电电源用于同时为所述驱动机构和飞轮供电，在所述控制器的控制下，所述驱动机构驱动所述轴件转动；当供电电源断开时，所述控制器控制所述飞轮向驱动机构馈电，在此馈电过程中，所述控制器控制驱动机构减速直至停止转动。本发明通过飞轮在断电情况下为轴转设备的驱动电机驱动器提供电源，缓解紧急制动情况下的停机过程，符合生产规程规范，减少紧急制动对轴转设备的磨损，延长轴转设备的使用寿命。

Description

一种轴转设备断电保护制动控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及断电制动保护领域，特别涉及一种轴转设备断电保护制动控制系统及控制方法。
背景技术
轴转设备是工业生产中较常见的一种机械设备，通过电机驱动以设定要求的转速进行运转，但是当设备运行过程中突然断电，断电后的驱动电机变成自由停机，至少引发以下两方面的问题：
1)由高转速状态突然制动停机，会对机械设备造成损伤；
2)不满足工业生产要求。
为了解决上述问题，现有技术中通常采用UPS(不间断电源)进行断电防护，但是UPS采购成本较高，目前没有一种经济的断电制动控制方法。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种轴转设备断电保护制动控制系统及控制方法，使得在断电情况下对轴转设备的紧急制动进行缓解控制，所述技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种轴转设备断电保护制动控制系统，包括供电电源、控制器、轴转设备、驱动机构及储能机构，所述轴转设备的轴件与所述驱动机构的驱动端连接，所述储能机构包括飞轮，所述供电电源用于同时为所述驱动机构和飞轮供电，在所述控制器的控制下，所述驱动机构驱动所述轴件转动；
当供电电源断开时，所述控制器控制所述飞轮向驱动机构馈电，在此馈电过程中，所述控制器控制驱动机构减速直至停止转动。
进一步地，所述储能机构还包括储能电机和储能电机驱动器，在所述供电电源正常供电时，所述飞轮将电能转化为动能，当所述供电电源断开时，所述飞轮能够将动能转化为电能；所述驱动机构包括驱动电机和驱动电机驱动器，所述储能电机驱动器与驱动机构的驱动电机驱动器并联连接。
进一步地，所述储能电机驱动器和驱动电机驱动器均与所述控制器的控制总线连接。
进一步地，所述供电电源包括三相市电电源和电源整流器，所述三相市电电源与所述电源整流器的输入端连接，所述储能电机驱动器和驱动电机驱动器均与所述电源整流器输出端的直流母线连接。
进一步地，所述驱动电机为伺服电机，所述驱动电机驱动器为伺服驱动器。
进一步地，所述储能电机驱动器与储能电机之间通过电机电源电缆和编码器反馈电缆连接，所述驱动电机驱动器与驱动电机之间通过电机电源电缆和编码器反馈电缆连接。
进一步地，所述轴转设备的数量为一个，所述轴转设备的轴件为一根。
另一方面，本发明提供了一种轴转设备断电保护制动控制方法，包括：
在正常供电情况下，控制器控制驱动机构及储能机构工作，所述储能机构的飞轮处于存储电能状态，在所述驱动机构的驱动下，轴转设备运转；
当供电电源断开时，控制器向所述飞轮发送馈电指令，根据所述馈电指令，所述飞轮为驱动机构提供电能，在此过程中，所述控制器控制驱动机构减速直至停止。
进一步地，当供电电源断开时，飞轮将旋转动能通过储能电机转换成电能，并通过储能电机驱动器将转换后的电能传送至直流母线。
进一步地，在所述飞轮为驱动机构提供电能的过程中，所述控制器控制驱动机构以预设的减速条件减速运动。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
a.在正常供电运转时储能电机作为电动机运转，通过飞轮的转动，把能量储存在运转动能中；
b.储能电机在电网停电时把机械动能通过发电转化成电能，并通过直流母线把电输送到伺服电机驱动器上，使轴转设备在停电的情况下通过储能电机发出的电来进行可控缓解停机；
c.维持生产流程的稳定性和规范性，防止断电后轴转设备的紧急停机对生产流程造成损失。
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轴转设备断电保护制动控制系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的市电供电状态示意图；
图3是本发明实施例提供的断电后由储能电机供电的状态示意图。
其中，附图标记包括：1-控制器，11-控制总线，21-飞轮，22-储能电机，23-储能电机驱动器，31-驱动电机，32-驱动电机驱动器，41-三相市电电源，42-电源整流器，43-直流母线，51-电机电源电缆，52-编码器反馈电缆。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明的一个实施例中，提供了一种轴转设备断电保护制动控制系统，包括供电电源、控制器1、轴转设备、驱动机构及储能机构，所述轴转设备的轴件与所述驱动机构的驱动端连接，所述储能机构包括飞轮21，所述供电电源用于同时为所述驱动机构和飞轮21供电，在所述控制器1的控制下，所述驱动机构驱动所述轴件转动，在本发明实施例中，所述轴转设备的数量为一个，所述轴转设备的轴件为一根，一个飞轮对应控制一个轴转设备的制动缓解，或者，若飞轮的储能容量足够大，则一个飞轮也可以对应控制多个轴转设备的制动缓解，原理与单个轴转设备的控制是一样的，以下以单个轴转设备为例进行说明；
当供电电源断开时，所述控制器1控制所述飞轮21向驱动机构馈电，在此馈电过程中，所述控制器1控制驱动机构减速直至停止转动。
所述制动控制系统的控制部分结构具体如图1所示：所述驱动机构包括驱动电机31和驱动电机驱动器32，优选地，所述驱动电机31为伺服电机，所述驱动电机驱动器32为伺服驱动器；所述储能机构还包括储能电机22和储能电机驱动器23，所述储能电机22既可作为电动机，也可以作为发电机(在正常供电运转时储能电机22作为电动机运转，通过飞轮21的转动，把能量储存在运转动能中；当停电时，储能电机22作为发电机，通过飞轮21的转动，把动能转换成电能，继续带动驱动电机减速转动)，所述储能电机22携带飞轮21进行运转储能，所述储能电机22的驱动器(储能电机驱动器23)与驱动电机驱动器32(下称伺服驱动器)母排连接，在所述供电电源正常供电时，所述飞轮21将电能转化为动能，当所述供电电源断开时，所述飞轮21能够将动能转化为电能。所述储能电机驱动器23与驱动机构的驱动电机驱动器32并联连接，驱动器的并联结构如下：
所述供电电源包括三相市电电源41和电源整流器42，所述三相市电电源41与所述电源整流器42的输入端连接，市电通过市电进线进入到电源整流器42，电源整流器42把市电整流成直流电通过直流母线43给伺服驱动器与储能电机驱动器23供电。所述储能电机驱动器23和驱动电机驱动器32均与所述电源整流器42输出端的直流母线43连接。所有伺服驱动器直流母线进行连接，所述储能电机22在停电时作为发电机应用，通过飞轮的动能进行发电，所述的储能电机22发的电反馈到直流母排上，伺服驱动器通过直流母排的电控制所带的驱动电机31(下称伺服电机)，所述的伺服电机在可控的情况下按预设的减速条件停机，缓解紧急制动过程。
为了实现控制器对储能机构和驱动机构的控制，优选地，所述储能电机驱动器23和驱动电机驱动器32均与所述控制器1的控制总线11连接；所述储能电机驱动器23与储能电机22之间通过电机电源电缆51和编码器反馈电缆52连接，所述驱动电机驱动器32与驱动电机31之间通过电机电源电缆51和编码器反馈电缆52连接，具体地，驱动器上的供电引脚通过电机电源电缆51与驱动电机连接，驱动器上的编码器串口通过编码器反馈电缆52与驱动电机连接，所述伺服电机有编码器反馈，通过控制器控制伺服驱动器实现轴转设备的运行，具体如下：
在正常市电供电时使用市电供电，所述储能电机22在正常市电供电时运转储能，当市电停电时，该控制系统利用飞轮21的动能转化成电能，并通过直流母线把电能持续传递给伺服驱动器，伺服电机通过伺服驱动器在控制器的控制下按照预设的减速条件停机。
本发明采用的技术方案是：储能电机的伺服驱动器与伺服驱动器用直流母线相连接，市电通过电源整流器整流成直流并接到直流母线，直流母线为伺服驱动器供电驱动电机运行。当轴转设备运行时，伺服电机通过控制器控制运行，储能电机也开始带着飞轮运行，把电能转换成动能并一直保持运转。当市电停电后，储能电机通过飞轮把旋转的动能开始转化成电能，储能电机的驱动器把电反馈到直流母线上，通过直流母线供给伺服驱动器上，伺服驱动器在有电的情况下在控制器的控制下按照预设的减速条件进行停机，缓解紧急制动。
正常运行时如图2，市电通过电源整流器42给驱动电机驱动器32与储能电机驱动器23供电，分别驱动伺服电机与储能电机22运转；控制器1控制伺服驱动器驱动伺服电机，同时控制储能电机驱动器23运转储能电机22，带动飞轮21运转，通过飞轮21把电能转换成动能。
断电时如图3，市电断电，飞轮21把旋转动能通过储能电机22转换成电能，通过储能电机驱动器23把电传送到直流母线43上，直流母线43把电继续供到伺服驱动器，保持伺服驱动器的正常用电，控制器1通过控制伺服驱动器来控制伺服电机，使伺服电机在一定的时间内停机，为断电紧急制动提供了缓冲进程。
在本发明的一个实施例中，提供了一种如上所述的轴转设备断电保护制动控制系统的控制方法，包括：
如图2所示(供电方向为三相市电电源41通过电源整流器42向直流母线43供电)，在正常供电情况下，控制器控制驱动机构及储能机构工作，所述储能机构的飞轮处于存储电能状态，在所述驱动机构的驱动下，轴转设备运转；
如图3所示(供电方向为飞轮21通过储能电机22和储能电机驱动器23向直流母线43供电)，当供电电源断开时，控制器向所述飞轮发送馈电指令，根据所述馈电指令，所述飞轮为驱动机构提供电能，飞轮将旋转动能通过储能电机转换成电能，并通过储能电机驱动器将转换后的电能传送至直流母线，在此过程中，所述控制器控制驱动机构(按照预定的减速条件和节奏)减速直至停止。
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、变形和改造等，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轴转设备断电保护制动控制系统，其特征在于，包括供电电源、控制器(1)、轴转设备、驱动机构及储能机构，所述轴转设备的轴件与所述驱动机构的驱动端连接，所述储能机构包括飞轮(21)，所述供电电源用于同时为所述驱动机构和飞轮(21)供电，在所述控制器(1)的控制下，所述驱动机构驱动所述轴件转动；
当供电电源断开时，所述控制器(1)控制所述飞轮(21)向驱动机构馈电，在此馈电过程中，所述控制器(1)控制驱动机构减速直至停止转动。
2.根据权利要求1所述的制动控制系统，其特征在于，所述储能机构还包括储能电机(22)和储能电机驱动器(23)，在所述供电电源正常供电时，所述飞轮(21)将电能转化为动能，当所述供电电源断开时，所述飞轮能够将动能转化为电能；所述驱动机构包括驱动电机(31)和驱动电机驱动器(32)，所述储能电机驱动器(23)与驱动机构的驱动电机驱动器(32)并联连接。
3.根据权利要求2所述的制动控制系统，其特征在于，所述储能电机驱动器(23)和驱动电机驱动器(32)均与所述控制器(1)的控制总线(11)连接。
4.根据权利要求2所述的制动控制系统，其特征在于，所述供电电源包括三相市电电源(41)和电源整流器(42)，所述三相市电电源(41)与所述电源整流器(42)的输入端连接，所述储能电机驱动器(23)和驱动电机驱动器(32)均与所述电源整流器(42)输出端的直流母线(43)连接。
5.根据权利要求2所述的制动控制系统，其特征在于，所述驱动电机(31)为伺服电机，所述驱动电机驱动器(32)为伺服驱动器。
6.根据权利要求2所述的制动控制系统，其特征在于，所述储能电机驱动器(23)与储能电机(22)之间通过电机电源电缆(51)和编码器反馈电缆(52)连接，所述驱动电机驱动器(32)与驱动电机(31)之间通过电机电源电缆(51)和编码器反馈电缆(52)连接。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的制动控制系统，其特征在于，所述轴转设备的数量为一个，所述轴转设备的轴件为一根。
8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的轴转设备断电保护制动控制系统的控制方法，其特征在于，包括：
在正常供电情况下，控制器控制驱动机构及储能机构工作，所述储能机构的飞轮处于存储电能状态，在所述驱动机构的驱动下，轴转设备运转；
当供电电源断开时，控制器向所述飞轮发送馈电指令，根据所述馈电指令，所述飞轮为驱动机构提供电能，在此过程中，所述控制器控制驱动机构减速直至停止。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，基于如权利要求4所述的轴转设备断电保护制动控制系统，当供电电源断开时，飞轮将旋转动能通过储能电机转换成电能，并通过储能电机驱动器将转换后的电能传送至直流母线。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在所述飞轮为驱动机构提供电能的过程中，所述控制器控制驱动机构以预设的减速条件减速运动。
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