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Abstract

本发明属于直流风机技术领域，具体一种风机控制系统。本系统至少包括彼此电连接的风机状态诊断电路、状态指示电路以及故障输出电路，风机状态诊断电路的信号输入端连接直流风机接口的转速反馈端口，从而用于接收直流风机输出的转速反馈信号，并将该转速反馈信号转换为风机状态诊断信号；状态指示电路的信号输入端连接风机状态诊断电路的信号输出端；故障输出电路的信号输入端连接风机状态诊断电路的信号输出端。本发明可实现对风机的状态指示和故障告警功能，且其实现成本低，工作稳定可靠，可有效确保风机的实际使用寿命。

Description

一种风机控制系统
技术领域
本发明属于直流风机技术领域，具体一种风机控制系统。
背景技术
现代工业设备中，风机是一种典型的旋转机械设备；机柜式电子设备系统中就常采用直流风机进行风冷散热。直流风机在长期高速运行时，伴随磨损、变形、松动、材料疲劳等原因，发生振动故障的概率大为增加；又由于该类直流风机无转速控制、状态指示和故障告警功能，风机转速无法自行控制，而一旦出现故障又往往难以及时发现，容易造成风机使用寿命锐减，并进而影响到整组设备的工作稳定性和可靠性。从保障生产安全的要求出发，非常需要对机柜式电子设备系统中的直流风机运行进行转速上的严密监视，并能在直流电机产生故障现象时可迅速执行自我诊断乃至报警操作，以便提醒管理者及时的开展针对性维修，这是目前直流风机转速检测和故障诊断研究的研究热点之一。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种风机控制系统；本发明可实现对风机的状态指示和故障告警功能，且其实现成本低，工作稳定可靠，可有效确保风机的实际使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种风机控制系统，其特征在于：本系统至少包括彼此电连接的风机状态诊断电路、状态指示电路以及故障输出电路，其中：
风机状态诊断电路的信号输入端连接直流风机接口的转速反馈端口，从而用于接收直流风机输出的转速反馈信号，并将该转速反馈信号转换为风机状态诊断信号；
状态指示电路的信号输入端连接风机状态诊断电路的信号输出端，从而将上述风机状态诊断信号处理转换为驱动信号，以便控制LED灯来指示风机的工作状态；
故障输出电路的信号输入端连接风机状态诊断电路的信号输出端，从而在接收风机状态诊断电路发出的所述风机状态诊断信号后，判断是否发出故障报警信号至外部监控系统；
所述风机状态诊断电路包括一块六通道非门芯片与一块四通道二输入与非门芯片；直流风机接口的转速反馈端口发出的转速反馈信号经由六通道非门芯片的1脚接入并由该芯片2脚接出，由六通道非门芯片的2脚延伸出第一分支电路和第二分支电路；第一分支电路由六通道非门芯片的2脚连接第一二极管V1的正极并由负极接出，再经由第五电阻R5而接入四通道二输入与非门芯片的1脚；第一分支电路还包括第一旁支电路，第一旁支电路由第五电容C5和第七电阻R7串联构成，且第一旁支电路的两端固定于第五电阻R5与四通道二输入与非门芯片的1脚之间的一段连接电路上，第五电容C5和第七电阻R7之间的一段连接电路则通过地线接地；第二分支电路由六通道非门芯片的2脚连接该芯片的3脚并由该芯片4脚接出，之后经由第二二极管V2的正极接入而负极接出，再经由第六电阻R6而接入四通道二输入与非门芯片的2脚；第二分支电路还包括第二旁支电路，第二旁支电路由第六电容C6和第八电阻R8串联构成，且第二旁支电路的两端固定于第六电阻R6与四通道二输入与非门芯片的2脚之间的一段连接电路上，第六电容C6和第八电阻R8之间的一段连接电路则通过地线接地；所述四通道二输入与非门芯片的3脚连接状态指示电路和故障输出电路的信号输入端。
优选的，所述六通道非门芯片型号为SN74HC04D；四通道二输入与非门芯片型号为SN74HC00D。
优选的，本系统还包括用于产生指定占空比的脉宽调制信号以便驱动直流风机以指定转速工作的波形产生电路，所述波形产生电路的信号输出端连接直流风机接口的转速调节端口；所述波形产生电路包括高精度时钟芯片；调速开关的1脚经由第三电阻R3而连接高精度时钟芯片的7脚；调速开关的2脚在直连高精度时钟芯片的2脚和6脚的同时通过第一电容C1接地；调速开关的2脚通过第二电阻R2而连接高精度时钟芯片的7脚；高精度时钟芯片的7脚则通过第一电阻R1而连接高精度时钟芯片的4脚；高精度时钟芯片的4脚与自身的8脚连接后接VCC电源，同时高精度时钟芯片的4脚还通过第二电容C2接地；高精度时钟芯片的1脚在直接接地的同时又通过第三电容C3连接高精度时钟芯片的5脚；高精度时钟芯片的3脚构成脉宽调制信号的信号输出口。
优选的，所述高精度时钟芯片型号为NA555D。
优选的，所述状态指示电路包括LED灯和用于控制LED灯启闭的LED驱动芯片，LED驱动芯片在接收风机状态诊断电路发出的风机状态诊断信号后，将风机状态诊断信号转换为驱动信号，从而控制LED灯作启闭动作。
优选的，所述LED驱动芯片型号为SN74HC244NSR。
优选的，所述LED灯为五组，包括一组电源状态指示灯和四组风机状态指示灯。
优选的，所述故障输出电路先将所述风机状态诊断电路产生的状态诊断信号进行逻辑或运算，再将运算结果取反，输出一路故障报警信号，并将路故障报警信号输出至外部监控系统。
优选的，各个二极管的型号均为IN4148。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明通过在现有直流风机接口处接驳风机状态诊断电路，从而用于接收直流风机输出的转速反馈信号，并将该转速反馈信号转换为风机状态诊断信号，随之实现对状态指示电路以及故障输出电路的信号输入功能。通过以一块六通道非门芯片与一块四通道二输入与非门芯片的协调配合，可实现对处理风机运转时所发出的转速反馈信号的高效处理，并能迅速指示风机的工作状态，同时一旦产生故障告警信号会自动上报故障，故障能及时的发现排除，检查维护起来也极其便捷，显然有利于确保整组设备的工作稳定性。本发明实现成本低，工作稳定可靠，可有效确保风机的实际使用寿命。
2)、在本发明具备上述状态指示及故障上报功能的基础上，本发明还具备了对风机转速的在线控制功能。通过高精度时钟芯片的设置，使之可产生具有指定占空比的脉宽调制波形。通过改变脉宽调制波形的占空比，则可实现对风机的转速的控制目的。由于风机转速能实现在线调整，显然能够提高风机单元的使用寿命和系统的可靠性，其节能降耗而工作稳定可靠。
3)、电源状态指示灯的功能是指示电源的工作状态，风机状态指示灯的功能是指示风机的工作状态。本发明中，系统包含四个风机，对应有四组直流风机接口，四组直流风机接口中的每一组均有四个端口，四个端口包括电源输入端口也即VDC端口、转速反馈端口也即FG端口、转速调节端口也即PWM端口，以及电源接地端口也即GND端口。而对于故障输出电路而言，其即为现有的常规报警电路，此处就不再多作赘述。
4)、通过对波形产生电路、风机状态诊断电路、状态指示电路以及故障输出电路内各芯片的择优选取，使得各芯片在处理信号速度快的同时，价格更为低廉，性价比更高。这不仅降低了本发明的实现成本，同时所选芯片之间相容性高，彼此配合更为稳定，实现了本发明的最优设计。
附图说明
图1为本发明的电路组成结构框图；
图2为波形产生电路原理图；
图3为直流风机接口示意图；
图4为风机状态诊断电路原理图。
本发明中各标号与部件名称对应关系如下：
10-波形产生电路 20-直流风机接口
30-风机状态诊断电路 40-状态指示电路
50-故障输出电路
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1-4，对本发明的具体流程及工作方式作以下进一步描述：
本发明的具体实施方式参照图1-4所示，其包括波形产生电路10、直流风机接口20、风机状态诊断电路30、状态指示电路40和故障输出电路50。所述波形产生电路10的信号输出端连接所述直流风机接口20的信号输入端，所述风机状态诊断电路30的信号输入端连接所述直流风机接口20的信号输出端，所述风机状态诊断电路30的信号输出端分别连接所述状态指示电路40和所述故障输出电路50的信号输入端。
所述波形产生电路10采用了美国TI公司的高精度时钟芯片NA555D，以使得波形产生电路10可产生频率和占空比一定的脉宽调制波形，也即PWM波形，输出至所述直流风机接口20的转速调节接口，用于调节直流风机的转速。如图2所示，所述波形产生电路10产生的PWM波形的频率和占空比由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1共同决定。而通过调速开关的闭合与断开，可产生两种不同占空比的PWM波形，使直流风机处于正常和快速两个转速档位上，从而实现直流风机的转速调节。
如图3所示的，所述直流风机接口20的端口数量为四个，四个端口包括电源输入端口也即VDC端口、转速反馈端口也即FG端口、转速调节端口也即PWM端口，以及电源接地端口也即GND端口。其中，转速调节端口是输入口，风机的转速由输入的PWM波形的占空比决定，占空比越大，风机转速越快。转速反馈端口是输出口，输出的波形是占空比为50％的方波，频率则由风机的转速决定，转速越快，频率值越大。
风机状态诊断电路30所采用的芯片为美国TI公司生产的SN74HC00D芯片和SN74HC04D芯片。其中，SN74HC00D芯片为四通道二输入与非门芯片，SN74HC04D芯片为六通道非门芯片。
为便于进一步理解本发明，如图4所示，所述风机状态诊断电路30的工作原理为：
1)、直流风机正常工作时，输出的转速反馈信号为50％占空比的方波。在此方波的一个周期内，当方波信号为低电平时，逻辑电平为“0”，经过图4的SN74HC04D芯片的U1A取反后转换为逻辑电平“1”，再经过第一二极管V1和第五电阻R5到达SN74HC00D芯片的U2A的输入端“A”，使得“A”的逻辑电平为“1”，同时此电平也会为第五电容C5充电。另一路，上述逻辑电平“0”经过SN74HC04D芯片的U1A、U1B两次取反后仍为“0”，由于第二二极管V2的单向导通特性，此电平在第二二极管V2处截止，而此时已在前一周期充满电的第六电容C6可通过第八电阻R8放电，放电持续时间内所输出的高电平，可使得U2A的输入端“B”也为逻辑电平“1”，故U2A的逻辑输出为“0”，即此风机的状态诊断信号为逻辑电平“0”，状态指示电路的LED灯不亮。
同理可推导出，当方波信号为高电平时，此风机的状态诊断信号仍为逻辑电平“0”，状态指示电路的LED灯仍不亮。
2)、直流风机停止工作时，输出的转速反馈信号可能处于方波信号的低电平处，即此时转速反馈信号一直为逻辑电平“0”。根据上述分析可知，U2A的输入端“A”的逻辑电平为“1”。另一路，第六电容C6通过第八电阻R8放电，由于转速反馈信号不再变化，放电持续时间结束后，U2A的输入端“B”的逻辑电平为“0”，因此，U2A的逻辑输出为“1”，即此风机的状态诊断信号为逻辑电平“1”，状态指示电路的LED灯亮起。
同理可推导出，当FG处于方波信号的高电平时，此风机的状态诊断信号仍为逻辑电平“1”，状态指示电路的LED灯亮起。
具体的，各个二极管的型号为IN4148。
综上所述，当风机全部正常工作时，状态指示电路的LED灯不亮；当有风机出现故障停止工作时，状态指示电路的LED灯亮起。
所述状态指示电路40所用芯片为美国TI公司生产的八通道线驱动器SN74HC244NSR，可将所述风机状态诊断电路30输出的风机状态诊断信号转换为驱动信号，用于驱动指示风机状态的四组LED灯。
所述故障输出电路50采用芯片包括美国TI公司生产的两通道四输入或门芯片CD4072BM和六通道非门芯片SN74HC04D，可先将所述风机状态诊断电路30产生的四路状态诊断信号进行逻辑或运算，再将运算结果取反，输出一路故障报警信号也即BIT。当风机全部正常工作时，四路状态诊断信号均为逻辑电平“0”，则或运算结果为“0”，故BIT输出电平为“1”；当其中一个或多个风机出现故障时，该风机状态诊断信号即为“1”，则或运算结果为“1”，故BIT输出电平为“0”。此故障报警信号可上报至外部监控系统，以便管理者随时监控。

Claims (9)

1.一种风机控制系统，其特征在于：本系统至少包括彼此电连接的风机状态诊断电路(20)、状态指示电路(30)以及故障输出电路(40)，其中：
风机状态诊断电路(20)的信号输入端连接直流风机接口的转速反馈端口，从而用于接收直流风机输出的转速反馈信号，并将该转速反馈信号转换为风机状态诊断信号；
状态指示电路(30)的信号输入端连接风机状态诊断电路(20)的信号输出端，从而将上述风机状态诊断信号处理转换为驱动信号，以便控制LED灯来指示风机的工作状态；
故障输出电路(40)的信号输入端连接风机状态诊断电路(20)的信号输出端，从而在接收风机状态诊断电路(20)发出的所述风机状态诊断信号后，判断是否发出故障报警信号至外部监控系统；
所述风机状态诊断电路(20)包括一块六通道非门芯片与一块四通道二输入与非门芯片；直流风机接口的转速反馈端口发出的转速反馈信号经由六通道非门芯片的1脚接入并由该芯片2脚接出，由六通道非门芯片的2脚延伸出第一分支电路和第二分支电路；第一分支电路由六通道非门芯片的2脚连接第一二极管V1的正极并由负极接出，再经由第五电阻R5而接入四通道二输入与非门芯片的1脚；第一分支电路还包括第一旁支电路，第一旁支电路由第五电容C5和第七电阻R7串联构成，且第一旁支电路的两端固定于第五电阻R5与四通道二输入与非门芯片的1脚之间的一段连接电路上，第五电容C5和第七电阻R7之间的一段连接电路则通过地线接地；第二分支电路由六通道非门芯片的2脚连接该芯片的3脚并由该芯片4脚接出，之后经由第二二极管V2的正极接入而负极接出，再经由第六电阻R6而接入四通道二输入与非门芯片的2脚；第二分支电路还包括第二旁支电路，第二旁支电路由第六电容C6和第八电阻R8串联构成，且第二旁支电路的两端固定于第六电阻R6与四通道二输入与非门芯片的2脚之间的一段连接电路上，第六电容C6和第八电阻R8之间的一段连接电路则通过地线接地；所述四通道二输入与非门芯片的3脚连接状态指示电路(30)和故障输出电路(40)的信号输入端。
2.根据权利要求1所述的一种风机控制系统，其特征在于：所述六通道非门芯片型号为SN74HC04D；四通道二输入与非门芯片型号为SN74HC00D。
3.根据权利要求1或2所述的一种风机控制系统，其特征在于：本系统还包括用于产生指定占空比的脉宽调制信号以便驱动直流风机以指定转速工作的波形产生电路(10)，所述波形产生电路(10)的信号输出端连接直流风机接口的转速调节端口；所述波形产生电路(10)包括高精度时钟芯片；调速开关的1脚经由第三电阻R3而连接高精度时钟芯片的7脚；调速开关的2脚在直连高精度时钟芯片的2脚和6脚的同时通过第一电容C1接地；调速开关的2脚通过第二电阻R2而连接高精度时钟芯片的7脚；高精度时钟芯片的7脚则通过第一电阻R1而连接高精度时钟芯片的4脚；高精度时钟芯片的4脚与自身的8脚连接后接VCC电源，同时高精度时钟芯片的4脚还通过第二电容C2接地；高精度时钟芯片的1脚在直接接地的同时又通过第三电容C3连接高精度时钟芯片的5脚；高精度时钟芯片的3脚构成脉宽调制信号的信号输出口。
4.根据权利要求3所述的一种风机控制系统，其特征在于：所述高精度时钟芯片型号为NA555D。
5.根据权利要求1或2所述的一种风机控制系统，其特征在于：所述状态指示电路(30)包括LED灯和用于控制LED灯启闭的LED驱动芯片，LED驱动芯片在接收风机状态诊断电路(20)发出的风机状态诊断信号后，将风机状态诊断信号转换为驱动信号，从而控制LED灯作启闭动作。
6.根据权利要求5所述的一种风机控制系统，其特征在于：所述LED驱动芯片型号为SN74HC244NSR。
7.根据权利要求5所述的一种风机控制系统，其特征在于：所述LED灯为五组，包括一组电源状态指示灯和四组风机状态指示灯。
8.根据权利要求1或2所述的一种风机控制系统，其特征在于：所述故障输出电路(40)先将所述风机状态诊断电路(20)产生的状态诊断信号进行逻辑或运算，再将运算结果取反，输出一路故障报警信号，并将路故障报警信号输出至外部监控系统。
9.根据权利要求1或2所述的一种风机控制系统，其特征在于：各个二极管的型号均为IN4148。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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