CN110544828B - 特种设备天线转台双电机控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特种设备天线转台双电机控制系统，主要包括中央处理单元、与中央处理单元相互连接的人机交互界面、光纤传输单元、第一电机系统、第二电机系统；所述第一电机系统与第二电机系统均由依次连接的一体化伺服电机、减速器、电磁离合器、小齿轮组成，两个小齿轮带动转台大齿轮和天线大盘旋转，完成天线方位转动。还公开了该系统的双电机控制方法。本发明采用单中央处理单元控制双电机，两个一体化伺服电机每12个小时依次交替工作，大大延长了一体化伺服电机的寿命，减少了工作人员的维修频率，进而提高了系统的可靠性，实现了电机的在线切换，有力保障了特种设备天线的24小时连续工作。

Description

特种设备天线转台双电机控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及特种设备技术领域，特别是涉及一种特种设备天线转台双电机控制系统及其方法。

背景技术

天线转台是机械扫描式特种设备必不可少的重要部件。它的主要功能是承载特种设备天线做所需的机械扫描动作；同时，天线转台还作为天线的承载基础，承受天线的自重和天线传递下来的其它载荷。

随着特种设备执行任务的增多，24小时开机工作已成为趋势，尤其是在西藏的一些地区，平均海拔5600米以上，工作人员需要携带氧气才能正常作业，为了减少人员上山工作的频率，对特种设备的可靠性提出了更高要求。

传统的双机热备冗余系统中，两套设备都处于热机状态，一套出现故障，另一套设备立即接管所有任务，但投入成本大，两套设备都是在一直工作，降低了元器件的寿命，相互独立的配置之间也会相互影响；其次采用心跳检测和关键数据呈镜像机制，会使两个CPU的切换时间太长，且在复杂的电磁环境干扰下，两个CPU之间的通讯还会失败，增加了维护的困难，还会造成设备的停转，带来严重后果，可靠性相对理论计算会大幅度下降。另外，传统的双机热备冗余系统采用的是超越离合器，当自然环境有大风出现，天线转速超过电机转速时，超越离合器就会脱开，这时天线将不受电机控制，无法完成天线定位功能。同时，传统采用脉冲、模拟量、数字量来控制天线旋转，硬件设备连接复杂，抗干扰性、实时性差。

因此亟需提供一种新型的特种设备天线转台双电机控制系统及其方法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种特种设备天线转台双电机控制系统及其方法，能够提高系统的可靠性，实现电机的在线切换，有力保障了特种设备天线的24小时连续工作。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种特种设备天线转台双电机控制系统，主要包括中央处理单元、与中央处理单元相互连接的人机交互界面、光纤传输单元、第一电机系统、第二电机系统；

所述第一电机系统与第二电机系统均由依次连接的一体化伺服电机、减速器、电磁离合器、小齿轮组成，两个小齿轮带动转台大齿轮和天线大盘旋转，完成天线方位转动。

在本发明一个较佳实施例中，所述第一电机系统与第二电机系统的一体化伺服电机均通过EtherCAT与中央处理单元相互通信。

在本发明一个较佳实施例中，所述光纤传输单元包括第一光纤转换器、第二光纤转换器，第一光纤转换器的输入端通过网线与中央处理单元相互连接，第一光纤转换器的输出端通过光纤与第二光纤转换器的输入端相互连接，第二光纤转换器的输出端与远程终端相互连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述人机交互界面设置有天线转速设定按钮、第一一体化伺服电机工作按钮、第二一体化伺服电机工作按钮、遥/本控制按钮、警铃按钮、停止按钮、一体化伺服电机运行参数显示区。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种基于所述特种设备天线转台双电机控制系统的控制方法，包括双电机遥控方法和双电机本控方法：

(1)双电机遥控方法，包括以下步骤：

S101：系统初始化，确定第一电机系统与第二电机系统的工作顺序；

S102：假设第一电机系统先工作，给第一电磁离合器通电，第二电磁离合器不通电，保证第一电磁离合器与第二电磁离合器有且仅有一个电磁离合器是通电状态；

S103：当第一一体化伺服电机工作12个小时或出现故障时，系统首先会让第一电磁离合器失电脱开，然后让第二电磁离合器得电吸合，使得第二一体化伺服电机开始工作，第一一体化伺服电机休息或者在线更换；

S104：当第二一体化伺服电机工作12个小时或出现故障时，重复步骤S102和S103；

(2)双电机本控方法，包括以下步骤：

S201：系统初始化，自由选择第一电机系统或第二电机系统工作，保证有且仅有一套电机系统在工作；

S202：选择第一电机系统工作时，第一电磁离合器通电吸合，第二电磁离合器失电脱开，使得第一一体化伺服电机工作，第二一体化伺服电机休息；选择第二电机系统工作时同理；

S203：判断是否停止双电机控制系统，若停止，则停止第一一体化伺服电机和第二一体化伺服电机，使得第一电磁离合器和第二电磁离合器失电脱开。

本发明的有益效果是：

(1)本发明与传统的双机热备冗余系统相比，双电机控制没有主备之分，也不需要电机有故障时才切换；采用单中央处理单元控制双电机，两个一体化伺服电机每12个小时依次交替工作，大大延长了一体化伺服电机的寿命，减少了工作人员的维修频率，进而提高了系统的可靠性，实现了电机的在线切换，有力保障了特种设备天线的24小时连续工作；

(2)本发明提供了一种转台电机结构形式，采用的是电磁离合器，不仅可以实现两个电机的在线切换，而且还能实现天线定位停功能；同时采用一体化伺服电机驱动，驱动器和电机一体，抗干扰性好，结构紧凑，易于安装，减少了一个放伺服驱动器的机箱，为特种设备节约了空间；

(3)本发明利用EtherCAT网络协议实现中央处理单元的电机控制，简化了系统连线，抗干扰性好、实时性强，全双工通信，抛弃了传统系统利用脉冲、模拟量、数字量控制天线旋转的模式；

(4)本发明使用了友好的人机交互界面，采用遥/本控切换，使操作简单，天线运行状态一目了然；同时可以在远程终端对天线进行操作，只需一根网线通过光纤就能远距离与终端通信。

附图说明

图1是本发明特种设备天线转台双电机控制系统一较佳实施例的结构框图；

图2是所述人机交互界面的结构示意图；

图3是所述双电机遥控方法的流程示意图；

图4是所述双电机本控方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种特种设备天线转台双电机控制系统，主要包括中央处理单元、与中央处理单元相互连接的人机交互界面、光纤传输单元、第一电机系统、第二电机系统。所述第一电机系统与第二电机系统均由依次连接的一体化伺服电机、减速器、电磁离合器、小齿轮组成，两个小齿轮带动转台大齿轮和天线大盘旋转，完成天线方位转动。

优选的，所述第一电机系统与第二电机系统的一体化伺服电机均通过EtherCAT与中央处理单元相互通信。利用EtherCAT网络协议实现中央处理单元的电机控制，简化了系统连线，抗干扰性好、实时性强，全双工通信，抛弃了传统系统利用脉冲、模拟量、数字量控制天线旋转的模式。

结合图2，为了使操作者更好地操控天线，方便操控者实时了解设备运行状况，所述人机交互界面设置有天线转速设定按钮、第一一体化伺服电机工作按钮、第二一体化伺服电机工作按钮、遥/本控制按钮、警铃按钮、停止按钮、一体化伺服电机运行参数显示区。在一体化伺服电机运行参数显示区，包括第一一体化伺服电机(图中显示为电机A)运行状态灯、故障灯及电流显示屏，还包括第二一体化伺服电机(图中显示为电机B)运行状态灯、故障灯及电流显示屏。通过设计友好的人机交互界面，即插即用，操作者只需用一根网线将触摸屏和中央处理器网口相连，就能控制天线动作。操作者只需在转速设定方框中输入需要的转速即可，同时提供了遥/本控切换功能、选择一体化电机工作功能、定位设定功能、停止功能等，还能实时了解电机运行状态，给操作者提供了良好的使用界面。

所述光纤传输单元包括第一光纤转换器、第二光纤转换器，第一光纤转换器的输入端通过网线与中央处理单元相互连接，第一光纤转换器的输出端通过光纤与第二光纤转换器的输入端相互连接，第二光纤转换器的输出端与远程终端相互连接。当需要使用遥控模式时，首先在人机交互界面切换到遥控模式，经过第一光纤转换器将网络信号转换为光信号，通过一根光纤实现远距离传输，再经过第二光纤转换器将光信号转换为终端可以采集的网络信号，实现了远程终端与特种设备的相互通信。当特种设备天线在海拔较高的山上执行任务时，在有利位置就可以对天线进行人工操作。

使用时，通过在人机界面天线转速设定中输入需要设定的转速或者切换至遥控在远程终端也可以设定转速，中央处理单元接受到转速指令后，通过EtherCAT(网线)通信协议快速的控制一体化电机工作，由于EtherCAT(网线)通信协议是全双工通信，一体化电机接受到中央处理单元发来的指令，同时反馈电机相关信息给中央处理单元。一体化电机按照指令动作，经减速器减速，通过电磁离合器与小齿轮连接，驱动小齿轮带动转台大齿轮和天线大盘旋转，完成天线方位转动要求。

基于所述特种设备天线转台双电机控制系统，还提供了一种双电机控制方法，包括双电机遥控方法和双电机本控方法，控制软件由CodeSys编程软件编写，采用ST语言编写，编程简单，使用方便。下面分别具体描述双电机遥/本控制方法，为简化附图，图中第一均用A表示，第二均用B表示：

(1)该系统在遥控模式下，采用双电机遥控方法，结合图3，包括以下步骤：

S101：系统初始化，确定第一电机系统与第二电机系统的工作顺序；

S102：假设第一电机系统先工作，本实施例中，系统默认第一电机系统先工作，给第一电磁离合器通24V直流电压，第一电磁离合器吸合，第二电磁离合器不通电，第二电磁离合器脱开，必须保证第一电磁离合器与第二电磁离合器是互斥关系，有且仅有一个电磁离合器是通电状态，第一一体化伺服电机开始工作，第二一体化电机休息；

S103：当第一一体化伺服电机工作12个小时或出现故障时，系统首先会让第一电磁离合器失电脱开，然后让第二电磁离合器得电吸合，使得第二一体化伺服电机开始工作，第一一体化伺服电机休息或者在线更换；

S104：当第二一体化伺服电机工作12个小时或出现故障时，重复步骤S102和S103。

(2)该系统在本控模式下，采用双电机本控方法，结合图4，包括以下步骤：

S201：系统初始化，自由选择第一电机系统或第二电机系统工作，系统软件中设有保护，保证有且仅有一套电机系统在工作；

S202：选择第一电机系统工作时，第一电磁离合器通电吸合，第二电磁离合器失电脱开，使得第一一体化伺服电机工作，第二一体化伺服电机休息；选择第二电机系统工作时同理；

S203：判断是否停止双电机控制系统，若停止，则停止第一一体化伺服电机和第二一体化伺服电机，使得第一电磁离合器和第二电磁离合器失电脱开。

为满足特种设备天线24小时执行任务的要求，提高特种设备天线转台的可靠性、实时性，该系统采取双一体化伺服电机驱动形式，天线底座上安装有两套驱动装置，没有主备之分，也不需要电机有故障时才切换。由于电机和驱动器的寿命远低于CPU和其它结构件的寿命，本发明采用单中央处理单元控制双电机，只需要一个CPU，两个一体化伺服电机12小时轮流切换，也就是一体化伺服电机每工作12个小时，休息12个小时，2个依次交替，大大延长了一体化伺服电机的寿命，减少了工作人员的维修频率，有效地保证了特种设备天线24小时连续正常工作。另外，本发明提供了一种转台电机结构形式，采用的是电磁离合器，不仅可以实现两个电机的在线切换，而且还能实现天线定位停功能；同时采用一体化伺服电机驱动，驱动器和电机一体，抗干扰性好，结构紧凑，易于安装，减少了一个放伺服驱动器的机箱，为特种设备节约了空间。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种特种设备天线转台双电机控制系统，其特征在于，主要包括中央处理单元、与中央处理单元相互连接的人机交互界面、光纤传输单元、第一电机系统、第二电机系统；

所述第一电机系统与第二电机系统均由依次连接的一体化伺服电机、减速器、电磁离合器、小齿轮组成，两个小齿轮带动转台大齿轮旋转，转台大齿轮再带动天线大盘旋转，完成天线方位转动；

所述第一电机系统与第二电机系统的工作方式包括双电机遥控方法和双电机本控方法：

（1）双电机遥控方法，包括以下步骤：

S101：系统初始化，确定第一电机系统与第二电机系统的工作顺序；

S102：假设第一电机系统先工作，给第一电磁离合器通电，第二电磁离合器不通电，保证第一电磁离合器与第二电磁离合器有且仅有一个电磁离合器是通电状态；

S103：当第一一体化伺服电机工作12个小时或出现故障时，系统首先会让第一电磁离合器失电脱开，然后让第二电磁离合器得电吸合，使得第二一体化伺服电机开始工作，第一一体化伺服电机休息或者在线更换；

S104：当第二一体化伺服电机工作12个小时或出现故障时，重复步骤S102和S103；

（2）双电机本控方法，包括以下步骤：

S201：系统初始化，自由选择第一电机系统或第二电机系统工作，保证有且仅有一套电机系统在工作；

S202：选择第一电机系统工作时，第一电磁离合器通电吸合，第二电磁离合器失电脱开，使得第一一体化伺服电机工作，第二一体化伺服电机休息；选择第二电机系统工作时同理；

S203：判断是否停止双电机控制系统，若停止，则停止第一一体化伺服电机和第二一体化伺服电机，使得第一电磁离合器和第二电磁离合器失电脱开。

2.根据权利要求1所述的特种设备天线转台双电机控制系统，其特征在于，所述第一电机系统与第二电机系统的一体化伺服电机均通过EtherCAT与中央处理单元相互通信。

3.根据权利要求1所述的特种设备天线转台双电机控制系统，其特征在于，所述光纤传输单元包括第一光纤转换器、第二光纤转换器，第一光纤转换器的输入端通过网线与中央处理单元相互连接，第一光纤转换器的输出端通过光纤与第二光纤转换器的输入端相互连接，第二光纤转换器的输出端与远程终端相互连接。

4.根据权利要求1所述的特种设备天线转台双电机控制系统，其特征在于，所述人机交互界面设置有天线转速设定按钮、第一一体化伺服电机工作按钮、第二一体化伺服电机工作按钮、遥/本控制按钮、警铃按钮、停止按钮、一体化伺服电机运行参数显示区。

5.基于权利要求1所述特种设备天线转台双电机控制系统的控制方法，其特征在于，包括双电机遥控方法和双电机本控方法：

（1）双电机遥控方法，包括以下步骤：

S101：系统初始化，确定第一电机系统与第二电机系统的工作顺序；

S102：假设第一电机系统先工作，给第一电磁离合器通电，第二电磁离合器不通电，保证第一电磁离合器与第二电磁离合器有且仅有一个电磁离合器是通电状态；

S103：当第一一体化伺服电机工作12个小时或出现故障时，系统首先会让第一电磁离合器失电脱开，然后让第二电磁离合器得电吸合，使得第二一体化伺服电机开始工作，第一一体化伺服电机休息或者在线更换；

S104：当第二一体化伺服电机工作12个小时或出现故障时，重复步骤S102和S103；

（2）双电机本控方法，包括以下步骤：

S201：系统初始化，自由选择第一电机系统或第二电机系统工作，保证有且仅有一套电机系统在工作；

S202：选择第一电机系统工作时，第一电磁离合器通电吸合，第二电磁离合器失电脱开，使得第一一体化伺服电机工作，第二一体化伺服电机休息；选择第二电机系统工作时同理；

S203：判断是否停止双电机控制系统，若停止，则停止第一一体化伺服电机和第二一体化伺服电机，使得第一电磁离合器和第二电磁离合器失电脱开。

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