CN110874080A - 一种水力测功器的综合控制器、控制系统及报警方法 - Google Patents

一种水力测功器的综合控制器、控制系统及报警方法 Download PDF

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Abstract

一种水力测功器的综合控制器、控制系统及报警方法，旨在于根据水力测功器的实际情况设计与之相配的综合控制器，其中每张板卡通道数量及板卡数量可根据使用需求进行配置。该控制器的控制柜体内设控制采集板卡及分别与其相连的供电电源模块、输入板卡、输出板卡和通讯板卡，控制柜体外设与控制采集板卡相连的工控机和声光报警器。该控制系统包括阀位控制单元、定转速控制单元、定扭矩控制单元、N3控制单元及故障报警功能单元。该报警方法包括检测报警项目，判断报警类别；根据报警类别确定动作档位。本发明其基于工控机结构形式，内装基于VB语言的人机交互界面，能进行人机交互、历史数据查询、打印等诸多功能，使用方便，功能多样灵活。

Description

一种水力测功器的综合控制器、控制系统及报警方法
技术领域
本发明属于水力测功器控制领域，具体涉及一种水力测功器的综合控制器、控制系统及报警方法。
背景技术
水力测功器因其单位转动惯量的扭矩吸收能力强，长期以来广泛应用于大功率发动机试验测试领域。水力测功器综合控制器包括硬件与软件两部分。需完成传感器信号采集，进排水阀控制，数据记录、存储、查询、分析，系统自检、报警、保护、数据通讯、打印等功能。
目前国内外水力测功器控制器均为定型产品，随水力测功器一同供货，不具备定制功能。而对于水力测功器使用环境而言，大部分应用于试验场合，出于试验人员操作习惯、试验现场控制盘台外形统一性、通讯形式统一性、系统外加测量点、数据查询分析需求等情况考虑，根据用户要求定制的水力测功器综合控制器能够更好的满足客户使用需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种水力测功器的综合控制器、控制系统及报警方法，旨在于根据水力测功器的实际情况设计与之相配的综合控制器，其中每张板卡通道数量及板卡数量可根据使用需求进行配置。本发明基于工控机结构形式，内装基于VB语言的人机交互界面，能进行人机交互、历史数据查询、打印等诸多功能，使用方便，功能多样灵活。
本发明的水力测功器的综合控制器，采用的技术方案在于，包括控制柜体，所述控制柜体内设有控制采集板卡及分别与控制采集板卡相连的供电电源模块、硬件保护控制卡、数字量输入板卡、数字量输出板卡、模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、操作旋钮、急停按钮和通讯板卡，通讯板卡，所述模拟量输入板和模拟量输入板卡分别通过接线端子与被控水力测功器连接通讯，所述数字量输出板卡通过硬件保护输出状态继电器连接接线端子，所述数字量输入板卡通过硬件保护输入继电器连接接线端子，所述控制柜体外设有与控制采集板卡相连的工控机和声光报警器。
优选地，还包括与控制采集板卡相连的信息输入设备。
优选地，所述信息输入设备包括鼠标和键盘。
优选地，所述控制柜体内设有安装控制采集板卡的控制采集板卡卡槽。
本发明的水力测功器综合控制系统，采用的技术方案在于，包括阀位控制单元、定转速控制单元、定扭矩控制单元、N3控制单元及故障报警功能单元。
所述阀位控制单元用于保证水力测功器的转速恒定；
所述定转速控制单元用于保证水力测功器的转速恒定；
所述定扭矩控制单元用于保证水力测功器的扭矩恒定；
所述N3控制单元用于使水力测功器的转速与功率按照规定的曲线运行；
所述故障报警功能单元用于在报警参数超过设定值时，均能给予声光警示。
优选地，还包括突卸控制模式，所述突卸控制模式用于在原动机有试验需求时使用。
本发明的水力测功器综合控制系统用报警方法，采用的技术方案在于，包括以下步骤：
步骤a、检测报警项目，判断报警类别；
步骤b、根据报警类别确定动作档位。
优选地，步骤a中，报警类别分为一类报警，二类报警和三类报警。
优选地，步骤b中，若为一类报警，则切换为无自动动作模式；若为二类报警，则切换为软件设置自动动作模式；若为三类报警，则切换为直接触发硬件动作模式。
本发明的有益效果是：为能够达到根据水力测功器的实际需求进行定制的目的，本综合控制器采用工控机、通讯总线、控制采集板卡、供电电源模块、继电器的构架方式，该构架结构紧凑，空间占用率小，能够满足使用方对综合控制器外形尺寸限制的要求，既能够将该综合控制器安装于标准尺寸机柜内，也可安装于用户定制的特殊盘台柜中；该水力测功器综合控制器的每张板卡通道数量及板卡数量可根据使用需求进行选择配置。软件在CADET平台上利用VB语言编程，编程简单，灵活。
与现有技术相比，本发明的优势为：
1.本发明提出了一种水力测功器综合控制器构架方式，该构架方式能够有效的减小综合控制器外形尺寸、满足客户对操作盘、台、柜的外形需求。
2.本发明采用的控制采集板卡卡可适应多种传感器、执行器信号形式、可采集或发出标准电流、电压、热电偶、热电阻、脉冲、数字量等多种信号，信号适应范围广；采集、控制通道数目可随时增减；通讯接口形式支持OPC、串口485等多种形式，便于水力测功器控制器升级改造及系统定制。
附图说明
图1为本发明水力测功器综合控制器布置图；
图2为本发明的报警保护逻辑图；
图3为本发明的综合控制器的电气原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
参见图1和图3，本实施方式中的水力测功器的综合控制器，包括控制柜体，所述控制柜体内设有控制采集板卡及分别与控制采集板卡相连的供电电源模块、硬件保护控制卡、数字量输入板卡、数字量输出板卡、模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、操作旋钮、急停按钮和通讯板卡，所述模拟量输入板和模拟量输入板卡分别通过接线端子与被控水力测功器连接通讯，所述数字量输出板卡通过硬件保护输出状态继电器连接接线端子，所述数字量输入板卡通过硬件保护输入继电器连接接线端子，所述控制柜体外设有与控制采集板卡相连的工控机和声光报警器。
参见图1，所述控制柜体可使用国际标准尺寸柜体，也可根据用户要求使用定制盘台机柜，可采用坐式操控，也可使用立式操控，由于柜体内安装的部件均以板卡为单元，对安装空间要求小，所以机柜整体尺寸较小。立式操作时，可采用1U标准式抽屉键盘、鼠标，操作旋钮、急停按钮嵌入立面板安装；坐式操作时，选择操作台，键盘、鼠标、操作旋钮及急停按钮嵌入水平桌面安装。
所述工控机及其显示器可根据用户需求使用任何品牌的主流配置即可。
所述供电电源模块可提供115V、24V、110V/240V、12V电源。
所述控制采集板卡、硬件保护控制卡、数字量输入板卡、数字量输出板卡、模拟量输入板卡、模拟量输出板卡和通讯板卡安装在控制柜体内的背板内，该背板选用英国CP公司DB-COM-01、P6DBMIX03、P6DBVC02、P6DBSPD01、P6DBHWP01、DB-AUX-01等型号，分别完成通讯、温度测量、模拟量输入、光电编码器信号测量、硬件保护及板卡供电等功能。
控制采集板卡选用英国CP公司DL-ENC-01、DLT-SST-01、DLT-VAD-05、DLC-DVI-01、DL-INT-05、DL-PSU-05等型号。其中，
DL-ENC-01支持8路数字量输入、输出及2路差分光电编码器脉冲输入，可通过拨码开关的设置配置该板卡的读取存储地址、时钟、偏置、相位误差、脉宽等；
DLT-SST-01可完成2通道高频率信号采集，可通过拨码开关的设置配置该板卡的周期地址、数据带宽、预分频、时钟分频、时钟源、中断等；
DLT-VAD-05支持4路模拟量电压输入，输入信号范围及时钟可独立设定，可通过拨码开关的设置配置该板卡的地址、电压输入范围、时钟及分辨率、供电电源等；
DLC-DVI-01支持4路模拟量电压、电流输出，输出信号范围及时钟可独立设定，可通过拨码开关的设置配置该板卡的地址、中断急停、终值设定、电压电流范围等；
DL-INT-05为通讯接口转换卡，DL-PSU-05为电源转换卡。
本实施方式中的水力测功器的综合控制器的组成并不局限于以上板卡，可根据系统设备的更新换代及使用要求进行增减，板卡安装采用卡槽式安装，最大程度地节省安装控件，更换灵活，方便维修及系统升级改造。
进一步地，本实施方式中的水力测功器的综合控制器还包括与控制采集板卡相连的信息输入设备。所述信息输入设备包括鼠标和键盘。
进一步地，所述控制柜体内设有安装控制采集板卡的控制采集板卡卡槽。
本实施方式中的水力测功器控制器软件基于英国CADET V14.4b平台开发，该平台支持系统VB语言二次开发，配置灵活，并具备文件和数据配置、复制、压缩、删除、试验选择、通道校验、PID参数设置、历史数据查询、登陆权限管理、平台二次软件及界面开发等功能。
本实施方式中的水力测功器综合控制系统，包括阀位控制单元、定转速控制单元、定扭矩控制单元、N3控制单元、突卸控制模式及故障报警功能单元，
所述阀位控制单元用于保证水力测功器的转速恒定。进排水阀的开闭通过控制面板的设置进行操作。基本操作如下：
要使制动功率增大时：供水阀—开，排水阀—闭，
要使制动功率减小时：供水阀—闭，排水阀—开，
实际运行时，须在考虑排水温度、控制的稳定性等条件的基础上对供排水阀进行设定操作。阀位控制是手动控制模式的实现方式。对于水力测功器而言，进水阀定义全关状态为0％，全开状态为100％，排水阀定义全关状态为100％，全开状态为0％。操作员可在操作员站处通过旋钮和数值输入2种方式给定进排水阀阀位指令(0％-100％)；进排水阀位置反馈传感器反馈回当前的阀门实际开度(0％-100％)。调节进排水阀的开度使得水力测功器水腔内的水量增加或减少，从而导致水环厚度的改变，使得水阻值改变，以调节水力测功器吸收功率的大小；
所述定转速控制单元用于保证水力测功器的扭矩恒定。定转速控制的目的是保证水力测功器的转速恒定。通过操作员站选择恒转速模式并设定目标转速，实际转速值通过非接触式磁阻式接近开关进行脉冲反馈，控制系统得到脉冲值后通过相应的计算将脉冲值转变为实际转速与给定转速值进行比较，将比较差值送入转速闭环控制器中，控制器通过数值及逻辑运算，计算出进排水阀所需的指令信号，此时在轴承温升不高，水量充足的情况下，一般保持进水阀位不变，只调整排水阀的开度，以解决进排水阀控制耦合问题。将控制器输出信号经信号转换后给排水阀执行机构，使排水阀开大或关小，从而保证当有外界条件干扰时，水力测功器的转速仍然保持在恒定值不变。
若排水阀温度过高，则同时调整进水阀开度和排水阀开度，在保证排水阀温度的同时保证转速恒定；
所述定扭矩控制用于保证水力测功器的扭矩恒定。在操作员站给定选择恒扭矩模式并给定扭矩值，实际扭矩值通过拉压力传感器值乘以力臂值计算得到，控制系统将实际扭矩与给定扭矩进行比较，差值送入扭矩闭环控制器中，控制器通过数值及逻辑运算，计算出进排水阀所需的指令信号，此时在轴承温升不高，水量充足的情况下，一般保持进水阀位不变，只调整排水阀的开度，以解决进排水阀控制耦合问题。将控制器输出信号经信号转换后给排水阀执行机构，使排水阀开大或关小，从而保证当有外界条件干扰时，水力测功器的扭矩仍然保持在恒定值不变。若排水阀温度过高，则同时调整进水阀开度和排水阀开度，在保证排水阀温度的同时保证扭矩恒定；
所述N3控制单元用于使水力测功器的转速与功率按照规定的曲线运行。在操作员站给定选择N3控制模式并给定转速-功率曲线，一般转速与功率成3次方关系运行，公式为：扭矩给定值＝a+b*转速+c*转速n，实际扭矩值通过拉压力传感器值乘以力臂值计算得到，控制系统将实际扭矩与给定扭矩进行比较，差值送入扭矩闭环控制器中，控制器通过数值及逻辑运算，计算出进排水阀所需的指令信号，一般这种应用情况，转速、功率的变化范围就较大，进水阀需随着转速和功率的上升而开大，具体的对应曲线关系需试验摸索，但一般进水阀调节段在低转速、低功率段完成，以减少进排水阀耦合控制对高工况造成控制难度增加的影响。将控制器输出信号经信号转换后给排水阀执行机构，使排水阀开大或关小，从而保证当有外界条件干扰时，水力测功器的扭矩仍然保持在恒定值不变；
所述突卸控制模式为特殊功能，仅在原动机有该试验需求时使用。进水阀保持当前位置不动，排水阀以最快速度打开至最大位置，在打开过程中不考虑调节精度，这是水力测功器腔体内的水环迅速变薄，耗功迅速变小，转速飞升；
所述故障报警功能单元用于在报警参数超过设定值时，均能给予声光警示。测控系统设置有保证水力测功器本身安全运行所需要的温度、压力、转速、扭矩等参数报警功能，在任一报警参数超过设定值时，均能给予声/光警示并采取相应处理方案。水力测功器发出超扭报警、超速报警、排水温度高报警三种报警信号时，给原动机发送数字量信号，请求原动机降速并降低载荷，使报警信号消除，在报警信号消除前水力测功器的进排水阀保持在报警前一扫描周期的位置不变，待在水力测功器稳定工作在在合理的工况点时，水力测功器运行稳定，无异响，才可继续进行试验；水力测功器发出供水压力低报警、前轴承温度高报警、后轴承温度高报警，给原动机发送数字量信号，请求原动机降速停机，查找故障原因，等待故障解除后再进行试验。供水压力低报警时，检修供水管路；前、后轴承温度高报警时，待轴承冷却后才可继续试验。报警项目包括：超扭矩报警、超速报警、供水压力低报警、排水温度高报警、前轴承温度高报警、后轴承温度高报警、排水阀异常报警，报警保护逻辑如图2所示。
本实施方式中的水力测功器综合控制系统用报警方法，包括以下步骤：
步骤a、检测报警项目，判断报警类别；
步骤b、根据报警类别确定动作模式。
本实施方式中的水力测功器综合控制系统用报警方法，步骤a中，报警类别分为一类报警保护模式，二类报警保护模式和三类报警保护模式。
进一步地，步骤b中，若为一类报警，则切换为无自动动作模式；若为二类报警，则切换为软件设置自动动作模式；若为三类报警，则切换为直接触发硬件动作模式。
一类报警保护模式：以下报警项目任意项为真，发生声光报警，界面上有相应的状态显示，但没有自动保护动作，须依靠手动来切换控制模式以及做适当的调节，如：排水温度高报警、前轴承温度高报警、后轴承温度高报警、供水压力低报警、超速报警、超扭报警。
二类报警保护模式：以下报警项目任意项为真，发生声光报警，界面上有相应的状态显示，此时程序中运行专门针对该类报警项目的保护动作，其他形式的操作无效，直至确认该报警已经解除。如工况点超速超限、负荷变化率超限。
三类报警保护模式：以下报警项目任意项为真，发生声光报警，界面上有相应的状态显示，此时直接触发硬件动作，如阀门执行机构失电以保持当前阀位。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种水力测功器的综合控制器，其特征在于，包括控制柜体，所述控制柜体内设有控制采集板卡及分别与控制采集板卡相连的供电电源模块、硬件保护控制卡、数字量输入板卡、数字量输出板卡、模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、操作旋钮、急停按钮和通讯板卡，所述模拟量输入板和模拟量输入板卡分别通过接线端子与被控水力测功器连接通讯，所述数字量输出板卡通过硬件保护输出状态继电器连接接线端子，所述数字量输入板卡通过硬件保护输入继电器连接接线端子，所述控制柜体外设有与控制采集板卡相连的工控机和声光报警器。
2.根据权利要求1所述的一种水力测功器综合控制器，其特征在于，还包括与控制采集板卡相连的信息输入设备。
3.根据权利要求2所述的一种水力测功器综合控制器，其特征在于，所述信息输入设备包括鼠标和键盘。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种水力测功器综合控制器，其特征在于，所述控制柜体内设有安装控制采集板卡的控制采集板卡卡槽。
5.一种水力测功器综合控制系统，其特征在于，包括阀位控制单元、定转速控制单元、定扭矩控制单元、N3控制单元及故障报警功能单元，
所述阀位控制单元用于保证水力测功器的转速恒定；
所述定转速控制单元用于保证水力测功器的转速恒定；
所述定扭矩控制单元用于保证水力测功器的扭矩恒定；
N3控制单元用于使水力测功器的转速与功率按照规定的曲线运行；
所述故障报警功能单元用于在报警参数超过设定值时，均能给予声光警示。
6.根据权利要求5所述的水力测功器综合控制系统，其特征在于，还包括突卸控制模式，所述突卸控制模式用于在原动机有试验需求时使用。
7.一种水力测功器综合控制系统用报警方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、检测报警项目，判断报警类别；
步骤b、根据报警类别确定动作模式。
8.根据权利要求7所述的水力测功器综合控制系统用报警方法，其特征在于，步骤a中，报警类别分为一类报警，二类报警和三类报警。
9.根据权利要求8所述的水力测功器综合控制系统用报警方法，其特征在于，步骤b中，若为一类报警，则切换为无自动动作模式；若为二类报警，则切换为软件设置自动动作模式；若为三类报警，则切换为直接触发硬件动作模式。
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