CN111338397B - 变工况转子试验台的控制系统 - Google Patents

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    • G05D13/00—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
    • G05D13/62—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover characterised by the use of electric means, e.g. use of a tachometric dynamo, use of a transducer converting an electric value into a displacement

Abstract

本发明提供一种变工况转子试验台的控制系统，包括PLC控制器、变频器、转速转矩仪、程控加载器、载荷模拟器；所述PLC控制器通过变频器控制转子试验台中的负载电机MO1；通过变频器调节负载电机MO1的转速；所述转速转矩仪设置在转子试验台中的主转轴上，并将检测的转速和/或转矩向PLC控制器反馈，使得PLC控制器能够对负载电机MO1的转速和/或转矩进行闭环调节；所述载荷模拟器与转子试验台的主转轴连接；所述程控加载器用于控制载荷模拟器，以控制对转子试验台主转轴施加载荷的大小。本发明能够实现变工况试验台运转过程中变速与变载的准确灵活控制。

Description

变工况转子试验台的控制系统
技术领域
本发明涉及一种控制系统，尤其是一种变工况转子试验台的控制系统。
背景技术
旋转机械在大型机械设备中占有重要比重，加之国内外各种旋转机械故障频发，研究旋转机械的故障机理，对其进行故障监测与诊断具有十分重要的意义。近年来，旋转机械的故障诊断主要是基于振动信号的理论研究，为使研究更具有说服性，理论与相关实验相结合显得尤为重要，转子试验台则是一个重要的理论验证平台。
转子试验台的设计包括机械结构与控制系统的设计。机械结构的设计应简洁，保证装拆、调试、移动、固定的方便，使试验台具有相关技术的实用性，同时应保证相关研究的可靠性。控制系统的设计，应最大限度的满足控制需求，充分发挥PLC的功能；保证系统的安全可靠；力求简洁，经济，使用维护方便；同时适应发展的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变工况转子试验台的控制系统，能够进行闭环控制，从而实现变工况试验台运转过程中变速与变载的准确灵活控制。本发明采用的技术方案是：
一种变工况转子试验台的控制系统，包括PLC控制器、变频器、转速转矩仪、程控加载器、载荷模拟器；
所述PLC控制器通过变频器控制转子试验台中的负载电机MO1；通过变频器调节负载电机MO1的转速；
所述转速转矩仪设置在转子试验台中的主转轴上，并将检测的转速和/或转矩向PLC控制器反馈，使得PLC控制器能够对负载电机MO1的转速和/或转矩进行闭环调节；
所述载荷模拟器与转子试验台的主转轴连接；
所述程控加载器用于控制载荷模拟器，以控制对转子试验台主转轴施加载荷的大小。
进一步地，程控加载器获取转速转矩仪检测的转速和/或转矩，对载荷模拟器的输出载荷进行闭环控制。
进一步地，PLC控制器通过PID控制对负载电机MO1的转速和/或转矩进行闭环调节；目标转速/转矩通过设定输入PLC控制器，转子试验台运转时检测的转速/转矩输入PLC控制器，目标转速/转矩与检测的转速/转矩形成偏差值，通过比例、积分、微分环节进行消除；
其中比例环节表示为：
KP×e(t) (1)
积分环节表示为：
Figure BDA0002428654150000021
微分环节表示为：
Figure BDA0002428654150000022
PID控制的算法表示为：
Figure BDA0002428654150000023
其中，Kp为PID控制的比例系数；Ti为PID控制的积分系数；Td为PID控制的微分系数；Kd为PID控制的总体系数；e(t)为目标转速/转矩与检测的转速/转矩形成的偏差值。
进一步地，载荷模拟器采用磁粉制动器。
进一步地，该控制系统的电路包括：
三相火线U、V、W接主断路器QF1一端，主断路器QF1另一端接出三相火线U1、V1、W1；
断路器Q1一端接三相火线U1、V1、W1，另一端接变频器的输入端，变频器的输出端接负载电机MO1；
断路器Q2一端接三相火线U1、V1、W1，另一端接接触器KM1的常开触点KM1-1一端，接触器KM1的常开触点KM1-1另一端接热保护器FR1一端，热保护器FR1另一端接冷却风扇电机MO2；
断路器Q3一端接三相火线U1、V1、W1，另一端接接触器KM2的常开触点KM2-2一端，接触器KM2的常开触点KM2-1另一端接热保护器FR2一端，热保护器FR2另一端接冷却水泵MO3；
断路器Q4一端接三相火线U1、V1、W1中的一相，另一端接AC/DC电源模块G1的输入端，AC/DC电源模块的输出端为PLC控制器提供电源；
断路器Q5一端接三相火线U1、V1、W1中的一相，另一端作为转子试验台中的仪表电源；
断路器Q6一端接三相火线U1、V1、W1中的一相，另一端接插座；
PLC控制器包括CPU模块、输入模块、输出模块；
CPU模块的数个输出端分别接继电器KO的线圈、接触器KM1的线圈、接触器KM2的线圈、继电器KO1的线圈、继电器KO2的线圈、继电器KO3的线圈；
继电器KO的触点控制变频器的远程/就地模式，在变频器的远程模式下，通过PLC控制器进行变频器的频率给定；在变频器的就地模式下，在变频器上进行频率给定；以控制负载电机转速；
继电器KO1的触点用于向变频器给出变频器启动正转信号；
继电器KO2的触点用于向变频器给出变频器启动反转信号；
继电器KO3的触点用于向变频器给出变频器复位信号；
接触器KM1的常开触点KM1-2、热保护器FR1的常闭开关、接触器KM2的常开触点KM2-2、变频器运行的反馈触点RA分别接CPU模块的数个输入端；
输入模块接转速转矩仪检测的转速和/或转矩信号；输出模块用于向变频器发出频率给定信号。
本发明的优点在于：本发明提出的变工况转子试验台的控制系统，采用开环与闭环控制结合，远程与手动控制结合的方式，实现对转子试验台的控制；能够精确进行变速与变载。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的电气图第一部分。
图3为本发明的电气图第二部分。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明实施例提出的一种变工况转子试验台的控制系统，包括PLC控制器1、变频器2、转速转矩仪3、程控加载器4、载荷模拟器5；
所述PLC控制器1通过变频器2控制转子试验台中的负载电机MO1；通过变频器2调节负载电机MO1的转速；
所述转速转矩仪3设置在转子试验台中的主转轴上，并将检测的转速和/或转矩向PLC控制器1反馈，使得PLC控制器1能够对负载电机的转速和/或转矩进行闭环调节；
所述载荷模拟器5与转子试验台的主转轴连接(可以是直接连接或通过其它部件间接连接)；
所述程控加载器4用于控制载荷模拟器5，以控制对转子试验台主转轴施加载荷的大小。
程控加载器4也可以获取转速转矩仪3检测的转速和/或转矩，以对载荷模拟器5的输出载荷进行闭环控制。
在一些实施例中，通过PID控制对负载电机的转速和/或转矩进行闭环调节；目标转速/转矩可通过设定输入PLC控制器，转子试验台运转时检测的转速/转矩输入PLC控制器，目标转速/转矩与检测的转速/转矩形成偏差值，通过比例、积分、微分环节进行消除；
其中比例环节表示为：
KP×e(t) (1)
积分环节表示为：
Figure BDA0002428654150000031
微分环节表示为：
Figure BDA0002428654150000032
PID控制的算法表示为：
Figure BDA0002428654150000033
其中，Kp为PID控制的比例系数；Ti为PID控制的积分系数；Td为PID控制的微分系数；Kd为PID控制的总体系数；e(t)为目标转速/转矩与检测的转速/转矩形成的偏差值；
PID控制具有原理简单，使用方便，适应性强，鲁棒性强的优点，其控制品质对被控对象的变化不敏感，适用于非平稳的运转工况；
在一些实施例中，载荷模拟器5可采用磁粉制动器，通过程控加载器4进行加载；磁粉制动器是根据电磁原理和利用磁粉进行扭矩传动的，具有激磁电流与传递转矩基本呈线性关系的特征，故可采用电流控制的方式对其进行调节，通过电流控制施加载荷的大小；
本发明实施例的电气原理参见图2、图3；
三相火线U、V、W接主断路器QF1一端，主断路器QF1另一端接出三相火线U1、V1、W1；
断路器Q1一端接三相火线U1、V1、W1，另一端接变频器2的输入端，变频器2的输出端接负载电机MO1；
断路器Q2一端接三相火线U1、V1、W1，另一端接接触器KM1的常开触点KM1-1一端，接触器KM1的常开触点KM1-1另一端接热保护器FR1一端，热保护器FR1另一端接冷却风扇电机MO2；
断路器Q3一端接三相火线U1、V1、W1，另一端接接触器KM2的常开触点KM2-2一端，接触器KM2的常开触点KM2-1另一端接热保护器FR2一端，热保护器FR2另一端接冷却水泵MO3；
断路器Q4一端接三相火线U1、V1、W1中的一相，另一端接AC/DC电源模块G1的输入端，AC/DC电源模块的输出端为PLC控制器提供电源；
断路器Q5一端接三相火线U1、V1、W1中的一相，另一端作为转子试验台中的仪表电源；
断路器Q6一端接三相火线U1、V1、W1中的一相，另一端接插座；可以连接日光灯进行照明；
PLC控制器包括CPU模块、输入模块(图中的AI)、输出模块(图中的AO)；
CPU模块的数个输出端分别接继电器KO的线圈、接触器KM1的线圈、接触器KM2的线圈、继电器KO1的线圈、继电器KO2的线圈、继电器KO3的线圈；
继电器KO的触点控制变频器的远程/就地模式，在变频器的远程模式下，通过PLC控制器进行变频器的频率给定；在变频器的就地模式下，可在变频器上进行频率给定；以控制负载电机转速；
继电器KO1的触点用于向变频器给出变频器启动正转信号；
继电器KO2的触点用于向变频器给出变频器启动反转信号；
继电器KO3的触点用于向变频器给出变频器复位信号；
接触器KM1的常开触点KM1-2、热保护器FR1的常闭开关、接触器KM2的常开触点KM2-2、变频器运行的反馈触点RA分别接CPU模块的数个输入端；
输入模块接转速转矩仪检测的转速和/或转矩信号；输出模块用于向变频器发出频率给定信号。
本发明实施例中可配置触摸屏，按照由上到下，由左及右，分别为控制模式切换及通信状态显示界面、转子运转参数设置界面、变频器设置界面及电流加载控制界面。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种变工况转子试验台的控制系统，其特征在于，包括PLC控制器、变频器、转速转矩仪、程控加载器、载荷模拟器；
所述PLC控制器通过变频器控制转子试验台中的负载电机MO1；通过变频器调节负载电机MO1的转速；
所述转速转矩仪设置在转子试验台中的主转轴上，并将检测的转速和/或转矩向PLC控制器反馈，使得PLC控制器能够对负载电机MO1的转速和/或转矩进行闭环调节；
所述载荷模拟器与转子试验台的主转轴连接；
所述程控加载器用于控制载荷模拟器，以控制对转子试验台主转轴施加载荷的大小；
该控制系统的电路包括：
三相火线U、V、W接主断路器QF1一端，主断路器QF1另一端接出三相火线U1、V1、W1；
断路器Q1一端接三相火线U1、V1、W1，另一端接变频器的输入端，变频器的输出端接负载电机MO1；
断路器Q2一端接三相火线U1、V1、W1，另一端接接触器KM1的常开触点KM1-1一端，接触器KM1的常开触点KM1-1另一端接热保护器FR1一端，热保护器FR1另一端接冷却风扇电机MO2；
断路器Q3一端接三相火线U1、V1、W1，另一端接接触器KM2的常开触点KM2-2一端，接触器KM2的常开触点KM2-1另一端接热保护器FR2一端，热保护器FR2另一端接冷却水泵MO3；
断路器Q4一端接三相火线U1、V1、W1中的一相，另一端接AC/DC电源模块G1的输入端，AC/DC电源模块的输出端为PLC控制器提供电源；
断路器Q5一端接三相火线U1、V1、W1中的一相，另一端作为转子试验台中的仪表电源；
断路器Q6一端接三相火线U1、V1、W1中的一相，另一端接插座；
PLC控制器包括CPU模块、输入模块、输出模块；
CPU模块的数个输出端分别接继电器KO的线圈、接触器KM1的线圈、接触器KM2的线圈、继电器KO1的线圈、继电器KO2的线圈、继电器KO3的线圈；
继电器KO的触点控制变频器的远程/就地模式；
继电器KO1的触点用于向变频器给出变频器启动正转信号；
继电器KO2的触点用于向变频器给出变频器启动反转信号；
继电器KO3的触点用于向变频器给出变频器复位信号；
接触器KM1的常开触点KM1-2、热保护器FR1的常闭开关、接触器KM2的常开触点KM2-2、变频器运行的反馈触点RA分别接CPU模块的数个输入端；
输入模块接转速转矩仪检测的转速和/或转矩信号；输出模块用于向变频器发出频率给定信号。
2.如权利要求1所述的变工况转子试验台的控制系统，其特征在于，
程控加载器获取转速转矩仪检测的转速和/或转矩，对载荷模拟器的输出载荷进行闭环控制。
3.如权利要求1所述的变工况转子试验台的控制系统，其特征在于，
PLC控制器通过PID控制对负载电机MO1的转速和/或转矩进行闭环调节；目标转速/转矩通过设定输入PLC控制器，转子试验台运转时检测的转速/转矩输入PLC控制器，目标转速/转矩与检测的转速/转矩形成偏差值，通过比例、积分、微分环节进行消除；
其中比例环节表示为：
KP×e(t) (1)
积分环节表示为：
Figure FDA0003161652940000021
微分环节表示为：
Figure FDA0003161652940000022
PID控制的算法表示为：
Figure FDA0003161652940000023
其中，Kp为PID控制的比例系数；Ti为PID控制的积分系数；Td为PID控制的微分系数；Kd为PID控制的总体系数；e(t)为目标转速/转矩与检测的转速/转矩形成的偏差值。
4.如权利要求1所述的变工况转子试验台的控制系统，其特征在于，
载荷模拟器采用磁粉制动器。
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