CN114301335A - 电机转速安全控制装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转速安全控制装置、系统及方法，该电机转速安全控制装置包括：第一转速确定模块，与变频器的控制模块连接，用于基于所述控制模块传输的控制信号确定电机的第一转速；第二转速确定模块，与所述第一转速确定模块电性连接，所述第二转速确定模块，用于接收所述变频器输出的脉冲电压信号，基于所述脉冲电压信号确定所述电机的第二转速，并将所述第二转速反馈至所述第一转速确定模块；所述第一转速确定模块还用于根据所述第一转速和所述第二转速生成安全控制信号，并将所述安全控制信号反馈至所述控制模块。本发明通过确定电机的第一转速和第二转速，并根据第一转速和第二转速生成安全控制信号对所述电机转速进行安全控制。

Description

电机转速安全控制装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种电机转速安全控制装置、系统及方法。

背景技术

在工控行业中，为了实现电机的调速，通常使用变频器或伺服驱动器驱动电机。很多变频器的应用场景中，由于电机本体不带速度传感器，此时，速度估算一般使用磁链观测器进行。

在变频器对电机进行安全速度估算时，仅使用磁链观测器进行速度估算时无法满足安全等级需求，需要结合速度传感器。对于使用磁链观测与速度传感器组成双通道的冗余方案，成本较高。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电机转速安全控制装置、系统及方法，旨在解决现有技术中变频器对电机进行安全速度估算的成本较高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种电机转速安全控制装置，所述电机转速安全控制装置包括：所述电机转速安全控制装置包括：

第一转速确定模块，与变频器的控制模块连接，用于基于所述控制模块传输的控制信号确定电机的第一转速；

第二转速确定模块，与所述第一转速确定模块电性连接，所述第二转速确定模块，用于接收所述变频器输出的脉冲电压信号，基于所述脉冲电压信号确定所述电机的第二转速，并将所述第二转速反馈至所述第一转速确定模块；

所述第一转速确定模块还用于根据所述第一转速和所述第二转速生成安全控制信号，并将所述安全控制信号反馈至所述控制模块。

可选的，所述电机转速安全控制装置还包括：

电压调节模块和边沿调节模块，所述电压调节模块的第一端与所述变频器的电压输出端连接，所述电压调节模块的第二端与所述边沿调节模块连接，所述电压调节模块用于对所述脉冲电压信号进行电压调节，获得调节后的脉冲电压信号，并将所述调节后的脉冲电压信号输出至所述边沿调节模块；

所述边沿调节模块的第一端与所述电压调节模块连接，所述边沿调节模块的第二端与所述第二转速确定模块连接，所述边沿调节模块，用于对所述调节后的脉冲电压信号的进行边沿调节获得标准脉冲电压信号，并将所述标准脉冲电压信号输出至所述第二转速确定模块；

所述第二转速确定模块，还用于获取所述标准脉冲电压信号的信号脉宽，根据所述信号脉宽确定所述电机的第二转速。

可选的，所述电压调节模块包括：第一至第四电阻和第一放大器；

所述边沿调节包括：第一二极管、第二电容、第五至第六电阻以及第一比较器；

其中，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端以及所述第一放大器的第一输入端连接，第三电阻的第一端与所述第二开关管的第二端以及第一电容的第二端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一放大器的第二输入端以及第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端分别与所述第一放大器的输出端、第一二极管的第一端以及所述第一比较器的第一输入端连接，所述第一二极管的第二端分别与所述第二电容的第一端以及第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端分别与所述第一比较器的第二输入端以及第六电阻的第一端连接，所述第一比较器的输出端与所述第一微控制单元连接，所述第二电阻的第二端、所述第二电容的第二端以及所述第六电阻的第二端接地。

可选的，所述电压调节模块包括：第七至第八电阻；

所述边沿调节包括：第九至第十电阻以及第二比较器；

其中，第七电阻的第一端分别与所述第一开关管的第二端以及所述第二开关管的第一端连接，所述第七电阻的第二端与所述第八电阻的第一端以及所述第二比较器的第一输入端连接，所述第二比较器的第二输入端分别与第九电阻的第二端以及第十电阻的第一端连接，所述第二比较器的第二端与所述第一微控制单元连接，所述第九电阻的第一端分别与所述第一电容的第一端以及所述第一开关管的第一端连接，所述第八电阻的第二端与所述第十电阻的第二端接地。

可选的，所述电机转速安全控制装置还包括：

隔离模块，包括：第十一电阻、第十二电阻以及隔离器件；

其中，第十一电阻的第一端与所述第一比较器的输出端连接，所述第十一电阻的第二端与所述隔离器件的第一端连接，所述隔离器件的第三端与所述第十二电阻的第二端连接，所述隔离器件的第四端与所述第一微控制单元连接，所述第十二电阻的第一端与第一电源连接，所述隔离器件的第二端接地。

可选的，所述第一转速确定模块包括：第一微控制单元；所述第二转速确定模块包括：第二微控制单元。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种电机转速安全控制系统，所述电机转速安全控制系统包括：所述的电机转速安全控制装置和变频器。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种电机转速安全控制方法，其特征在于，所述电机转速安全控制方法包括：

基于接收的控制信号确定电机的第一转速；其中，所述控制信号由变频器的控制模块生成；

根据接收的脉冲电压信号确定所述电机的第二转速；其中，所述脉冲电压信号由所述变频器输出端输出；

利用所述第一转速和所述第二转速确定安全控制信号；其中，所述安全控制信号用于使所述控制模块对所述电机进行转速控制。

可选地，所述利用所述第一转速和所述第二转速确定安全控制信号，包括：

在所述第一转速与所述第二转速之间的差值大于预设阈值的情况下，生成安全控制信号；其中，所述安全控制信号包括：报警提示信号和停机控制信号。

可选地，所述基于接收的控制信号确定电机的第一转速，包括：

对接收到的控制信号进行冗余速度估算确定第一转速；

所述根据接收的脉冲电压信号确定所述电机的第二转速，包括：

对接收的脉冲电压信号进行冗余速度估算确定所述电机的第二转速。

本发明中提供一种电机转速安全控制装置、系统及方法，该电机转速安全控制装置包括：第一转速确定模块，与变频器的控制模块连接，用于基于所述控制模块传输的控制信号确定电机的第一转速；第二转速确定模块，与所述第一转速确定模块电性连接，所述第二转速确定模块，用于接收所述变频器输出的脉冲电压信号，基于所述脉冲电压信号确定所述电机的第二转速，并将所述第二转速反馈至所述第一转速确定模块；所述第一转速确定模块还用于根据所述第一转速和所述第二转速生成安全控制信号，并将所述安全控制信号反馈至所述控制模块。本发明通过确定电机的第一转速和第二转速，并根据第一转速和第二转速生成安全控制信号对所述电机转速进行安全控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电机转速安全控制装置第一实施例的结构示意图；

图2为本发明电机转速安全控制装置第二实施例的结构示意图；

图3为本发明电机转速安全控制装置第二实施例中电压调节模块和边沿调节模块的第一种电路结构图；

图4为本发明电机转速安全控制装置第二实施例中电压调节模块和边沿调节模块的第二种电路结构图；

图5为本发明电机转速安全控制装置第二实施例中电压调节模块和边沿调节模块的第三种电路结构图；

图6本发明电机转速安全控制装置第二实施例中隔离模块的电路结构图；

图7为本发明电机转速安全控制装置第三实施例的结构示意图；

图8为本发明电机转速安全控制方法的第一实施例的流程示意图；

图9为本发明电机转速安全控制方法的第二实施例的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	第一转速确定模块	20	第二转速确定模块
30	电压调节模块	40	边沿调节模块
				VCC	第一电源	S1～S6	第一至第六IHBT
C1～C2	第一至第二电容	R1～R12	第一至第十二电阻
				T1	第一放大器	A1～A2	第一至第二比较器
D1	第一二极管	OC1	隔离器件
				MCU1	第一微控制单元	MCU2	第二微控制单元
GND	接地	M	电机

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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。

参照图1，图1为本发明电机转速安全控制装置第一实施例的结构示意图。

在本实施例中，所述电机转速安全控制装置包括：

第一转速确定模块10，与变频器的控制模块连接，用于基于所述控制模块传输的控制信号确定电机的第一转速；

第二转速确定模块20，与所述第一转速确定模块电性连接，所述第二转速确定模块，用于接收所述变频器输出的脉冲电压信号，基于所述脉冲电压信号确定所述电机的第二转速，并将所述第二转速反馈至所述第一转速确定模块；

所述第一转速确定模块还用于根据所述第一转速和所述第二转速生成安全控制信号，并将所述安全控制信号反馈至所述控制模块。

在本实施方式中，通过第一转速确定模块和第二转速确定模块的双通道冗余设置可以有效提高确定的电机转速的准确性，进而可以提高系统的可靠性。

需要说明的是，变频器在对电机进行控制时，需要向电机输入周期性的脉冲信号。该脉冲信号的信号脉宽与电机转速之间存在一定的对应关系。输入电机的信号脉宽确定的脉冲信号经过低通滤波后便可获取到具有周期性的交流信号，在该交流信号的相位锁定之后，该交流信号的频率便是电机的第二转速。因此，在获取到输入电机的脉冲信号的脉宽即可确定电机的第二转速。

应理解的是，第一转速确定模块10可以接收所述控制模块输出的电机控制信号，并根据所述电机控制信号确定所述电机的第一转速；此外，在接收到所述第二转速时，还可以将所述第二转速与第一转速进行比较确定第二转速与第一转速之间的转速差及误差，并在所述第二转速与第一转速之间的转速差超过预设转速阈值时，输出电机截止信号至所述控制模块，以使所述控制模块控制电机停机。所述第二转速确定模块20可以获取所述调节后的脉冲电压信号的信号脉宽，根据所述信号脉宽确定所述电机的第二转速，并将所述第二转速发送至所述第一转速确定模块10。

其中，相电压信号为火线与地线之间的电压信号。相电压信号可直接驱动电机进行转动。脉冲电压信号是根据脉冲信号的占空比对电机进行驱动的信号。调节后的脉冲电压信号是电压值满足第二转速确定模块20等级的脉冲信号，该脉冲信号可直接输入第二转速确定模块20。

在本实施方式中，上述安全控制信号可以为用于对电机转速进行安全控制的信号，例如，在确定第一转速和第二转速超过极限速度时上述安全控制信号可以为用于控制电机降速的信号。具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

在本实施方式中，在确定出第一转速和第二转速后，第一转速确定模块可以通过生成对应的安全控制信号，以实现与速度相关的安全功能，进而可以实现对电机速度的安全控制。其中，第一转速确定模块中包括第一微控制单元MCU1，第一微控制单元MCU1可以实现的安全功能包括：

1、第一微控制单元MCU1，用于监视或控制电机转速，当电机速度降为0后入STO(安全转矩切断)，切断电机的动力来源；

2、第一微控制单元MCU1，还用于监视或控制电机转速，当电机速度降为0后入SOS(安全运行停止)，使电机轴主动保持住当前位置，保持生产状态；

3、第一微控制单元MCU1，还用于闭环控制保持电机静止，使生产与电机轴保持同步，减少挂机时间；

4、第一微控制单元MCU1，还用于使电机速度保持不超过极限速度，如果电机超速，切入STO/SS1等安全停车；

5、第一微控制单元MCU1，还用于设定上限速度并监控，当超过此速度，给出一个状态信号到上位机进行判断。

本实施例中提供一种电机转速安全控制装置，该电机转速安全控制装置包括：第一转速确定模块，与变频器的控制模块连接，用于基于所述控制模块传输的控制信号确定电机的第一转速；第二转速确定模块，与所述第一转速确定模块电性连接，所述第二转速确定模块，用于接收所述变频器输出的脉冲电压信号，基于所述脉冲电压信号确定所述电机的第二转速，并将所述第二转速反馈至所述第一转速确定模块；所述第一转速确定模块还用于根据所述第一转速和所述第二转速生成安全控制信号，并将所述安全控制信号反馈至所述控制模块。本实施例通过确定电机的第一转速和第二转速，并根据第一转速和第二转速生成安全控制信号对所述电机转速进行安全控制。

参照图2，图2为本发明电机转速安全控制装置第二实施例结构示意图，基于上述电机转速安全控制装置的第一实施例，提出本发明电机转速安全控制装置的第二实施例。

在本实施例中，所述电机转速安全控制装置还包括：电压调节模块30和边沿调节模块40；

所述电压调节模块的第一端与所述变频器的电压输出端连接，所述电压调节模块的第二端与所述边沿调节模块连接，所述电压调节模块用于对所述脉冲电压信号进行电压调节，获得调节后的脉冲电压信号，并将所述调节后的脉冲电压信号输出至所述边沿调节模块；

所述边沿调节模块的第一端与所述电压调节模块连接，所述边沿调节模块的第二端与所述第二转速确定模块连接，所述边沿调节模块，用于对所述调节后的脉冲电压信号的进行边沿调节获得标准脉冲电压信号，并将所述标准脉冲电压信号输出至所述第二转速确定模块；

所述第二转速确定模块，还用于获取所述标准脉冲电压信号的信号脉宽，根据所述信号脉宽确定所述电机的第二转速。

应理解的是，供电电源可以提供电压值较高的脉冲电压信号。在此过程中，逆变模块可以根据变频器对相关的指令控制供电电源与电机之间的供电回路的导通与截止，从而将供电电源输入的电压值较高的脉冲电压信号转换为输入第一转速确定模块10的电压值较低的脉冲电压信号即调节后的脉冲电压信号。电压调节模块30可用于对脉冲电压信号的电压幅值进行调节，将电压值较高的脉冲电压信号调节为可以输入至第一转速确定模块10的电压值较低的脉冲信号。通常供电电源提供的相电压信号的电压幅值非常高，例如530V、380V等，而正常的运算芯片的输入电压信号为5V、3.3V、12V等低电压信号。如果将脉冲电压信号直接输入至转速第一转速确定模块10会直接损坏转速第一转速确定模块10。

需要说明的是，边沿调节模块40可用于对脉冲电压信号的信号失真进行调节，形成不失真的标准脉冲电压信号。由于逆变电路10输出脉冲电压信号的信号脉宽有一定的失真，直接送到转速确定模块进行信号脉宽获取可能造成较大的误差。因此需要将逆变电路输出的脉冲电压信号进行边沿整形，获得标准脉宽的标准脉冲电压信号，从而降低信号脉宽获取的误差。

在具体实施中，所述逆变模块可以将供电电源提供的相电压信号转换为输入电机的脉冲电压信号，并将所述脉冲电压信号输出至所述电压调节模块30；所述电压调节模块可以在接收到所述脉冲电压信号时，对所述脉冲电压信号进行电压调节，获得可以直接输入第二转速确定模块20的调节后的脉冲电压信号，并将所述调节后的脉冲电压信号输出至所述第一转速确定模块10；所述第二转速确定模块20可以在接收到所述调节后的脉冲电压信号时，获取所述调节后的脉冲电压信号的信号脉宽，并对所述信号脉宽确定的脉冲信号进行滤波，相位锁定，得到对应交流信号的频率从而确定所述电机的第二转速。

当然，电压调节模块30还可以将调节后的脉冲电压信号发送至变压调节模块40。所述边沿调节模块40可以在接收到所述调节后的脉冲电压信号时，对所述调节后的脉冲电压信号的进行边沿调节获得标准脉冲电压信号，并将所述标准脉冲电压信号输出至所述第二转速确定模块20；所述第二转速确定模块20可以获取所述标准脉冲电压信号的信号脉宽，根据所述信号脉宽确定所述电机的第二转速。

在本实施例中，变频器包括控制模块和逆变模块，所述控制模块与所述逆变模块连接。

需要说明的是，控制模块是用于对电机的转动状态进行控制的模块。控制模块可用于控制逆变模块中的相关开关管导通或截止，从而使逆变模块将相电压信号转换为脉冲电压信号。

在具体实施中，所述控制模块在所述电机启动时输出电压转换信号至所述逆变模块；所述逆变模块根据所述电压转换信号控制内部相关开关管的导通或截止，将供电电源提供的电压信号转换为脉冲电压信号，并将所述脉冲电压信号输出至所述电压调节模块30进行电压调节。

在本实施例中，所述逆变模块包括：至少两个开关管和第一电容C1；至少两个开关管包括：第一开关管和第二开关管；

其中，所述第一开关管的第一端与所述第一电容C1的第一端连接，所述第一开关管的第二端分别与所述第二开关管的第一端以及电压调节模块30连接，所述第二开关管的第二端与所述第一电容C1的第二端以及所述电压调节模块30连接。

参照图3，在本实施例中，开关管可以是三极管、MOS管、IGBT等具有控制端的开关管。在图3中开关管以IGBT为例进行说明。

需要说明的是，第一电容C1为电解电容。供电电源可以通过第一电容C1为第一IGBTS1的第一端进行供电。控制模块与第一IGBTS1和第二IGBTS2的控制端连接，控制模块可以通过高电平信号控制第一IGBTS1和第二IGBTS2导通，第一电容C1、第一IGBTS1以及第二IGBTS2形成完整的电流回路，在第一IGBTS1的第二端与第二IGBTS2的第一端之间形成一定的电压。

应理解的是，考虑到电机通过三相电供电。逆变模块中可以包括六个开关管，参照图4，所述第一电容的第一端分别与第一开关管的第一端、第三开关管的第一端以及所述第五开关管的第一端连接，所述第一电容的第二端分别与第二开关管的第二端、第四开关管的第二端以及所述第六开关管的第二端连接，所述第一开关管的第二端分别与第二开关管的第一端以及所述电压调节模块连接，所述第三开关管的第二端分别与所述第四开关管的第一端以及所述电压调节模块连接，所述第五开关管的第二端分别与所述第六开关管的第一端以及所述电压调节模块连接，所述第一至第六开关管的第三端与所述控制模块连接。

在本市实施例中，所述电压调节模块30包括：第一至第四电阻和第一放大器T1；所述边沿调节模块40包括：第一二极管D1、第二电容C2、第五至第六电阻以及第一比较器A1；

其中，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端以及所述第一放大器T1的第一输入端连接，第三电阻R3的第一端与所述第二开关管的第二端以及第一电容C1的第二端连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第一放大器T1的第二输入端以及第四电阻R4的第一端连接，所述第四电阻R4的第二端分别与所述第一放大器T1的输出端、第一二极管D1的第一端以及所述第一比较器A1的第一输入端连接，所述第一二极管D1的第二端分别与所述第二电容C2的第一端以及第五电阻R5的第一端连接，所述第五电阻R5的第二端分别与所述第一比较器A1的第二输入端以及第六电阻R6的第一端连接，所述第一比较器A1的输出端与所述第一微控制单元连接，所述第二电阻R2的第二端、所述第二电容C2的第二端以及所述第六电阻R6的第二端接地。

需要说明的是，第一放大器T1为差分放大器。在本实施例中，通过第一放大器T1对逆变模块输出的脉冲电压信号的电压进行调整，在第一电阻R1与第三电阻R3的阻值相同、第二电阻R2与第四电阻R4的阻值相同的情况下，第一放大器T1的输出端的输出电压Uoa与第一输入端的输入电压Up以及第二输入端的输入电压Ug之间的关系为：Uoa＝R1/R2*(Upha-Ug)。通过调节第一电阻R1与第二电阻R2之间的具体阻值，便可实现对脉冲电压信号的电压进行调整。例如可以将脉冲电压信号的电压幅值从530V调节至3.3V。在对脉冲电压信号的电压进行调节之后可以通过第一比较器A1将调节后的脉冲电压进行滤波整形。在本实施例中，还可以利用施密特触发器代替所述第一比较器。

应理解的是，第五电阻R5可以将调节后的脉冲电压进行压降，并在第五电R5阻与第六电阻R6的连接处可以得到输入第一比较器A1第二输入端的参考电压。参考电压的具体值可以根据第五电阻R2与第六电阻R6的阻值进行调节。第二电容C2可以将调节后的脉冲电压进行稳压。第一二极管D1可以防止第二电容C2内的电压回流。

在具体实施中，可以调节第一电阻R1与第二电阻R2的阻值，将第一输入端+的输入电压Up以及第二输入端-的输入电压Ug输入至第一放大器T1，经过电压调节后得到调节后的脉冲电压信号，并将调节后的脉冲电压信号输入至第一比较器A1的第一输入端。此外调节后的脉冲电压信号通过第五电阻R5的压降之后作为参考电压输入至第一比较器A1的第二输入端。例如，在第五电阻R5与第六电阻R6的阻值相同的情况下，第一放大器T1的输出端输出电压幅值为3.3V的调节后的脉冲电压信号，参考电压为1.65V，第一比较器A1在第一输入端的电压值大于参考电压时，输出变准的高电平信号，否则输出标准的低电平信号，从而对调节后的脉冲电压信号进行边沿整形。

在本实施例中，还可以通过电阻的降压作用对所述脉冲电压信号的电压幅值进行调节，参考电压也可以直接通过第一电容C1进行获取，参照图5，所述电压调节模块30包括：第七至第八电阻；所述边沿调节模块40包括：第九至第十电阻以及第二比较器A2；

其中，第七电阻R7的第一端分别与所述第一开关管的第二端以及所述第二开关管的第一端连接，所述第七电阻R7的第二端与所述第八电阻R8的第一端以及所述第二比较器A2的第一输入端连接，所述第二比较器A2的第二输入端分别与第九电阻R9的第二端以及第十电阻R10的第一端连接，所述第二比较器A2的第二端与所述第一微控制单元连接，所述第九电阻R9的第一端分别与所述第一电容C1的第一端以及所述第一开关管的第一端连接，所述第八电阻R8的第二端与所述第十电阻R10的第二端接地。

需要说明的是，在图5中通过调节第七电阻R7与第八电阻R8的阻值即可实现对脉冲电压信号的电压幅值进行调节，在第七电阻R7的第二端与第八电阻R8的第一端输出调节后的脉冲电压信号至第二比较器A2的第一输入端。通过调节第九电阻R9与第十电阻R10的阻值便可在第九电阻R9的第二端与第十电阻R10的第一端形成一个参考电压，并将所述参考电压接入第二比较器A1的第二输出端，以此实现脉冲电压信号的电压幅值调节以及边沿正常过程。

在本实施例中，所述电机转速安全控制装置还包括：隔离模块；所述隔离模块包括：第十一至第十二电阻以及隔离器件OC1；

其中，第十一电阻的第一端与所述第一比较器A1的输出端或所述第二比较器A2的输出端连接，所述第十一电阻R11的第二端与所述隔离器件OC1的第一端连接，所述隔离器件OC1的第三端与所述第十二电阻R12的第二端连接，所述隔离器件OC1的第四端与所述第一微控制单元连接，所述第十二电阻R12的第一端与第一电源VCC连接，所述隔离器件OC1的第二端接地GND。

需要说明的是，变频器需要将电压值很高的电压转换为电压值较低的调节后的脉冲电压信号。因此变频器内及包括高电压区域也包括低电压区域。将逆变模块、电压调节模块30以及边沿调节模块40设置在低电平区域时，高电压的电压信号输入至逆变模块时，为了避免对其他元器件造成影响需要设置隔离模块。在本实施例中，隔离模块可以是光电耦合器，根据信号的电压值的高低确定是否将该信号输入；也可以是降压电阻，通过将电压值较高的信号的电压值进行压降实现隔离。其中，隔离器件OC1可以是光电耦合器。

在具体实施中，参照图6，在图6中以光电耦合器为例进行说明。隔离器件OC1可以通过第一比较器A1的输出端输出的电压信号控制光电耦合器OC1的第一端和第二端之间导通，通过第一电源VCC输出相应的标准脉冲电压信号至第一微控制单元。当然也可以通过其他方式实现隔离，例如隔离电容等，此处不在赘述。

在本实施例中，电机转速安全控制装置通过设置控制模块、边沿调节模块以及隔离模块，可以使脉冲电压信号的信号脉宽更加准确，第一微控制单元可以更加准确的计算出电机的第二转速。此外设置第二微控制单元可以对第一微控制单元计算的电机第二转速进行确认，还可以及时的根据第二转速对电机的状态进行调整，能够更加安全的对电机的第二转速进行获取。

参照图7，图7为本发明电机转速安全控制装置第三实施例的结构示意图。基于上述第一实施例提出本发明电机转速安全控制装置第三实施例。

在本实施例中，所述第一转速调节模块10包括：第一微控制单元MCU1，所述第二转速确定模块20包括第二微控制单元MCU2；

其中，所述控制模块分别与所述逆变模块以及所述第一微控制单元MCU1连接，所述第二微控制单元MCU2分别与所述边沿调节模块40以及所述第一微控制单元MCU1连接。

需要说明的是，第一微控制单元MCU1和第二微控制单元MCU2均可以对电机转速进行确定。第一微控制单元MCU1可以准确的计算出电机的第一转速。第二微控制单元MCU2可以对电机的第二转速进行估算。其中，上述第一微控制单元MCU1和第二微控制单元MCU2均可以为MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。当然可以理解的是，还可以采用其它可能的处理器来实现第一微控制单元MCU1和第二微控制单元MCU2的功能，例如：中央处理器等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限制。

在具体实施中，所述第二微控制单元MCU2可以获取所述调节后的脉冲电压信号的信号脉宽，根据所述信号脉宽确定所述电机的第二转速，并将所述第二转速发送至所述第一微控制单元MCU1；所述第一微控制单元MCU1可以接收所述控制模块输出的电机控制信号，并根据所述电机控制信号确定所述电机的第一转速；此外，在接收到所述第二转速时，还可以将所述第二转速与第一转速进行比较确定第二转速与第一转速之间的转速差及误差，并在所述第二转速与第一转速之间的转速差超过预设转速阈值时，输出电机截止信号至所述控制模块，以使所述控制模块控制电机停机。

应理解的是，预设转速阈值为电机的第二转速与第一转速的误差阈值。在转速差处于预设转速阈值范围时，第一微控制单元MCU1和第二微控制单元MCU2计算出的电机转速为准确的转速；在转速差超过预设转速阈值时，此时，第一微控制单元MCU1和第二微控制单元MCU2对于电机的转速计算过程存在错误，无法获取准确的电机转速，为了避免发生安全事故，第一微控制单元MCU1可以输出电机截止信号，以使控制模块控制电机停止工作。

当然，所述第一微控制单元MCU1还可以根据所述第二转速确定所述电机的当前运行状态，并在所述当前运行状态为异常运行状态时，输出电机调节信号至所述控制模块，以使所述控制模块根据所述调节信号对所述电机的当前运行状态进行调整。例如电机转速长时间为零并且短时间内不需要重新启动电机时，可以输出相应的信号，控制电机与供电电源之间回路断开连接，切断电机的动力来源；当电机速度降为零，使电机轴主动保持住当前位置，以便在短时间内快速恢复至生产状态；在电机的第二转速超过设定的安全转速时，电机继续运行可能存在一定风险，输出报警提示信号通过上位机进行确认；在电机的第二转速超过极限速度时，立即输出电机截止信号至控制模块，控制电机停止运转。

其中，第一微控制单元MCU1同样可以将第一转速发送至第二微控制单元MCU2，并在第二微控制单元MCU2内进行比较。第二微控制单元MCU2同样可以根据所述第一转速和第二转速确定所述电机的当前运行状态，并在所述当前运行状态为异常运行状态时，输出电机调节信号至所述控制模块，以使所述控制模块根据所述调节信号对所述电机的当前运行状态进行调整。

在本实施例中，所述第二微控制单元MCU2可以包括：模数转换单元、滤波单元、相位锁定单元以及脉宽测量单元；

其中，所述模数转换单元分别与所述电压调节模块以及所述滤波单元连接，所述相位锁定单元分别与所述滤波单元以及所述脉宽测量单元；

应理解的是，所述模数转换单元可以将所述电压调节脉冲信号转换为数字脉冲信号，并将所述数字脉冲信号输出至所述滤波单元；所述滤波单元可以在接收到所述数字脉冲信号时，对所述数字脉冲信号进行滤波获得滤波脉冲信号，并将所述滤波脉冲信号输出至所述相位锁定单元；所述相位锁定单元可以在接收到所述滤波脉冲信号时，对所述滤波脉冲信号的相位进行锁定获得相位锁定脉冲信号，获取所述相位锁定脉冲信号的信号脉宽，并根据所述信号脉宽确定所述电机的第二转速。

此外，为实现上述目的本发明还提供了一种电机转速安全控制系统，所述电机转速安全控制系统包括上述的电机转速安全控制装置。该电机转速安全控制装置的具体结构参照上述实施例，由于变频器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

此外，为实现上述目的本发明还提供了一种电机转速安全控制方法，参照图8，图8为本发明电机转速安全控制方法的第一实施例的流程示意图，基于图7本发明还提出一种电机转速安全控制方法的第一实施例。

在本实施例中，所述电机转速安全控制装置制作方法包括：

步骤S10：基于接收的控制信号确定电机的第一转速；其中，所述控制信号由变频器的控制模块生成。

步骤S20：根据接收的脉冲电压信号确定所述电机的第二转速；其中，所述脉冲电压信号由所述变频器输出端输出。

步骤S30：利用所述第一转速和所述第二转速确定安全控制信号；其中，所述安全控制信号用于使所述控制模块对所述电机进行转速控制。

需要说明的是，相电压信号为火线与地线之间的电压信号。相电压信号可直接驱动电机进行转动。脉冲电压信号是根据脉冲信号的占空比对电机进行驱动的信号。

应理解的是，变频器在对电机进行控制时，需要想电机输入周期性的脉冲信号。该脉冲信号的信号脉宽与电机转速之间存在一定的对应关系。输入电机的信号脉宽确定的脉冲信号经过低通滤波后便可获取到具有周期性的交流信号，在该交流信号的相位锁定之后，该交流信号的频率便是电机的第二转速。因此在获取到输入电机的脉冲信号的脉宽即可确定电机的第二转速。

在具体实施中，第一转速确定模块可以接收所述控制模块输出的电机控制信号，并根据所述电机控制信号确定所述电机的第一转速；此外，在接收到所述第二转速时，还可以将所述第二转速与第一转速进行比较确定第二转速与第一转速之间的转速差及误差，并在所述第二转速与第一转速之间的转速差超过预设转速阈值时，输出电机截止信号至所述控制模块，以使所述控制模块控制电机停机。所述第二转速确定模块可以获取所述调节后的脉冲电压信号的信号脉宽，根据所述信号脉宽确定所述电机的第二转速，并将所述第二转速发送至所述第一转速确定模块。

其中，相电压信号为火线与地线之间的电压信号。相电压信号可直接驱动电机进行转动。脉冲电压信号是根据脉冲信号的占空比对电机进行驱动的信号。调节后的脉冲电压信号是电压值满足第二转速确定模块等级的脉冲信号，该脉冲信号可直接输入第二转速确定模块。

在本实施例中提供了一种电机转速安全控制方法，该电机转速安全控制方法基于所述控制模块传输的控制信号确定电机的第一转速；接收所述变频器输出的脉冲电压信号，基于所述脉冲电压信号确定所述电机的第二转速；根据所述第一转速和所述第二转速生成安全控制信号，并将所述安全控制信号反馈至所述控制模块。本实施例通过确定电机的第一转速和第二转速，并根据第一转速和第二转速生成安全控制信号对所述电机转速进行安全控制。

参照图9，图9为本发明电机转速安全控制方法的第二实施例的流程示意图。基于上述第一实施例提出本发明电机转速安全控制方法的第二实施例。

在本实施例中，所述步骤S30为：步骤S30'：在所述第一转速与所述第二转速之间的差值大于预设阈值的情况下，生成安全控制信号；其中，所述安全控制信号包括：报警提示信号和停机控制信号。

其中，报警提示信号可以是声音报警信号和灯光报警信号，用于体现电机当前转速处于异常状态。停机控制信号用于在电机转速异常时对电机迅速的进行停机控制。

步骤S10为步骤S10'：对接收到的控制信号进行冗余速度估算确定第一转速。

需要说明的是，冗余速度估算是根据控制信号对第一转速进行重复计算，以确定获取到第一转速的准确性。在具体计算过程中，第一转速确定模块可以根据接收到的控制信号重复的计算第一转速，然后将计算到的各个第一转速取平均值获取到准确的第一转速。

步骤S20为步骤S20'：对接收的脉冲电压信号进行冗余速度估算确定所述电机的第二转速。

应理解的是，第二转速的的计算过程中，同样可以采用冗余转速计算的方式，具体计算过程可参照第一转速计算方式，此处不再赘述。

在本实施例中，通过冗余转速计算的方式得到准确的第一转速和第二转速，然后利用准确的第一转速和第二转速进行比较，在第一转速与所述第二转速之间的差值大于预设阈值的情况下，输出安全控制信号对电机进行准确控制。

以上仅为本发明的优选实施例，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。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机转速安全控制装置，其特征在于，所述电机转速安全控制装置包括：

第一转速确定模块，与变频器的控制模块连接，用于基于所述控制模块传输的控制信号确定电机的第一转速；

第二转速确定模块，与所述第一转速确定模块电性连接，所述第二转速确定模块，用于接收所述变频器输出的脉冲电压信号，基于所述脉冲电压信号确定所述电机的第二转速，并将所述第二转速反馈至所述第一转速确定模块；

所述第一转速确定模块还用于根据所述第一转速和所述第二转速生成安全控制信号，并将所述安全控制信号反馈至所述控制模块。

2.如权利要求1所述的电机转速安全控制装置，其特征在于，所述电机转速安全控制装置还包括：

电压调节模块和边沿调节模块，所述电压调节模块的第一端与所述变频器的电压输出端连接，所述电压调节模块的第二端与所述边沿调节模块连接，所述电压调节模块用于对所述脉冲电压信号进行电压调节，获得调节后的脉冲电压信号，并将所述调节后的脉冲电压信号输出至所述边沿调节模块；

所述边沿调节模块的第一端与所述电压调节模块连接，所述边沿调节模块的第二端与所述第二转速确定模块连接，所述边沿调节模块，用于对所述调节后的脉冲电压信号的进行边沿调节获得标准脉冲电压信号，并将所述标准脉冲电压信号输出至所述第二转速确定模块；

所述第二转速确定模块，还用于获取所述标准脉冲电压信号的信号脉宽，根据所述信号脉宽确定所述电机的第二转速。

3.如权利要求2所述的电机转速安全控制装置，其特征在于，所述电压调节模块包括：第一至第四电阻和第一放大器；

所述边沿调节包括：第一二极管、第二电容、第五至第六电阻以及第一比较器；

其中，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端以及所述第一放大器的第一输入端连接，第三电阻的第一端与所述第二开关管的第二端以及第一电容的第二端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一放大器的第二输入端以及第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端分别与所述第一放大器的输出端、第一二极管的第一端以及所述第一比较器的第一输入端连接，所述第一二极管的第二端分别与所述第二电容的第一端以及第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端分别与所述第一比较器的第二输入端以及第六电阻的第一端连接，所述第一比较器的输出端与所述第一微控制单元连接，所述第二电阻的第二端、所述第二电容的第二端以及所述第六电阻的第二端接地。

4.如权利要求2所述的电机转速安全控制装置，其特征在于，所述电压调节模块包括：第七至第八电阻；

所述边沿调节包括：第九至第十电阻以及第二比较器；

其中，第七电阻的第一端分别与所述第一开关管的第二端以及所述第二开关管的第一端连接，所述第七电阻的第二端与所述第八电阻的第一端以及所述第二比较器的第一输入端连接，所述第二比较器的第二输入端分别与第九电阻的第二端以及第十电阻的第一端连接，所述第二比较器的第二端与所述第一微控制单元连接，所述第九电阻的第一端分别与所述第一电容的第一端以及所述第一开关管的第一端连接，所述第八电阻的第二端与所述第十电阻的第二端接地。

5.如权利要求3所述的电机转速安全控制装置，其特征在于，所述电机转速安全控制装置还包括：

隔离模块，包括：第十一电阻、第十二电阻以及隔离器件；

其中，第十一电阻的第一端与所述第一比较器的输出端连接，所述第十一电阻的第二端与所述隔离器件的第一端连接，所述隔离器件的第三端与所述第十二电阻的第二端连接，所述隔离器件的第四端与所述第一微控制单元连接，所述第十二电阻的第一端与第一电源连接，所述隔离器件的第二端接地。

6.如权利要求1所述的电机转速安全控制装置，其特征在于，所述第一转速确定模块包括：第一微控制单元；所述第二转速确定模块包括：第二微控制单元。

7.一种电机转速安全控制系统，其特征在于，所述电机转速安全控制系统包括：如权利要求1-6所述的电机转速安全控制装置和变频器。

8.一种电机转速安全控制方法，其特征在于，所述电机转速安全控制方法包括：

基于接收的控制信号确定电机的第一转速；其中，所述控制信号由变频器的控制模块生成；

根据接收的脉冲电压信号确定所述电机的第二转速；其中，所述脉冲电压信号由所述变频器输出端输出；

利用所述第一转速和所述第二转速确定安全控制信号；其中，所述安全控制信号用于使所述控制模块对所述电机进行转速控制。

9.如权利要求8所述的电机转速安全控制方法，其特征在于，所述利用所述第一转速和所述第二转速确定安全控制信号，包括：

在所述第一转速与所述第二转速之间的差值大于预设阈值的情况下，生成安全控制信号；其中，所述安全控制信号包括：报警提示信号和停机控制信号。

10.如权利要求9所述的电机转速安全控制方法，其特征在于，所述基于接收的控制信号确定电机的第一转速，包括：

对接收到的控制信号进行冗余速度估算确定第一转速；

所述根据接收的脉冲电压信号确定所述电机的第二转速，包括：

对接收的脉冲电压信号进行冗余速度估算确定所述电机的第二转速。

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