CN114754070B - 一种磁悬浮压缩机轴承控制系统及控制方法 - Google Patents

一种磁悬浮压缩机轴承控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磁悬浮压缩机轴承控制系统及控制方法，该系统包括：总控制器和若干磁悬浮压缩机，其中，磁悬浮压缩机包括磁悬浮轴承及设置于磁悬浮轴承上的信号采集装置和驱动装置；信号采集装置与总控制器通信连接，用于采集磁悬浮轴承的转子位移信号及线圈的电流信号，并将转子位移信号和电流信号发送至总控制器；总控制器与驱动装置通信连接，用于根据转子位移信号和电流信号生成电流控制指令，并将电流控制指令发送至驱动装置，以使驱动装置按照电流控制指令调节线圈的输出电流。通过利用一个总控制器实现批量磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承的远程控制功能，无需单独配备轴承控制器，降低了成本，并且降低了维护难度和成本，提高用户使用体验。

Description

一种磁悬浮压缩机轴承控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及磁悬浮压缩机技术领域，具体涉及一种磁悬浮压缩机轴承控制系统及控制方法。
背景技术
在磁悬浮压缩机领域，磁悬浮轴承控制器可控制压缩机转子悬浮，每台压缩机都必须有一个对应的控制器，每个控制器都需要写入悬浮控制程序。当批量使用压缩机的情况下，每台压缩机都相对独立，且都需要安装轴承控制器，这就造成压缩机成本提高；当压缩机出现轴承故障时，必须维护人员到压缩机现场针对故障压缩机进行维护，需要升级控制器软件时也必须到压缩机现场进行逐一升级，所以这种独立的控制方式增加维护难度和维护成本。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种磁悬浮压缩机轴承控制系统及控制方法，以克服现有技术中磁悬浮压缩机的轴承需要单独安装轴承控制器，造成成本高维护难度大的问题。
本发明实施例提供了一种磁悬浮压缩机轴承控制系统，包括：总控制器和若干磁悬浮压缩机，其中，
所述磁悬浮压缩机包括磁悬浮轴承及设置于所述磁悬浮轴承上的信号采集装置和驱动装置；
所述信号采集装置与所述总控制器通信连接，用于采集所述磁悬浮轴承的转子位移信号及线圈的电流信号，并将所述转子位移信号和所述电流信号发送至所述总控制器；
所述总控制器与所述驱动装置通信连接，用于根据所述转子位移信号和所述电流信号生成电流控制指令，并将所述电流控制指令发送至所述驱动装置，以使所述驱动装置按照所述电流控制指令调节所述线圈的输出电流。
可选地，在所述总控制器中内置有磁悬浮控制模型，所述总控制器通过将所述转子位移信号和所述电流信号生成电流控制指令输入所述磁悬浮控制模型生成所述电流控制指令。
可选地，所述信号采集装置为AD采样电路，所述AD采样电路包括：电流传感器和位移传感器，所述电流传感器用于检测所述线圈的电流信号，所述位移传感器用于检测所述转子位移信号。
可选地，所述磁悬浮轴承还包括：子控制器，所述子控制器的第一端与所述信号采集装置连接，第二端与所述总控制器连接，第三端与所述驱动装置连接；
所述子控制器用于将所述信号采集装置采集的所述转子位移信号和所述电流信号发送至所述总控制器，并接收所述总控制器发送的电流控制指令，将所述电流控制指令转换为驱动信号输入所述驱动装置。
可选地，所述子控制器包括：DA转换电路，所述DA转换电路用于将所述电流控制指令转换为驱动信号。
可选地，所述子控制器与所述总控制器通过以太网连接。
可选地，所述总控制器还用于根据各磁悬浮压缩机发送的所述转子位移信号和所述电流信号对各磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承进行故障检测，并根据故障检测结果进行故障预警。
本发明实施例还提供了一种磁悬浮压缩机轴承控制方法，应用于本发明另一实施例所述的磁悬浮压缩机轴承控制系统中的总控制器，所述方法包括：
获取当前磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承对应的转子位移信号和电流信号；
基于所述转子位移信号和电流信号生成电流控制指令；
将所述电流控制指令发送至当前磁悬浮压缩机对应的驱动装置，以使所述驱动装置按照所述电流控制指令调节所述当前磁悬浮压缩机对应的线圈的输出电流。
可选地，所述方法还包括：
基于所述转子位移信号和电流信号，对所述当前磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承进行故障检测；
根据故障检测结果进行故障预警。
可选地，所述基于所述转子位移信号和电流信号，对所述当前磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承进行故障检测，包括：
判断所述转子位移信号是否超过预设位移阈值，并判断所述电流信号是否超过预设电流阈值；
在所述转子位移信号超过预设位移阈值时，判定为轴承位移故障；
在所述电流信号超过预设电流阈值时，判定为轴承电流故障。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明实施例提供的磁悬浮压缩机轴承控制系统，包括：总控制器和若干磁悬浮压缩机，其中，磁悬浮压缩机包括磁悬浮轴承及设置于磁悬浮轴承上的信号采集装置和驱动装置；信号采集装置与总控制器通信连接，用于采集磁悬浮轴承的转子位移信号及线圈的电流信号，并将转子位移信号和电流信号发送至总控制器；总控制器与驱动装置通信连接，用于根据转子位移信号和电流信号生成电流控制指令，并将电流控制指令发送至驱动装置，以使驱动装置按照电流控制指令调节线圈的输出电流。从而通过利用一个总控制器来实现批量磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承的远程控制功能，使得磁悬浮压缩机无需单独配备轴承控制器，降低了成本，并且可以通过总控制器对磁悬浮轴承进行远程监控和维护，大大降低了维护难度和维护成本。
2.本发明实施例提供的磁悬浮压缩机轴承控制方法，通过获取当前磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承对应的转子位移信号和电流信号；基于转子位移信号和电流信号生成电流控制指令；将电流控制指令发送至当前磁悬浮压缩机对应的驱动装置，以使驱动装置按照电流控制指令调节当前磁悬浮压缩机对应的线圈的输出电流。从而通过利用一个总控制器来实现批量磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承的远程自动控制，使得磁悬浮压缩机无需单独配备轴承控制器，降低了成本，并且可以通过总控制器对磁悬浮轴承进行远程监控和维护，大大降低了维护难度和维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。
图1为本发明实施例的磁悬浮压缩机轴承控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的磁悬浮压缩机轴承控制系统的软件功能组成示意图；
图3为本发明实施例的磁悬浮压缩机轴承控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在磁悬浮压缩机领域，磁悬浮轴承控制器可控制压缩机转子悬浮，每台压缩机都必须有一个对应的控制器，每个控制器都需要写入悬浮控制程序。当批量使用压缩机的情况下，每台压缩机都相对独立，且都需要安装轴承控制器，这就造成压缩机成本提高；当压缩机出现轴承故障时，必须维护人员到压缩机现场针对故障压缩机进行维护，需要升级控制器软件时也必须到压缩机现场进行逐一升级，所以这种独立的控制方式增加维护难度和维护成本。
基于上述问题，本发明实施例提供了一种磁悬浮压缩机轴承控制系统，如图1所示，该系统包括：总控制器101和若干磁悬浮压缩机102，其中，磁悬浮压缩机102包括磁悬浮轴承21及设置于磁悬浮轴承21上的信号采集装置22和驱动装置23；信号采集装置22与总控制器101通信连接，用于采集磁悬浮轴承21的转子位移信号及线圈的电流信号，并将转子位移信号和电流信号发送至总控制器101；总控制器101与驱动装置23通信连接，用于根据转子位移信号和电流信号生成电流控制指令，并将电流控制指令发送至驱动装置23，以使驱动装置23按照电流控制指令调节线圈的输出电流。
其中，如图1所示，上述的驱动装置23为压缩机轴承的功放，与现有技术中轴承的功放模块的功能及原理相同，该功放模块包括控制功率部分的开关管，通过调节开关管的驱动信号的占空比，使得开关管断开与闭合，进而在线圈中产生相应的控制电流，具体实现过程参见现有技术的相关描述，在此不再进行赘述。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的磁悬浮压缩机轴承控制系统，通过利用一个总控制器来实现批量磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承21的远程控制功能，使得磁悬浮压缩机无需单独配备轴承控制器，降低了成本，并且可以通过总控制器对磁悬浮轴承进行远程监控和维护，大大降低了维护难度和维护成本。
具体地，在一实施例中，在总控制器101中内置有磁悬浮控制模型，总控制器101通过将转子位移信号和电流信号生成电流控制指令输入磁悬浮控制模型生成电流控制指令。
其中，该磁悬浮控制模型可以是参照现有技术中控制转子悬浮的悬浮算法建立的控制模型，总控制器101通过将转子位移信号和电流信号作为悬浮算法的输入，进行悬浮算法运算，计算出线圈目标输出电流，然后生成相应的电流控制指令发送给磁悬浮压缩机102。从而可以利用一个总控制器101对批量磁悬浮压缩机102进行控制，总控制器101通过事先对与其连接的各个磁悬浮压缩机102建立通信通道，从而根据接收到的转子位移信号和电流信号来自哪个通信通道即可对该通信通道对应的磁悬浮压缩机102的磁悬浮轴承21进行悬浮控制，提高控制效率。
示例性地，以悬浮算法为PID算法为例，总控制器101对转子位移信号进行PID运算，得出所需的轴承力大小，根据力的大小算出线圈电流的大小，利用电流信号再经过一个PI运算，算出电流值数字量(占空比)发送给驱动装置23使其产生相应占空比的驱动信号以驱动线圈产生相应的电流，实现转子的悬浮控制。
具体地，在一实施例中，信号采集装置22为AD采样电路，AD采样电路包括：电流传感器和位移传感器，电流传感器用于检测线圈的电流信号，位移传感器用于检测转子位移信号。AD采样电路的具体电路结构及实现方式可以参照现有技术中包含电流传感器的电流检测电路和包含位移传感器的位移检测电路加以实现，在此不再进行赘述，只要能够实现线圈电流检测功能和转子位移检测功能即可，本发明并不以此为限。
具体地，在一实施例中，磁悬浮轴承21还包括：子控制器24，子控制器24的第一端与信号采集装置22连接，第二端与总控制器101连接，第三端与驱动装置23连接；子控制器24用于将信号采集装置22采集的转子位移信号和电流信号发送至总控制器101，并接收总控制器101发送的电流控制指令，将电流控制指令转换为驱动信号输入驱动装置23。
其中，该子控制器24可以采用DSP、单片机等处理器，本发明并不以此为限，由于子控制器24不是轴承控制器，其本身并不用于对磁悬浮轴承21进行控制，仅用于总控制器101与信号采集装置22及驱动装置23间通信数据转换，其硬件成本较低，几乎可以忽略不计，并不会额外增加压缩机的成本。
示例性地，子控制器24与总控制器101通过以太网连接。以实现总控制器101对各个磁悬浮压缩机102的远程控制，此外，在实际应用中，还可以采用其他无线通信的方式实现总控制器101对磁悬浮压缩机102的远程控制，如：WIFI连接等，本发明并不以此为限。
具体地，在一实施例中，子控制器24包括：DA转换电路，DA转换电路用于将电流控制指令转换为驱动信号。其中，DA转换电路为可以采用现有技术中常用的数字信号转换为模拟信号的电路加以实现，其具体电路结构在此不再进行赘述。示例性地，DSP连接AD采样电路，对线圈的电流信号和转子位移信号进行采样，并通过以太网将这两个信号发送给总控制器101，总控制器101的控制输出信号即电流控制指令通过以太网发送给DSP，DSP通过DA转换电路发送驱动信号驱动磁悬浮轴承21的功率放大器工作，进而输出控制电流，实现闭环控制转子悬浮。
具体地，在一实施例中，上述的总控制器101还用于根据各磁悬浮压缩机102发送的转子位移信号和电流信号对各磁悬浮压缩机102的磁悬浮轴承21进行故障检测，并根据故障检测结果进行故障预警。
示例性地，上述系统的软件功能示意图如图2所示，总控制器101可通过实时地监控各个磁悬浮压缩机102对应的电流信号和转子位移信号，可根据电流信号和转子位移信号来判断磁悬浮轴承21是否出现故障，如果电流信号或位移信号超过了设定的阈值，则判断为轴承故障，对此故障的电流和转子位移数据进行存储，并发出告警。关于总控制器101更进一步的描述可参见下文方法实施例的相关描述，在此不再进行赘述。
本发明实施例提供的磁悬浮压缩机102轴承控制系统，通过采用集中控制的方式取代独立控制器控制方式，一台集中控制器可控制多台磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承21，进行远程控制。控制悬浮算法程序集中在总控制器101运行，DSP不作运算，只作数据采集和驱动功放，提高了采样精度。并且可同时监控多台磁悬浮压缩机102运行状态，具备故障存储功能。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的磁悬浮压缩机轴承控制系统，通过利用一个总控制器来实现批量磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承的远程控制功能，使得磁悬浮压缩机无需单独配备轴承控制器，降低了成本，并且可以通过总控制器对磁悬浮轴承进行远程监控和维护，大大降低了维护难度和维护成本。
本发明实施例还提供了一种磁悬浮压缩机轴承控制方法，应用于本发明另一实施例的磁悬浮压缩机轴承控制系统中的总控制器101，如图3所示，该磁悬浮压缩机轴承控制方法包括：
步骤S101：获取当前磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承对应的转子位移信号和电流信号。
步骤S102：基于转子位移信号和电流信号生成电流控制指令。
步骤S103：将电流控制指令发送至当前磁悬浮压缩机对应的驱动装置，以使驱动装置按照电流控制指令调节当前磁悬浮压缩机对应的线圈的输出电流。
具体地，可以利用现有技术中控制转子悬浮的悬浮算法，总控制器通过将转子位移信号和电流信号作为悬浮算法的输入，进行悬浮算法运算，计算出线圈目标输出电流，然后生成相应的电流控制指令发送给磁悬浮压缩机。从而可以利用一个总控制器对批量磁悬浮压缩机进行控制，总控制器通过事先对与其连接的各个磁悬浮压缩机建立通信通道，从而根据接收到的转子位移信号和电流信号来自哪个通信通道即可对该通信通道对应的磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承进行悬浮控制，提高控制效率。
示例性地，以悬浮算法为PID算法为例，总控制器对转子位移信号进行PID运算，得出所需的轴承力大小，根据力的大小算出线圈电流的大小，利用电流信号再经过一个PI运算，算出电流值数字量(占空比)发送给驱动装置使其产生相应占空比的驱动信号以驱动线圈产生相应的电流，实现转子的悬浮控制。
通过执行上述步骤，本发明实施例提供的磁悬浮压缩机轴承控制方法，通过利用一个总控制器来实现批量磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承的远程自动控制，使得磁悬浮压缩机无需单独配备轴承控制器，降低了成本，并且可以通过总控制器对磁悬浮轴承进行远程监控和维护，大大降低了维护难度和维护成本。
具体地，在一实施例中，上述的磁悬浮压缩机轴承控制方法还包括如下步骤：
步骤S201：基于转子位移信号和电流信号，对当前磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承进行故障检测。
具体地，上述步骤S201通过判断转子位移信号是否超过预设位移阈值，并判断电流信号是否超过预设电流阈值；在转子位移信号超过预设位移阈值时，判定为轴承位移故障；在电流信号超过预设电流阈值时，判定为轴承电流故障。
其中，上述两个阈值可通过总控制器来手动设定，一般设定在可承载的电流大小之内或位移间隙大小之内。可以根据这两个信号分析出轴承故障，比如：采集的转子位移信号在一定时间内超过了设定的位移间隙阈值，则判断为轴承位移故障；采集的电流信号在一定时间内超过了设定的电流阈值，则判断为轴承电流故障，本发明并不以此为限。
步骤S202：根据故障检测结果进行故障预警。
具体地，当某一台磁悬浮压缩机出现磁悬浮轴承故障时，可以根据故障的具体类型进行语言和/灯光预警，或者将故障检测结果发送至运维人员，提醒运维人员到现场进行检修，便于维护磁悬浮压缩机，以提高检修效率降低成本。
示例性地，以一台磁悬浮压缩机为例，DSP将电流信号和转子位移信号实时地通过以太网反馈给总控制器，总控制器利用电流信号和转子位移信号作为悬浮算法的输入，进行悬浮算法运算，计算出输出电流值数字量，通过以太网发送给DSP，DSP根据此电流值数字量输出相应的驱动信号经DA转换电路形成开关信号驱动开关功放工作，输出线圈电流，从而形成电磁力控制转子悬浮。通过以太网网络的连接方式，实现了用总控制器远程控制转子悬浮的功能；另外，总控制器可实时地监控电流信号和转子位移信号数据，可根据电流信号和转子位移信号来判断磁悬浮轴承是否出现故障，如果电流信号或位移信号超过了设定的阈值，则判断为轴承故障，对此故障的电流和位移数据进行存储，并发出告警。
通过多台磁悬浮压缩机共用一台总控制器，共用相同悬浮算法，算法运算由总控制器完成，以取代DSP运算算法的方式，提高DSP运行效率，实现磁悬浮压缩机“无控制器化”，降低成本。
通过执行上述步骤，本发明实施例提供的磁悬浮压缩机轴承控制方法，通过利用一个总控制器来实现批量磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承的远程自动控制，使得磁悬浮压缩机无需单独配备轴承控制器，降低了成本，并且可以通过总控制器对磁悬浮轴承进行远程监控和维护，大大降低了维护难度和维护成本。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种磁悬浮压缩机轴承控制系统，其特征在于，包括：总控制器和若干磁悬浮压缩机，其中，
所述磁悬浮压缩机包括磁悬浮轴承及设置于所述磁悬浮轴承上的信号采集装置和驱动装置；
所述信号采集装置与所述总控制器通信连接，用于采集所述磁悬浮轴承的转子位移信号及线圈的电流信号，并将所述转子位移信号和所述电流信号发送至所述总控制器；
所述总控制器与所述驱动装置通信连接，用于根据所述转子位移信号和所述电流信号生成电流控制指令，并将所述电流控制指令发送至所述驱动装置，以使所述驱动装置按照所述电流控制指令调节所述线圈的输出电流；利用一个总控制器来实现批量磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承的远程控制，使得磁悬浮压缩机无需单独配备轴承控制。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮压缩机轴承控制系统，其特征在于，在所述总控制器中内置有磁悬浮控制模型，所述总控制器通过将所述转子位移信号和所述电流信号生成电流控制指令输入所述磁悬浮控制模型生成所述电流控制指令。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮压缩机轴承控制系统，其特征在于，所述信号采集装置为AD采样电路，所述AD采样电路包括：电流传感器和位移传感器，所述电流传感器用于检测所述线圈的电流信号，所述位移传感器用于检测所述转子位移信号。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮压缩机轴承控制系统，其特征在于，所述磁悬浮轴承还包括：子控制器，所述子控制器的第一端与所述信号采集装置连接，第二端与所述总控制器连接，第三端与所述驱动装置连接；
所述子控制器用于将所述信号采集装置采集的所述转子位移信号和所述电流信号发送至所述总控制器，并接收所述总控制器发送的电流控制指令，将所述电流控制指令转换为驱动信号输入所述驱动装置；子控制器不是轴承控制器，其本身并不用于对磁悬浮轴承进行控制，仅用于总控制器与信号采集装置及驱动装置间通信数据转换。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮压缩机轴承控制系统，其特征在于，所述子控制器包括：DA转换电路，所述DA转换电路用于将所述电流控制指令转换为驱动信号。
6.根据权利要求4所述的磁悬浮压缩机轴承控制系统，其特征在于，所述子控制器与所述总控制器通过以太网连接。
7.根据权利要求1所述的磁悬浮压缩机轴承控制系统，其特征在于，所述总控制器还用于根据各磁悬浮压缩机发送的所述转子位移信号和所述电流信号对各磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承进行故障检测，并根据故障检测结果进行故障预警。
8.一种应用于如权利要求1-7任一项所述的磁悬浮压缩机轴承控制系统的磁悬浮压缩机轴承控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取当前磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承对应的转子位移信号和电流信号；
基于所述转子位移信号和电流信号生成电流控制指令；
将所述电流控制指令发送至当前磁悬浮压缩机对应的驱动装置，以使所述驱动装置按照所述电流控制指令调节所述当前磁悬浮压缩机对应的线圈的输出电流。
9.根据权利要求8所述的磁悬浮压缩机轴承控制方法，其特征在于，还包括：
基于所述转子位移信号和电流信号，对所述当前磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承进行故障检测；
根据故障检测结果进行故障预警。
10.根据权利要求9所述的磁悬浮压缩机轴承控制方法，其特征在于，所述基于所述转子位移信号和电流信号，对所述当前磁悬浮压缩机的磁悬浮轴承进行故障检测，包括：
判断所述转子位移信号是否超过预设位移阈值，并判断所述电流信号是否超过预设电流阈值；
在所述转子位移信号超过预设位移阈值时，判定为轴承位移故障；
在所述电流信号超过预设电流阈值时，判定为轴承电流故障。
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