CN209248275U - 一种永磁调速装置智能监控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种灵活性高可以远程维护能够满足复杂监控和智能管理的永磁调速装置智能监控系统，包括控制模块，远程服务器，传感器，无线通信模块；微处理器分别与存储器、输出隔离电路、输入AD转换电路、输出DA转换电路、看门狗电路、DC‑DC电源转换电路、CAN总线通讯电路、485总线通讯电路、无线数据模块接口电路连接。本实用新型的有益效果是,本实用新型通过在控制模块中设置微处理器，满足工业复杂应用的编程和应用需求，可实现监视控制、联锁保护、PID自动调节等功能，可支持C语言编程，支持高级算法应用，支持滞后型被调量的PID调节算法、支持串级PID调节。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种监控系统具体涉及一种永磁调速装置智能监控系统。
背景技术
永磁调速（永磁传动）装置是传动史上的一场革命，其结构简单、运行可靠、节能降耗的特点很好的应用于现代化工业中，其主要应用于石油、石化、电力、矿山、钢铁、化工、水泥等行业的电机拖动系统节能。永磁调速装置主要由铜转子、永磁转子和执行器三个部分组成。一般，铜转子与电机轴连接，永磁转子与工作机的轴连接，铜转子和永磁转子之间有空气间隙（称为气隙），没有传递扭矩的机械连接。这样，电机和工作机之间形成了软（磁）连接，通过调节气隙来实现工作机轴扭矩、转速的变化。通过调整气隙大小，可实现在电机转速不变的情况下实现输出转速的无级调节，即可改变两者之间传递的扭矩，能实现可重复的、可调整的、可控制的输出扭矩和转速，实现调速节能的目的。
永磁调速装置重要性高、价值较高、独立性较强，通常包含监控系统。
常见的永磁调速装置监控系统包括：可编程控制器PLC、继电器、信号隔离器、电源、按钮、端子、触摸显示屏、接触器等，安装在壁挂式箱体内，构成控制箱。
现有技术中永磁调速装置基本原理为：现场温度、流量、压力、电流信号等接入控制箱的信号隔离器输入端，信号隔离器输出端1接入可编程控制器PLC，信号隔离器输出端2可输出4-20mA标准信号至其它控制系统，可编程控制器PLC采集到现场信号后，经程序判断发出控制指令至继电器和信号隔离器，同时将现场信号和控制指令等显示在触摸显示屏上，触摸显示屏也可将命令发送至可编程控制器PLC。电源、按钮、端子、接触器、继电器等提供必要的电气回路功能。
现有技术中的永磁调速装置存在以下缺陷：
1、采用可编程控制器PLC灵活性不高，不能适应高级和复杂的编程和控制需求。
2、越来越高的工业4.0应用，促使可编程控制器PLC和触摸显示屏难以满足工业4.0应用复杂的监控和智能管理需求。
3、不能实现远程维护功能。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种灵活性高可以远程维护能够满足复杂监控和智能管理的永磁调速装置智能监控系统，包括控制模块，远程服务器，传感器，无线通信模块；
所述控制模块包括微处理器、存储器、输出隔离电路、输入AD转换电路、输出DA转换电路、看门狗电路、DC-DC电源转换电路、CAN总线通讯电路、485总线通讯电路、无线数据模块接口电路；
微处理器分别与存储器、输出隔离电路、输入AD转换电路、输出DA转换电路、看门狗电路、DC-DC电源转换电路、CAN总线通讯电路、485总线通讯电路、无线数据模块接口电路连接；
所述传感器包括温度传感器、流量传感器、压力传感器、转速传感器；
温度传感器设置于永磁传动装置的轴承处和冷却系统处；
流量传感器设置于冷却系统处；
压力传感器设置于冷却系统处；
转速传感器设置于永磁传动装置输出端；
传感器与控制模块连接；
所述无线通信模块与无线数据模块接口电路连接；
所述无线通信模块包括天线接口，天线接口与外置天线连接；
远程服务器与无线通信模块连接。进一步的，
所述微处理型号为STM32F103VET6配置Crotex-M3内核、72MHz主频、512K flash、64K SRAM；
所述无线通信模块为2G无线通信模块或3G无线通信模块或4G无线通信模块或5G无线通信模块或蓝牙通信模块中的多种或一种。
进一步的，
所述AD转换电路设置E0505FS电源模块、ADR4525电源管理芯片、AD7606 ADC数据采集模块；
STM32微处理器与AD7606之间通过锁存器和PS2801高隔离电压SOP光耦合器光耦隔离连接。
进一步的，
DA转换电路中转换芯片采用两个AD5626数模转换芯片；
两路DA转换电路与电源监控芯片MAX811连接。
进一步的，
485总线通信电路设置RSM3485(E)CHT隔离收发器并与微处理器USART1相连。
进一步的，
CAN总线电路设置CTM1051KAT隔离收发器。
进一步的，
还包括指示灯和接线端子；
微处理器分别与指示灯、接线端子连接。
进一步的，
还包括移动终端；
移动终端与无线通信模块连接。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型通过在控制模块中设置微处理器，满足工业复杂应用的编程和应用需求，可实现监视控制、联锁保护、PID自动调节等功能，可支持C语言编程，支持高级算法应用，支持滞后型被调量的PID调节算法、支持串级PID调节；
2、本实用新型通过设置与微处理器连接的通信模块，实现远程管理维护功能，可实现生产厂家、设备使用厂家、中间经销商或服务商同时随时随地了解现场设备运行状态，在授权模式下，实现随时随地控制设备运行；
3、本实用新型通过设置云服务器，实现设备全生命周期管理需求，通过云服务器数据库，建立设备全生命周期管理模型。
附图说明
图1为本发明一实施例隔离电路示意图，其中，A为光耦隔离电路示意图与B为电源隔离示意图。
图2为本发明一实施例继电器组示意图。
图3为本发明一实施例 AD7606示意图。
图4为本发明一实施例 锁存器与光耦隔离示意图。
图5为本发明一实施例SPI通信数字隔离示意图。
图6为本发明一实施例8路输入接口电路示意图。
图7为本发明一实施例电源隔离示意图，图中为电源隔离电路示意图，B为指示灯示意图，C为基准电压电路示意图。
图8为本发明一实施例锁存器与光耦隔离示意图。
图9为本发明一实施例两路电压电流转化电路示意图。
图10为本发明一实施例电源监控复位电路示意图。
图11为本发明一实施例电源隔离示意图。
图12为本发明一实施例无源干接点数字量输入示意图。
图13为本发明一实施例光耦隔离与反相斯密特触发器示意图。
图14为本发明一实施例电源保护和防干扰示意图。
图15为本发明一实施例看门狗电路示意图。
图16为本发明一实施例RS-485串口通信电路示意图。
图17为本发明一实施例CAN总线电路示意图。
图18为本发明一实施例无线模块接口电路示意图。
图19为本发明一实施例电源保护电路示意图。
图20为本发明一实施例24V转5V电路示意图。
图21为本发明一实施例5V转3V电路示意图。
图22为本发明一实施例模块连接关系示意图。
具体实施方式
本实用新型的发明思路是：通过在永磁调速装置上设置传感器，监控永磁调速装置的运行参数，通过控制模块中的微处理器对运行参数进行分析处理并向永磁调速装置发送控制指令实现对永磁调速装置的智能化控制，同时设置通信模块连接远程服务器，实现对永磁调速装置的远程监控和控制。
如图22所示本实用新型提供一种永磁调速装置智能监控系统，包括控制模块，远程服务器，传感器，无线通信模块；
所述控制模块包括微处理器、存储器、输出隔离电路、输入AD转换电路、输出DA转换电路、看门狗电路、DC-DC电源转换电路、CAN总线通讯电路、485总线通讯电路、无线数据模块接口电路；
在本发明一实施例中输出隔离电路为触点型输出继电器隔离电路，采用光耦加继电器隔离，由微处理器IO引脚输出的电平信号经过SN74LS573ADW锁存器锁存，进入PS2801光耦隔离器（如图1所示），触发24V电压，驱动SRD-24VDC-SL-C继电器开合（如图2所示），使用E2424FS做电源隔离。
微处理器分别与存储器、输出隔离电路、输入AD转换电路、输出DA转换电路、看门狗电路、DC-DC电源转换电路、CAN总线通讯电路、485总线通讯电路、无线数据模块接口电路连接；
所述传感器包括温度传感器、流量传感器、压力传感器、转速传感器；
温度传感器设置于永磁传动装置的轴承处和冷却系统处；
流量传感器设置于冷却系统处；
压力传感器设置于冷却系统处；
转速传感器设置于永磁传动装置输出端；
传感器与控制模块连接；
永磁传动系统的传感器主要有温度传感器，流量传感器，压力传感器，转速传感器，还有一个执行机构来调节永磁传动装置中永磁盘与导体盘之间的间隙（气隙）。
温度传感器安装于永磁传动装置的轴承处和冷却系统处，用于监测轴承和冷却介质的温度，在本发明一实施例中，冷却系统为液冷冷却系统，流量计与压力计也安装于冷却系统上，用于监测冷却冷却介质的流量和压力，转速计安装于永磁传动装置输出端，用于测量永磁传动装置输出转速，这些传感器均分别通过一路4-20mA电流信号输入到永磁控制器；永磁控制器的4-20mA输出接口输出电流信号到执行机构来控制气隙。
通过温度传感器探测永磁调速装置的实时温度，通过流量传感器和压力传感器探测永磁调速传感器液压系统和冷却系统的实时流量和实时压力，对这些数据分析后针对性的对执行机构发出控制指令，实现了永磁调速装置的智能控制。
所述无线通信模块与无线数据模块接口电路连接；
所述无线通信模块包括天线接口，天线接口与外置天线连接；
通过设置外置天线实现了更好的信号接收效果。
远程服务器与无线通信模块连接。
远程服务器可以通过移动运营商提供4g移动通信网络连接，具有低成本和部署地点不受限制的优势。
所述微处理型号为STM32F103VET6配置Crotex-M3内核、72MHz主频、512K flash、64K SRAM；
所述无线通信模块为2G无线通信模块或3G无线通信模块或4G无线通信模块或5G无线通信模块或蓝牙通信模块中的多种或一种。
在本发明一实施例中AD转换电路使用AD7606芯片（如图3所示），其具有16位分辨率，8通道同步采样，真双极性模拟输入范围±10V ±5V可选。该部分电路使用E0505FS做电源隔离，ADR4525做AD7606外部基准电压（如图7所示）。STM32微处理器与AD7606之间采样控制线同样经过锁存器再使用PS2801光耦隔离（如图4所示），SPI通信电路使用ADUM1200数字隔离器以满足更高的通信频率要求（如图5所示），信号输入接口具有保护电路并且将输入的4-20mA信号通过高精度检流电阻转换为电压信号以便AD7606采样。（如图6所示）
在本发明一实施例中，DA转换电路中转换芯片使用两个AD5626芯片，12位分辨率，最大输出4.095V，同样使用锁存器锁存电平，光耦隔离（如图8所示）。采用运算放大器加三极管的组合，将AD5626的电压信号转换成4-20mA的电流信号，并且可以使用精密变阻器进行微调（如图9所示）。两路DA转换连接到同一电源监控芯片MAX811上，可对DA转换芯片手动复位和欠压自动复位（如图10所示）。DA转换电路也使用E0505FLS电源隔离（如图11所示）。
在本发明一实施例中，还包括数字信号输入触点型光电隔离电路，输入信号为无源干接点数字量，对输入信号进行防过压保护（如图12所示），通过光耦隔离，将信号送入反向斯密特触发器HCF40106，最后变为微处理器IO引脚的电平变化（如图13所示）。该部分电路具有对地抗干扰保护和保险丝熔断保护（如图14所示）。
在本发明一实施例中控制器看门狗电路为外部看门狗芯片SGM706，该芯片具有电源监控和看门狗功能，本实施例中只使用了看门狗功能，微处理器必须至少在每1.6秒内改变一次看门狗输入引脚的电平，否则微处理器将会被复位（如图15所示）。
在本发明一实施例中RS-485串口通信电路使用RSM3485(E)CHT隔离收发器，与微处理器USART1相连，隔离电压2500VDC，并在接口处设有静电保护和瞬态电压保护（如图16所示）。进一步的，
在本发明一实施例中，CAN总线电路使用CTM1051KAT隔离收发器，将微处理器上的CAN通信接口与外部隔离，隔离电压3500VDC，在接口处设有静电保护和瞬态电压保护，使用共模电感增强通信可靠性（如图17所示）。进一步的，
还包括指示灯和接线端子；
微处理器分别与指示灯、接线端子连接。
在本发明一实施例中，无线数据模块接口电路提供了电源接口、一个串口通信接口和一个复位接口，这三个接口封装到一个FPC接口，使用软排线与无线模块相连接（如图18所示）。
在本发明一实施例中，电源转换电路包含保护电路和转换电路，主板电源为24V直流输入，保护电路中具有保险丝保护外部电源，压敏电阻与气体放电管防雷保护和瞬态电压保护（如图19所示），24V电压供触点型输出继电器隔离电路以及无源干接点数字量输入电路使用；转换电路使用TPS5430-5V稳压芯片将24V转换为5V，最高电流可达3A，其自带静电保护（如图20所示），5V电压供AD转换电路DA转换电路使用；5V 电压经过GM1117-3.3稳压芯片输出3.3V电压，输出电流为1A，给微处理器，看门狗电路供电（如图21所示）。
在本发明一实施例中，无线数据传输模块采用GSM、GPRS、3G、4G、5G模块；无线数据传输模块安装在嵌入式控制器机壳内，与嵌入式控制器主板1路无线数据模块接口电路连接；无限数据传送模块具有1个天线接口，可连接外置天线；
在本发明一实施例中，增加接收和管理无线数据的服务器数据库。服务器数据库，采集无线数据传输模块发送的数据并进行存储；
在本发明一实施例中，设置监控管理软件并安装于移动手机设备，也可支持浏览器监控；监控管理软件可以通过这种永磁调速装置智能监控设备实现对永磁设备的控制和信息采集，例如控制气隙间距，控制散热系统，获取转速、温度、震动等。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型通过在控制模块中设置微处理器，满足工业复杂应用的编程和应用需求，可实现监视控制、联锁保护、PID自动调节等功能，可支持C语言编程，支持高级算法应用，支持滞后型被调量的PID调节算法、支持串级PID调节。
2、本实用新型通过设置与微处理器连接的通信模块，实现远程管理维护功能，可实现生产厂家、设备使用厂家、中间经销商或服务商同时随时随地了解现场设备运行状态，在授权模式下，实现随时随地控制设备运行。
3、本实用新型通过设置云服务器，实现设备全生命周期管理需求，通过云服务器数据库，建立设备全生命周期管理模型。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种永磁调速装置智能监控系统,其特征在于，包括控制模块，远程服务器，传感器，无线通信模块；
所述控制模块包括微处理器、存储器、输出隔离电路、输入AD转换电路、输出DA转换电路、看门狗电路、DC-DC电源转换电路、CAN总线通讯电路、485总线通讯电路、无线数据模块接口电路；
微处理器分别与存储器、输出隔离电路、输入AD转换电路、输出DA转换电路、看门狗电路、DC-DC电源转换电路、CAN总线通讯电路、485总线通讯电路、无线数据模块接口电路连接；
所述传感器包括温度传感器、流量传感器、压力传感器、转速传感器；
温度传感器设置于永磁传动装置的轴承处和冷却系统处；
流量传感器设置于冷却系统处；
压力传感器设置于冷却系统处；
转速传感器设置于永磁传动装置输出端；
传感器与控制模块连接；
所述无线通信模块与无线数据模块接口电路连接；
所述无线通信模块包括天线接口，天线接口与外置天线连接；
远程服务器与无线通信模块连接。
2.如权利要求1所述的一种永磁调速装置智能监控系统,其特征在于，
所述微处理型号为STM32F103VET6配置Crotex-M3内核、72MHz主频、512K flash、64KSRAM；
所述无线通信模块为2G无线通信模块或3G无线通信模块或4G无线通信模块或5G无线通信模块或蓝牙通信模块中的多种或一种。
3.如权利要求1所述的一种永磁调速装置智能监控系统,其特征在于，
所述AD转换电路设置E0505FS电源模块、ADR4525电源管理芯片、AD7606 ADC数据采集模块；
STM32微处理器与AD7606之间通过锁存器和PS2801高隔离电压SOP光耦合器光耦隔离连接。
4.如权利要求1所述的一种永磁调速装置智能监控系统,其特征在于，
DA转换电路中转换芯片采用两个AD5626数模转换芯片；
两路DA转换电路与电源监控芯片MAX811连接。
5.如权利要求1所述的一种永磁调速装置智能监控系统,其特征在于，
485总线通信电路设置RSM3485ECHT隔离收发器并与微处理器USART1相连。
6.如权利要求1所述的一种永磁调速装置智能监控系统,其特征在于，
CAN总线电路设置CTM1051KAT隔离收发器。
7.如权利要求1所述的一种永磁调速装置智能监控系统,其特征在于，
还包括指示灯和接线端子；
微处理器分别与指示灯、接线端子连接。
8.如权利要求1所述的一种永磁调速装置智能监控系统,其特征在于，
还包括移动终端；
移动终端与无线通信模块连接。
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|---|---|---|---|
| CN201821920604.8U CN209248275U (zh) | 2018-11-21 | 2018-11-21 | 一种永磁调速装置智能监控系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111342616A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-26 | 重庆浦仁达磁动力技术有限公司 | 一种基于控制系统的控制方法及控制系统 |
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2018
- 2018-11-21 CN CN201821920604.8U patent/CN209248275U/zh active Active
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