CN211296482U

CN211296482U - 一种离心机电机控制系统

Info

Publication number: CN211296482U
Application number: CN201922174082.2U
Authority: CN
Inventors: 涂延红
Original assignee: Wuhan Petrochemical Engineering Co ltd
Current assignee: Wuhan Petrochemical Engineering Co ltd
Priority date: 2019-12-07
Filing date: 2019-12-07
Publication date: 2020-08-18
Anticipated expiration: 2029-12-07

Abstract

本实用新型提出了一种离心机电机控制系统，当转子转动时安装在转子上光电编码盘的黑白条纹会被高速光电传感器检测，高速光电传感器由此会产生一个与转速频率相关的方波信号；整形电路通过触发器将高速光电传感器产生的方波信号中非陡峭的上升沿和下降沿变的陡峭，起整形的作用；隔离器保护后端电路不被烧坏；通过上述测速单元可以快速采集转子的速度，并且测量精度高；在光电编码盘靠近转子的一面设置有两个相同宽度的白色条纹，两个白色条纹的连接线经过转子的轴线，其反射信号少，不用向处理器提供过多的数据，可以简化处理器的采集频率以及处理复杂度，同时，使用本申请的光电编码盘不仅可以实现测试，还可以实现转子识别，一物多用。

Description

一种离心机电机控制系统

技术领域

本实用新型涉及离心机检测领域，尤其涉及一种离心机电机控制系统。

背景技术

离心机从功能结构上划分可以分为：离心室、转子、电机、主控板和电机控制。其中，电机控制是根据转子转速调节驱动电机的PWM波的功率，如果前端的转子测速不精确，那么产生的PWM波占空比不精确。而离心机在工作时对转子转速都有一定地要求，当转速超过了离心机的上限时，离心机就有可能出现故障。为了避免机器出故障，实时监测系统必不可少。然而目前的一些离心机不是采用灵敏的温度传感器测温，转子转速则采用机械位置开关、超声测距等方法进行检测，上述的测试方式反应迟钝，也不准确，不能及时地对超温和超速做出反应。因此，为解决上述问题，本实用新型提供一种离心机电机控制系统，通过设置转速检测电路代替传统的机械检测或超声测距，可以提高转速测量的精度，进而提高电机控制系统的准确性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种离心机电机控制系统，通过设置转速检测电路代替传统的机械检测或超声测距，可以提高转速测量的精度，进而提高电机控制系统的准确性。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种离心机电机控制系统，其包括转子、电机、处理器、PWM控制器和测速单元，测速单元包括高速光电传感器、整形电路、隔离器和光电编码盘；

光电编码盘周向环绕在转子上，高速光电传感器正对光电编码盘设置，高速光电传感器的输出端通过顺次串联的整形电路和隔离器与处理器的I/O口电性连接，处理器的PWM口通过PWM控制器与电机电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，光电编码盘靠近转子的一面设置有两个相同宽度的白色条纹，两个白色条纹的连接线经过转子的轴线。

在以上技术方案的基础上，优选的，高速光电传感器为WYCH208传感器；

WYCH208传感器引脚1和引脚3分别与电源电性连接，WYCH208传感器的引脚2接，WYCH208传感器的引脚4与整形电路的输入端电性连接。

进一步优选的，整形电路包括74HC14触发器；

WYCH208传感器的引脚4与74HC14触发器的引脚1电性连接，74HC14触发器的引脚2与隔离器的输入端电性连接。

进一步优选的，隔离器包括6N137隔离器；

74HC14触发器的引脚2与6N137隔离器的引脚3电性连接，6N137隔离器的引脚6与处理器的I/O口电性连接。

在以上技术方案的基础上，还包括与处理器的I/O口电性连接的转子故障检测单元。

进一步优选的，转子故障检测单元包括正对光电编码盘的加速度传感器和信号采集电路；

加速度传感器通过信号采集电路与处理器的I/O口电性连接。

进一步优选的，加速度传感器为HK9140电压型传感器。

进一步优选的，信号采集电路包括：运算放大器LM358、程控放大器AD603、电阻R29、电阻R30和电容C12；

HK9140电压型传感器输出端与运算放大器LM358的引脚2电性连接，运算放大器LM358的引脚3接地，电容C12和电容组R29分别并联在运算放大器LM358的引脚2和引脚1之间，运算放大器LM358的引脚1与程控放大器AD603的引脚3电性连接，程控放大器AD603的引脚4和引脚6均接地，程控放大器AD603的引脚2和引脚8分别与电源电性连接，电阻R30并联在程控放大器AD603的引脚5和引脚8之间，程控放大器AD603的引脚7与处理器的I/O口电性连接。

本实用新型的一种离心机电机控制系统相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过在测速单元中设置高速光电传感器、整形电路、隔离器和光电编码盘，当转子转动时安装在转子上光电编码盘的黑白条纹会被高速光电传感器检测，高速光电传感器由此会产生一个与转速频率相关的方波信号；整形电路通过触发器将高速光电传感器产生的方波信号中非陡峭的上升沿和下降沿变的陡峭，起整形的作用；隔离器保护后端电路不被烧坏；通过上述测速单元可以快速采集转子的速度，并且测量精度高；

(2)在光电编码盘靠近转子的一面设置有两个相同宽度的白色条纹，两个白色条纹的连接线经过转子的轴线，相较于均匀设置黑白条纹的光电编码盘，其反射信号少，不用向处理器提供过多的数据，可以简化处理器的采集频率以及处理复杂度，同时，使用本申请的光电编码盘不仅可以实现测试，还可以实现转子识别，一物多用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本实用新型一种离心机电机控制系统的结构图；

图2为本实用新型一种离心机电机控制系统中光电编码盘的示意图；

图3为本实用新型一种离心机电机控制系统中测速单元的电路图；

图4为本实用新型一种离心机电机控制系统中转子故障检测单元的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种离心机电机控制系统，其包括转子、电机、处理器、PWM控制器、测速单元和转子故障检测单元。PWM控制器、测速单元和转子故障检测单元分别与处理器电性连接，电机与PWM控制器电性连接。其中，测速单元检测转子的转速；转子故障检测单元检测转子是否出现故障；PWM控制器根据处理器指令产生符合要求的PWM波，进而驱动电机动作；处理器接收测速单元和转子故障检测单元传输的信息，并根据速度调节PWM波的设置参数。

本实施例中，一方面，测速单元采用高速光电采集的原理代理传统的机械位置开关、超声测距等方法，测试速度快并且测速精度高。进一步优选的，测速单元包括高速光电传感器、整形电路、隔离器和光电编码盘；光电编码盘周向环绕在转子上，高速光电传感器正对光电编码盘设置，高速光电传感器的输出端通过顺次串联的整形电路和隔离器与处理器的I/O口电性连接，处理器的PWM口通过PWM控制器与电机电性连接。如图2所示，左侧为光电编码盘展开示意图，右侧为光电编码盘环绕在转子的示意图，光电编码盘靠近转子的一面设置有两个相同宽度的白色条纹，两个白色条纹的连接线经过转子的轴线。当转子转动时安装在转子上光电编码盘的黑白条纹会被高速光电传感器检测，高速光电传感器由此会产生一个与转速频率相关的方波信号，方波信号通过整形电路整形以及隔离器隔离后输出至处理器，处理器可以计算出当前离心机的转速。

另一方面，测速单元还可以用于转子识别，方法同测速原理相同，由于离心机对转子的直径有不同的要求，因此，在进行转子测速之前还需要识别转子。本实施例中，使用测速单元来识别转子，其原理为：在转子上沿周向方向环绕一圈分布有黑白相间条纹的光电编码盘，光电编码盘靠近转子的一面设置有两个相同宽度的白色条纹，两个白色条纹的连接线经过转子的轴线。当转子转动时安装在转子上光电编码盘的黑白条纹会被高速光电传感器检测，高速光电传感器由此会产生一个与转速频率相关的方波信号，方波信号通过整形电路整形以及隔离器隔离后输出至处理器，根据方波信号可以得出转子的转速，由于转子的直径不同，因此，光电编码盘上两个白色条纹之间连线不同，并且由于两个白色条纹是设置在转子直径的两端，因此，由两个白色条纹组成的扇形的角度为180°，因此，处理器可以记录转子相邻两个黑色条纹的时间间隔，根据时间间隔以及转速可以得出两个白色条纹之间的弧长，根据已知的两个白色条纹的角度和扇形弧长公式，可以获知转子的直径。

进一步优选的，如图3所示，高速光电传感器为WYCH208传感器；其中，WYCH208传感器引脚1和引脚3分别与电源电性连接，WYCH208传感器的引脚2接，WYCH208传感器的引脚4与整形电路的输入端电性连接。WYCH208传感器的开关频率为25KHz，其测速精度和灵敏度都非常高。当转子转动时安装在转子上光电编码盘的黑白条纹会被高速光电传感器检测，高速光电传感器由此会产生一个与转速频率相关的方波信号，例如，当离心机的转速达到15000rpm时，WYCH208传感器可以输出一个频率为22kHz的方波。

进一步优选的，如图3所示，整形电路包括74HC14触发器；WYCH208传感器的引脚4与74HC14触发器的引脚1电性连接，74HC14触发器的引脚2与隔离器的输入端电性连接。74HC14触发器用于对输入信号中非陡峭的上升沿和下降沿变的陡峭，起整形的作用。本实施例使用了74HC14触发器的一个带施密特功能的反相器。

进一步优选的，如图3所示，隔离器包括6N137隔离器；74HC14触发器的引脚2与6N137隔离器的引脚3电性连接，6N137隔离器的引脚6与处理器的I/O口电性连接。其隔离原理为：信号从脚2和脚3输入，发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管，反向偏置的光敏管光照后导通，经电流一电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端，当使能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平；当输入信号电流小于触发阂值或使能端为低时，输出高电平。

当转速超过了离心机的上限时，离心机就有可能出现故障。因此，本实施例中为了避免机器出故障，设置了转子故障检测单元检测转子是否发生故障。检测转子故障最常用的方法是检测离心机电机的异常振动信号，通过采集振动信号，将信号送入处理器进行信号分析，从而诊断离心机是否发生故障。转子的主要故障类型为转子不平衡、转子不对中、转子碰磨、油膜振荡、转轴裂纹等。由于转子发生上述故障时，离心机会产生振动，但是各种故障产生的振动频率有所不同，因此，本实施例中根据振动的频率判断转子是否发生故障以及故障类型。

进一步优选的，转子故障检测单元包括加速度传感器和信号采集电路；加速度传感器通过信号采集电路与处理器的I/O口电性连接。加速度传感器采集振动时产生的位移，并将振动信号转换成电信号，信号采集电路对该电信号进行放大滤波处理，然后送入处理器进行处理。其中，处理器接收信号采集电路输出的信号并对信号进行解析获知信号的频率属于处理器的公知功能，对所属技术人员来说是清楚的，因此，本领域的技术人员在获知本实施例记载的内容时，可以毫无疑虑的获知该部分实现的原理。

进一步优选的，加速度传感器为HK9140电压型传感器。

进一步优选的，如图4所示，信号采集电路包括：运算放大器LM358、程控放大器AD603、电阻R29、电阻R30和电容C12；HK9140电压型传感器输出端与运算放大器LM358的引脚2电性连接，运算放大器LM358的引脚3接地，电容C12和电容组R29分别并联在运算放大器LM358的引脚2和引脚1之间，运算放大器LM358的引脚1与程控放大器AD603的引脚3电性连接，程控放大器AD603的引脚4和引脚6均接地，程控放大器AD603的引脚2和引脚8分别与电源电性连接，电阻R30并联在程控放大器AD603的引脚5和引脚8之间，程控放大器AD603的引脚7与处理器的I/O口电性连接。

故障检测的原理为：HK9140电压型传感器将振动信号转换成电信号，信号采集电路对HK9140电压型传感器的输出信号进行放大、滤波处理，最后送入处理器中。

进一步优选的，本实施例的处理器可以为STM32系列的单片机，STM32系列的单片机内部集成有A/D，信号采集电路的输出和隔离器的输出分别送至STM32系列的单片机A/D的不同模拟输入通道中，进行A/D转换，最后由STM32系列的单片机进行后续的处理，本实施例不涉及对后续处理流程以及算法的改进，因此，在此不再累述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种离心机电机控制系统，其包括转子、电机、处理器、PWM控制器和测速单元，其特征在于：所述测速单元包括高速光电传感器、整形电路、隔离器和光电编码盘；

所述光电编码盘周向环绕在转子上，高速光电传感器正对光电编码盘设置，高速光电传感器的输出端通过顺次串联的整形电路和隔离器与处理器的I/O口电性连接，处理器的PWM口通过PWM控制器与电机电性连接。

2.如权利要求1所述的一种离心机电机控制系统，其特征在于：所述光电编码盘靠近转子的一面设置有两个相同宽度的白色条纹，两个白色条纹的连接线经过转子的轴线。

3.如权利要求1所述的一种离心机电机控制系统，其特征在于：所述高速光电传感器为WYCH208传感器；

所述WYCH208传感器引脚1和引脚3分别与电源电性连接，WYCH208传感器的引脚2接，WYCH208传感器的引脚4与整形电路的输入端电性连接。

4.如权利要求3所述的一种离心机电机控制系统，其特征在于：所述整形电路包括74HC14触发器；

所述WYCH208传感器的引脚4与74HC14触发器的引脚1电性连接，74HC14触发器的引脚2与隔离器的输入端电性连接。

5.如权利要求4所述的一种离心机电机控制系统，其特征在于：所述隔离器包括6N137隔离器；

所述74HC14触发器的引脚2与6N137隔离器的引脚3电性连接，6N137隔离器的引脚6与处理器的I/O口电性连接。

6.如权利要求2所述的一种离心机电机控制系统，其特征在于：还包括与处理器的I/O口电性连接的转子故障检测单元。

7.如权利要求6所述的一种离心机电机控制系统，其特征在于：所述转子故障检测单元包括正对光电编码盘的加速度传感器和信号采集电路；

所述加速度传感器通过信号采集电路与处理器的I/O口电性连接。

8.如权利要求7所述的一种离心机电机控制系统，其特征在于：所述加速度传感器为HK9140电压型传感器。

9.如权利要求8所述的一种离心机电机控制系统，其特征在于：所述信号采集电路包括：运算放大器LM358、程控放大器AD603、电阻R29、电阻R30和电容C12；

所述HK9140电压型传感器输出端与运算放大器LM358的引脚2电性连接，运算放大器LM358的引脚3接地，电容C12和电容组R29分别并联在运算放大器LM358的引脚2和引脚1之间，运算放大器LM358的引脚1与程控放大器AD603的引脚3电性连接，程控放大器AD603的引脚4和引脚6均接地，程控放大器AD603的引脚2和引脚8分别与电源电性连接，电阻R30并联在程控放大器AD603的引脚5和引脚8之间，程控放大器AD603的引脚7与处理器的I/O口电性连接。