一種大型設備電機急剎保護裝置及其方法
2023-06-27 09:18:11
一種大型設備電機急剎保護裝置及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種大型設備電機急剎保護裝置及其方法，轉速傳感器模塊對電機進行轉速採樣得電流信號輸入至信號調理模塊內，轉換成電壓信號，然後再通過放大電路和偏置電路將信號轉換成0-5V的電壓信號輸入至AD轉換器，同時，對電流信號進行過零檢測並將過零檢測結果發送給PIC單片機控制模塊；AD轉換器將收到的電壓信號進行模數轉換為電壓數位訊號發送給PIC單片機控制模塊；PIC單片機控制模塊對收到的過零檢測結果和電壓數位訊號數據進行處理，判斷相鄰採樣點電壓差值是否大於臨界值M，當超過臨界值，則單片機讓調速模塊按照標準下降曲線執行調速。本發明的有益效果是調整電機急剎時的電流，防止電流突然增大造成電機損壞。
【專利說明】一種大型設備電機急剎保護裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於單片機通信及控制【技術領域】，涉及一種大型設備電機急剎保護裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]一般情況下，工廠等為了工人安全會特別重視急剎和急停的控制，但是很少考慮到急剎或急停過程中，產生的很大衝擊電流，對電機和設備的影響，尤其針對大型設備上的電機急剎保護。
[0003]在項目實踐中對電機迴轉控制過程中，由高速到低速減速的過程中產生了比較大的衝擊電流，不僅對電機造成了比較大的損害，容易燒毀電機，而且由於衝擊電流急劇增大，使內部給定急劇下降，影響了外部的給定也將急劇下降。本發明通過利用速度傳感器變換成的電流信號，與給定電流下降曲線參數進行對比，從而判斷是否需要進行急剎保護，通過PIC單片機編程控制雙向晶閘管的開通相位，進而控制電機的速度，在非緊急剎車的情況下，進行緩慢下降。
[0004]此設備及方法經過適當改進後還可以對其他如車輛等，對進行速度下降時間有要求的機器進行控制。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種大型設備電機急剎保護裝置及其方法，解決了目前電機在急剎過程中衝擊電流急劇增大容易造成電機損壞的問題。
[0006]本發明所採用的技術方案是包括轉速傳感器，信號調理電路，AD轉換器，PIC單片機控制，調速模塊和電機；
[0007]轉速傳感器模塊對電機進行轉速採樣，採樣測得電流信號，輸入至信號調理模塊內；
[0008]信號調理模塊將輸入的電流信號轉換成0-5V的電壓信號輸入至AD轉換器，同時，對電流信號進行過零檢測並將過零檢測結果發送給PIC單片機控制模塊；
[0009]AD轉換器將收到的電壓信號進行模數轉換，轉換為電壓數位訊號發送給PIC單片機控制|吳塊；
[0010]PIC單片機控制模塊對收到的過零檢測結果和電壓數位訊號數據進行處理，判斷相鄰採樣點電壓差值是否大於臨界值M，當超過臨界值，則單片機讓調速模塊按照標準下降曲線執行調速，控制電機轉速下降，進而控制電機在急剎過程中使速度緩慢下降。
[0011]進一步，判斷相鄰採樣點電壓差值是否大於臨界值Μ的方法為:
[0012]設定V為當前AD採樣值，VI為前一 AD採樣值，V與VI是相鄰的兩個AD採樣值，臨界值Μ為97，當V1-V>97時，符合正向下降，需要緩衝處理，否則不需要；或者當V1-V〈-97時，符合負向下降，需要緩衝處理，否則不需要。
[0013]進一步，按照標準下降曲線執行調速，是指將標準下降曲線量化後的採樣點值賦值給V，其中的標準下降曲線量化後的採樣點值為:
[0014]2045，2029，2013，1997，1981，1965，1949，1933，1917，1901，1885，1869，1853，1837，1821，1805，1789，1773，1757，1741，1725，1709，1693，1677，1661，1645，1629，1613，1597，I581，1565，1549，1533，1517，1501，1485，1469，1453，1437，1421，1405，1389，1373，1357，134I, 1325，1309，1293，1277，1261，1245，1229，1213，1197，1181，1165，1149，1133，1117，1101，1085，1069, 1053, 1037, 1021, 1005, 989，973, 957, 941，925, 909, 893，877, 861，845, 829，813，797，781，765，749，733，717，701，685，669，653，637，621，605，589，573，557，541，525，509，493，477，461，445，429，413，397，381，365，349，333，317，301, 285，269，253，237，221，205，I89，173，157，141，125，109，93，77，61，45，29，13，5。
[0015]本發明的有益效果是調整電機急剎時的電流，防止電流突然增大造成電機損壞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明大型設備電機急剎保護裝置的硬體控制模塊圖；
[0017]圖2為本發明防急剎控制流程圖；
[0018]圖3為本發明調速控制電路圖；
[0019]圖4為正向下降的臨界曲線的斜率示意圖；
[0020]圖5為負向下降的臨界曲線的斜率示意圖；
[0021]圖6為正向下降時的標準曲線和臨界曲線示意圖；
[0022]圖7為負向下降時的標準曲線和臨界曲線示意圖；
[0023]圖8為tk+1時刻的採樣值示意圖；
[0024]圖9為tk時刻的採樣值示意圖；
[0025]圖10為輸入電壓和數字量示意圖；
[0026]圖11為標準曲線量化為128個點示意圖；
[0027]圖12為Vl與V同時大於零為正向下降示意圖；
[0028]圖13為Vl與V小於零為負向下降示意圖；
[0029]圖14為Vl>97，V = 0，為正向下降示意圖；
[0030]圖15為Vl〈-97，V = O,為負向下降示意圖；
[0031]圖16為Vl>97, V97時正向下降示意圖；
[0032]圖17為Vl〈-97，V>0, Vl - V〈_97，為負向下降示意圖；
[0033]圖18為急速下降曲線示意圖；
[0034]圖19為延時前和延時後曲線實例I ;
[0035]圖20為延時前和延時後曲線實例2 ；
[0036]圖21為延時前和延時後曲線實例3。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0038]本發明公開了一種將大型設備上電機的急剎保護方法及裝置，對大型設備和電機等起到電流衝擊保護的作用。用以避免大型設備上電機在非緊急或緊急急剎時由高速減小到要求速度時，因減速過快產生的很大的急剎電流，進而保護電機等相關內部設備不受該急剎電流的衝擊影響。
[0039]如圖1所示，本發明包括轉速傳感器1，信號調理電路2，AD轉換器3，PIC單片機控制4，調速模塊5和電機6 ；
[0040]轉速傳感器模塊1對電機6進行轉速採樣，採樣測得電流信號，輸入至信號調理模塊2內；
[0041]信號調理模塊2將輸入的電流信號經過精密電阻轉換成電壓信號，然後再通過放大電路和偏置電路將信號轉換成0-5V的電壓信號輸入至AD轉換器3，同時，對電流信號進行過零檢測並將過零檢測結果發送給PIC單片機控制模塊4 ；
[0042]AD轉換器3將收到的電壓信號進行模數轉換，轉換為電壓數位訊號發送給PIC單片機控制模塊4 ；
[0043]PIC單片機控制模塊4對收到的過零檢測結果和電壓數位訊號數據進行處理，判斷相鄰採樣點電壓差值是否大於臨界值Μ (M根據不同要求值可以調整)，當超過臨界值，則單片機讓調速模塊5按照標準下降曲線執行調速，控制電機轉速下降，進而控制電機在急剎過程中使速度緩慢下降。
[0044]具體方法如圖2所示:
[0045](a)進行不同時間間隔電流傳感器採樣電機電流，分別將當前採樣電流為V，上一次採樣電流為VI ；
[0046](b)判斷是否需要急剎保護:判斷V1-V是否大於臨界值M(M根據不同要求值可以調整，Μ為臨界曲線上兩採樣點之間的差值)，若是，則執行步驟(c);若否，則執行步驟(d)；
[0047](c)進行急剎保護處理:將V賦值成標準下降曲線上對應的點的值，將V賦值給VI ；
[0048](d)執行完畢。
[0049]如圖3為調速模塊電路，包括降壓，整流電路、濾波電路，阻容吸收網絡，雙向晶閘管驅動電路。其中降壓、整流、濾波電路包括二極體D1、電阻R5、有向電容C3、二極體Z1、電阻R3、電容C2組成；R1、C1組成RC阻容吸收網絡，解決雙向晶閘管導通與截止對電網的幹擾，使其符合EMI測試標準，同時防止雙向晶閘管兩端電壓突變，造成無門極信號誤導通。光電偶合器接受主控晶片指令，控制雙向晶閘管導通與截止，同時起到PIC單片機與強電隔離的作用。L1為扼流線圈，防止晶閘管迴路中電流突變，保護晶閘管，由於它是儲能元件，在晶閘管關斷和導通過程中，尖峰電壓較大，R2容易受衝擊損壞，因此禁止將L1放置在晶閘管前端。
[0050]本發明設定臨界曲線為:電壓在0.5s時間段內從2.5V平穩下降到0V或者從-2.5V平穩上升到0V的曲線為臨界曲線，這個臨界曲線是本發明經過大量測試的基礎上設定的。如圖4所示，正向下降的臨界曲線的斜率1^ =-5，下降曲線的斜率k滿足，-5時，定義為正向下降。進入正向下降需要進行緩衝處理。如圖5所示，負向下降的臨界曲線的斜率h = 5，當曲線斜率k滿足，k ^ 5時，定義為負向下降，進入負向下降需要進行緩衝處理。本發明目的曲線，就是急剎曲線處理後想得到的標準下降曲線的定義為，電壓在3s時間段，從2.5V平穩下降到0V或從-2.5V下降到0V時的曲線。從圖6和圖7中可以知道，正向下降時，標準曲線的斜率為k = -2.5/3，負向下降時為k = 2.5/3。
[0051]本發明採樣值變量定義為:
[0052]V:當前AD採樣值，如圖8為tk+1時刻的採樣值；
[0053]Vl:前一 AD採樣值，如圖9為tk時刻的採樣值；
[0054]V與Vl是相鄰的兩個AD採樣值。
[0055]本發明對臨界曲線的量化處理，由圖9可知，0.5s內，AD採樣20.5個點，由此可以量化臨界曲線的斜率。在實際處理中，臨界曲線內採樣21個點，則相鄰兩個AD值得差值為Vl - V = 2048/21 (AD採樣為12位精度，模擬電壓輸入範圍為0-5V，模擬量和數字量為線性關係，所以兩採樣點之間的數字量大小相等。如圖10，當輸入電壓VoltInput為5V時，單片機所得數字量為212-1 = 4095，當輸入電壓VoltInput為2.5V時，單片機所得數字量為2047)。取整數位為97。由此可以通過Vl與V的差值，曲線是否符合正向下降，當Vl - V>97時，符合正向下降，需要緩衝處理。否則，不需要。
[0056]負向下降的量化與正向下降的量化一樣，當Vl -V〈-97時，符合負向下降，需要緩衝處理；否則，不需要。
[0057]如圖11所示，根據標準曲線的定義，3s時間段內，AD採樣123個點，我們在此將標準曲線量化為128個點,所以標準曲線相鄰兩點間隔Λ= 2048/128 = 16,將標準曲線點存放在數組standard中，(這是本發明設定的標準下降曲線量化後的採樣點，系統判斷需要做急剎處理時，將當前採樣標準下降曲線量化後的採樣點值賦值給V，從而進行PWM調速，增加給定量)
[0058]standard [] = {2045，2029，2013，1997，1981，1965，1949，1933，1917，1901，1885，1869，1853，1837，1821，1805，1789，1773，1757，1741，1725，1709，1693，1677，1661，1645，1629，1613，1597，1581，1565，1549，1533，1517，1501，1485，1469，1453，1437，1421，1405，1389，1373，1357，1341，1325，1309，1293，1277，1261，1245，1229，1213，1197，1181，1165，1149，I133，1117，1101，1085，1069，1053，1037，1021，1005，989，973，957，941，925，909，893，877，861，845，829，813，797，781，765，749，733，717，701，685，669，653，637，621，605，589，573，557，541，525, 509, 493, 477, 461，445, 429, 413, 397, 381，365, 349, 333, 317, 301, 285, 269，253，237，221，205，189，173，157，141，125，109，93，77，61，45，29，13，5}；
[0059]綜上可知，我們可以通過判斷Vl與V的差值來確定是否需要進行急剎處理。令Vmul = V1*V，當進入以下幾種情況時需要進行急剎處理。
[0060]1、當 VmuI>0 時，
[0061]圖12可知，Vl與V同時大於零，且Vl _V>97，為正向下降；
[0062]圖13可知，Vl與V小於零，且Vl -V〈-97，為負向下降。
[0063]2、當 Vmul = O 時，
[0064]圖14可知，Vl>97，V = 0，為正向下降；
[0065]圖15可知。Vl〈-97，V = 0，為負向下降。
[0066]3、當 Vmul〈0 時，
[0067]圖16 可知，Vl>97, V97,為正向下降；
[0068]圖17 可知，Vl0, Vl _ V〈_97，為負向下降。
[0069]實施例中當系統處於迴轉狀態自給定急劇下降時，系統要對給定進行緩衝處理，以防止外部給定急劇下降。要對急劇下降的給定值進行處理，首先要了解急劇下降時間和下降曲線。在實驗中，我們對外部給定採樣，採樣頻率為162Hz，當給定值由最高下降到最低時(2.5V?O)，下降時間大約為0.5秒。當給定急速下降時，從2.5V下降到0.5V下降時間大約為0.2s，在0.5V?OV下降時間大約0.3s。所以可以設定臨界條件為:給定從2.5V勻速下降到OV所用時0.5s的曲線為臨界曲線，圖18斜線為臨界曲線。當給定下降曲線斜率等於或大於臨界曲線時，進行緩衝處理。系統AD採樣頻率為41HZ，可以計算出在臨界曲線上可採樣21個點，由此可以計算相鄰兩點的間距Λ= 2047/21 ^ 97。設定V為AD當前採樣值，Vl為AD前一次採樣值。在實際程序中Vl - V>95且V、V1均大於零時，就會進行延時處理，如圖19-21的三個實例曲線。可看出實際應用中很好的實現了電機急剎處理，將原來下降很陡的曲線通過調整和防急剎控制，達到了一個良好的效果，由陡變得平緩下降，將原來的下降時間0.5s增加至2.5s，保護了電機和項目其他程序的穩定進行。
[0070]以上所述僅是對本發明的較佳實施方式而已，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬於本發明技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.一種大型設備電機急剎保護裝置，其特徵在於:包括轉速傳感器(I)，信號調理電路⑵，AD轉換器(3)，PIC單片機控制(4)，調速模塊(5)和電機(6)； 轉速傳感器模塊(I)對電機(6)進行轉速採樣，採樣測得電流信號，輸入至信號調理模塊⑵內； 信號調理模塊(2)將輸入的電流信號轉換成0-5V的電壓信號輸入至AD轉換器(3),同時，對電流信號進行過零檢測並將過零檢測結果發送給PIC單片機控制模塊(4)； AD轉換器(3)將收到的電壓信號進行模數轉換，轉換為電壓數位訊號發送給PIC單片機控制模塊(4)； PIC單片機控制模塊(4)對收到的過零檢測結果和電壓數位訊號數據進行處理，判斷相鄰採樣點電壓差值是否大於臨界值M，當超過臨界值，則單片機讓調速模塊(5)按照標準下降曲線執行調速，控制電機轉速下降，進而控制電機在急剎過程中使速度緩慢下降。
2.按照權利要求1所述一種大型設備電機急剎保護裝置，其特徵在於:判斷相鄰採樣點電壓差值是否大於臨界值M的方法為: 設定V為當前AD採樣值，Vl為前一 AD採樣值，V與Vl是相鄰的兩個AD採樣值，臨界值M為97，當Vl - V>97時，符合正向下降，需要緩衝處理，否則不需要；或者當Vl - V〈_97時，符合負向下降，需要緩衝處理，否則不需要。
3.按照權利要求1所述一種大型設備電機急剎保護裝置，其特徵在於:按照標準下降曲線執行調速，是指將標準下降曲線量化後的採樣點值賦值給V，其中的標準下降曲線量化後的採樣點值為:
.2045，2029，2013，1997，1981，1965，1949，1933，1917，1901，1885，1869，1853，1837，18.21，1805，1789，1773，1757，1741，1725，1709，1693，1677，1661，1645，1629，1613，1597，1581，1565，1549，1533，1517，1501，1485，1469，1453，1437，1421，1405，1389，1373，1357，1341，I.325，1309，1293，1277，1261，1245，1229，1213，1197，1181，1165，1149，1133，1117，1101，108.5，1069，1053，1037，1021，1005, .989，973，957，941，925，909，893，877，861，845，829，813，79.7，781，765，749，733，717，701，685，669，653，637，621，605，589，573，557，541，525，509，493，477，461，445，429，413，397，381，365，349，333，317，301, 285，269，253，237，221，205, .189，.173，157，141，125，109，93，77，61，45，29，13，5。
【文檔編號】H02P3/04GK104467553SQ201410711917
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】黃輝先, 周鵬, 吳翼, 譚志飛, 陳資濱, 毛美姣 申請人:湘潭大學