一種實現非接觸式系統扭矩保護的裝置及方法
2023-05-18 16:10:01
專利名稱：一種實現非接觸式系統扭矩保護的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種扭矩保護的裝置及方法，特別涉及一種三相異步電機拖動電動執行機構控制系統的非接觸式系統扭矩保護的裝置及方法。
背景技術：
目前電動執行機構和閥門電動裝置在現場運行過程中，控制閥門等現場設備進行旋轉式運動，系統根據外部負載的需求動態調節系統的扭矩輸出。按行業要求，電動執行機構和閥門電動裝置在實際工作過程中，系統必須能夠實時檢測系統扭矩輸出。一旦發現當前扭矩值大於系統預設保護扭矩值，系統立刻停止運行。隨著行業對控制系統的要求的不斷提高，控制系統設計強調了對扭矩保護準確性與穩定性的要求。傳統執行機構將機械式連杆和壓力傳感器作為系統輸出扭矩的感知元件，此方法在實際應用中會碰到批量生產困難、安裝工藝複雜、現場運用時響應速度慢、一致性不高等問題。因此，無法滿足行業對控制系統扭矩保護準確性與穩定性的要求。
發明內容
針對上述問題，本發明的主要目的在於提供一種三相異步電機拖動電動執行機構控制系統的非接觸式系統扭矩保護的裝置及方法。本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的一種實現非接觸式系統扭矩保護的裝置，所述裝置包括主控制系統、扭矩處理系統和電機運行參數檢測裝置，所述主控制系統包括高性能處理器、顯示驅動電路、顯示器、外圍電路I，所述高性能處理器連接有顯示驅動電路和外圍電路I，所述顯示驅動電路上連接有顯示器；所述扭矩處理系統包括微處理器、電機信號採集接口電路和外圍電路II，所述外圍電路II和電機信號採集接口電路均連接在所述微處理器上、所述電機信號採集接口電路上連接著所述電機運行參數檢測裝置，所述主控制系統和扭矩處理系統通過同一套外部電源供電，所述電機運行參數檢測裝置包括電壓檢測電路、電流檢測電路、電壓過零檢測電路、電流過零檢測電路和電機速度檢測電路。所述主控制系統與扭矩處理系統之間為串行通訊方式或者並行通訊方式。—種利用上述的裝置實現非接觸式系統扭矩保護的方法，所述方法包括如下步驟(1).主控制系統完成整個裝置的電動執行機構和閥門電動裝置控制系統的控制信息處理和顯示，同時主控制系統通過串行或者並行通訊方式協調與扭矩處理系統之間的工作，完成對扭矩處理系統的參數配置、運行控制和扭矩值傳輸；(2).扭矩處理系統實時檢測電機的電流信號、電壓信號、功率因素和速度信號，並將其轉化成可處理的內部數字量，最終計算出三相異步電機當前輸出的扭矩；(3).扭矩處理系統通過串行或者並行通訊，實時響應主控制系統的命令，反饋當前電機輸出的扭矩。
在本發明的具體實施例子中，所述主控制系統負責整個系統的主控制任務、信息處理任務，以及顯示任務，主控制系統通過串行或者並行通訊的方式向扭矩處理系統發送查詢當前的扭矩的命令。在本發明的具體實施例子中，所述扭矩處理系統通過板載的微控制器的埠採集電機運行參數檢測裝置輸出的電壓信號、電流信號、速度信號、電壓信號過零點和電流信號過零點，同時與主控制系統通過串行或者並行通訊協調工作。在本發明的具體實施例子中，所述電機運行參數檢測裝置實時的檢測電動執行機構和閥門電動裝置控制系統在運行過程中，三相異步電動機的電壓信號、電流信號、速度信號、電壓信號過零點、電流信號過零點，並將這些信號調理和變送後傳輸至扭矩處理系統。在本發明的具體實施例子中，所述電壓檢測電路利用電壓傳感器實時檢測電機的電壓信號，並且將信號調理和變送至扭矩處理系統；所述電流檢測電路利用電流傳感器實時檢測電機的電流信號，並且將信號調理和變送至扭矩處理系統；所述電壓過零檢測電路利用過零檢測電路實時檢測電壓傳感器信號的過零點，並將過零點信號傳輸至扭矩處理系統；所述電流過零檢測電路利用過零檢測電路實時檢測電流傳感器信號的過零點，並將過零點信號傳輸至扭矩處理系統；所述電機速度檢測電路利用電動電動執行機構和閥門電動裝置控制系統自帶的閥門位置傳感器，根據閥門位置傳感器輸出的位置信號變化與三相異步電機旋轉速度的比例關係，將不斷變化的閥位信號經過調理後傳輸至扭矩處理系統作為速度信號。本發明的積極進步效果在於本發明提供的一種實現非接觸式系統扭矩保護的裝置及方法，在現有三相異步電機拖動電動執行機構和閥門電動裝置控制系統的基礎上增加一套電機運行參數檢測裝置和一套扭矩處理系統。主控制系統負責電動執行機構和閥門電動裝置控制系統的控制信息處理和顯示部分。同時，通過串行或者並行通訊方式協調與扭矩處理系統之間的工作，完成對扭矩處理系統的參數配置、運行控制和扭矩值傳輸。扭矩處理系統通過採集埠從電機運行參數監測裝置讀取電機各信號的採集，並且根據三相異步電機原理、電機出廠參數和系統出廠校準參數，計算出三相異步電機的輸出扭矩。本發明為電動執行機構和閥門電動裝置控制系統的研發和生產提供了簡便、高效的方式，推進了行業技術水平的提高和發展。
圖1為本發明的整個系統的硬體電路框圖。圖2為本發明的扭矩處理系統的工作流程圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。圖1為本發明的整個系統的硬體電路框圖，本發明包括主控制系統100、扭矩處理系統200和電機運行參數檢測裝置300，主控制系統100包括高性能處理器101、顯示驅動電路102、顯示器103、外圍電路1104，所述高性能處理器101連接有顯示驅動電路102和外圍電路1104，所述顯示驅動電路102上連接有顯示器103 ；所述扭矩處理系統200包括微處理器201、電機信號採集接口電路202和外圍電路11203，所述外圍電路II203和電機信號採集接口電路202均連接在所述微處理器201上、所述電機信號採集接口電路202上連接著所述電機運行參數檢測裝置300，所述主控制系統100和扭矩處理系統200通過同一套外部電源400供電，所述電機運行參數檢測裝置300包括電壓檢測電路301、電流檢測電路 302、電壓過零檢測電路303、電流過零檢測電路304和電機速度檢測電路305。在本發明的具體實施例子中，主控制系統100與扭矩處理系統200之間為串行通訊方式或者並行通訊方式。一種利用上述的裝置實現非接觸式系統扭矩保護的方法，包括如下步驟(1).主控制系統100完成整個裝置的電動執行機構和閥門電動裝置控制系統的控制信息處理和顯示，同時主控制系統100通過串行或者並行通訊方式協調與扭矩處理系統200之間的工作，完成對扭矩處理系統200的參數配置、運行控制和扭矩值傳輸；(2).扭矩處理系統200實時檢測電機的電流信號、電壓信號、功率因素和速度信號，並將其轉化成可處理的內部數字量，最終計算出三相異步電機當前輸出的扭矩；(3).扭矩處理系統200通過串行或者並行通訊，實時響應主控制系統100的命令， 反饋當前電機輸出的扭矩。主控制系統100負責整個系統的主控制任務、信息處理任務，以及顯示任務，主控制系統100通過串行或者並行通訊的方式向扭矩處理系統200發送查詢當前的扭矩的命令。扭矩處理系統200通過板載的微控制器的埠採集電機運行參數檢測裝置輸出的電壓信號、電流信號、速度信號、電壓信號過零點和電流信號過零點，同時與主控制系統 100通過串行或者並行通訊協調工作。電機運行參數檢測裝置300實時的檢測電動執行機構和閥門電動裝置控制系統在運行過程中，三相異步電動機的電壓信號、電流信號、速度信號、電壓信號過零點、電流信號過零點，並將這些信號調理和變送後傳輸至扭矩處理系統。電壓檢測電路301利用電壓傳感器實時檢測電機的電壓信號，並且將信號調理和變送至扭矩處理系統200 ；電流檢測電路302利用電流傳感器實時檢測電機的電流信號，並且將信號調理和變送至扭矩處理系統200 ；電壓過零檢測電路303利用過零檢測電路實時檢測電壓傳感器信號的過零點，並將過零點信號傳輸至扭矩處理系統200 ；電流過零檢測電路304利用過零檢測電路實時檢測電流傳感器信號的過零點，並將過零點信號傳輸至扭矩處理系統200 ；電機速度檢測電路305利用電動電動執行機構和閥門電動裝置控制系統自帶的閥門位置傳感器，根據閥門位置傳感器輸出的位置信號變化與三相異步電機旋轉速度的比例關係，將不斷變化的閥位信號經過調理後傳輸至扭矩處理系統200作為速度信號。圖2為本發明的扭矩處理系統的工作流程圖。當主控制系統發出讀取當前扭矩值命令後，高性能處理器101將命令傳遞給微處理器201，微處理器201讀取電機信號採集接口電路採集到的電機運行參數，同時微處理器 201根據三相異步電機的原理、電機出廠參數和系統出廠前的校準參數，計算出三相異步電機的輸出扭矩。本發明在現有三相異步電機電動拖動電動執行機構和閥門電動裝置控制系統基礎上增加一套電機運行參數檢測裝置和一套扭矩處理系統。控制系統中主控制系統的高性能處理器101 (微控制器MCU或者數位訊號處理器DSP)承擔完成控制系統的控制任務、信息處理，以及顯示等任務。扭矩處理系統中的微處理器201僅處理與在線扭矩辨識相關的任務，包括採集經過調理和變送電機運行參數檢測裝置輸出的電機實時參數，以及實時計算電機扭矩值，同時承擔處理與高性能處理器101之間通訊的任務。整個系統上電時，主控制系統高性能處理器101通過串行或並行通訊方式將配置參數發送給扭矩處理系統的微處理器201。系統開始工作，執行機構和閥門電動裝置拖動閥門進行旋轉運動，高性能處理器101向微處理器201發送讀取當前電機扭矩的命令。扭矩處理系統200讀取電機的電流信號、電壓信號、電壓過零信號、電流過零信號、功率因素和速度信號，並計算異步電機當前輸出的扭矩。接著，將當前保存的輸出扭矩傳輸給微處理器201。微處理器201可以保存此扭矩並且通過高性能顯示器顯示出來。本發明針對行業對電動執行機構和閥門電動裝置扭矩保護功能穩定性和準確性的要求，為控制系統提供了一種非接觸式系統扭矩保護的方法和裝置。為電動執行機構和閥門電動裝置控制系統的研發和生產提供了簡便、高效的方式，推進了行業技術水平的提高和發展。以上顯示和描述的是本發明的基本原理、主要特徵和本發明的主要優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下本發明還會有各種變化和改進， 這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
權利要求
1.一種實現非接觸式系統扭矩保護的裝置，其特徵在於所述裝置包括主控制系統 (100)、扭矩處理系統O00)和電機運行參數檢測裝置(300)，所述主控制系統(100)包括高性能處理器(101)、顯示驅動電路(102)、顯示器(103)、外圍電路I (104)，所述高性能處理器(101)連接有顯示驅動電路(10 和外圍電路I (104)，所述顯示驅動電路(10 上連接有顯示器(103)；所述扭矩處理系統(200)包括微處理器001)、電機信號採集接口電路 (202)和外圍電路II (203)，所述外圍電路II O03)和電機信號採集接口電路(202)均連接在所述微處理器(201)上、所述電機信號採集接口電路(20 上連接著所述電機運行參數檢測裝置(300)，所述主控制系統(100)和扭矩處理系統(200)通過同一套外部電源(400) 供電，所述電機運行參數檢測裝置(300)包括電壓檢測電路(301)、電流檢測電路(302)、電壓過零檢測電路(303)、電流過零檢測電路(304)和電機速度檢測電路(305)。
2.根據權利要求1所述的實現非接觸式系統扭矩保護的裝置，其特徵在於所述主控制系統(100)與扭矩處理系統(200)之間為串行通訊方式或者並行通訊方式。
3.一種利用權利要求1所述的裝置實現非接觸式系統扭矩保護的方法，其特徵在於 所述方法包括如下步驟(1).主控制系統(100)完成整個裝置的電動執行機構和閥門電動裝置控制系統的控制信息處理和顯示，同時主控制系統(100)通過串行或者並行通訊方式協調與扭矩處理系統(200)之間的工作，完成對扭矩處理系統O00)的參數配置、運行控制和扭矩值傳輸；(2).扭矩處理系統(200)實時檢測電機的電流信號、電壓信號、功率因素和速度信號， 並將其轉化成可處理的內部數字量，最終計算出三相異步電機當前輸出的扭矩；(3).扭矩處理系統(200)通過串行或者並行通訊，實時響應主控制系統(100)的命令， 反饋當前電機輸出的扭矩。
4.根據權利要求3所述的實現非接觸式系統扭矩保護的方法，其特徵在於所述主控制系統(100)負責整個系統的主控制任務、信息處理任務，以及顯示任務，主控制系統 (100)通過串行或者並行通訊的方式向扭矩處理系統(200)發送查詢當前的扭矩的命令。
5.根據權利要求3所述的實現非接觸式系統扭矩保護的方法，其特徵在於所述扭矩處理系統(200)通過板載的微控制器的埠採集電機運行參數檢測裝置輸出的電壓信號、 電流信號、速度信號、電壓信號過零點和電流信號過零點，同時與主控制系統(100)通過串行或者並行通訊協調工作。
6.根據權利要求3所述的實現非接觸式系統扭矩保護的方法，其特徵在於所述電機運行參數檢測裝置(300)實時的檢測電動執行機構和閥門電動裝置控制系統在運行過程中，三相異步電動機的電壓信號、電流信號、速度信號、電壓信號過零點、電流信號過零點， 並將這些信號調理和變送後傳輸至扭矩處理系統。
7.根據權利要求3所述的實現非接觸式系統扭矩保護的方法，其特徵在於所述電壓檢測電路(301)利用電壓傳感器實時檢測電機的電壓信號，並且將信號調理和變送至扭矩處理系統O00)；所述電流檢測電路(30 利用電流傳感器實時檢測電機的電流信號，並且將信號調理和變送至扭矩處理系統O00)；所述電壓過零檢測電路(30 利用過零檢測電路實時檢測電壓傳感器信號的過零點， 並將過零點信號傳輸至扭矩處理系統O00)；所述電流過零檢測電路(304)利用過零檢測電路實時檢測電流傳感器信號的過零點， 並將過零點信號傳輸至扭矩處理系統O00)；所述電機速度檢測電路(30 利用電動電動執行機構和閥門電動裝置控制系統自帶的閥門位置傳感器，根據閥門位置傳感器輸出的位置信號變化與三相異步電機旋轉速度的比例關係，將不斷變化的閥位信號經過調理後傳輸至扭矩處理系統(200)作為速度信號。
全文摘要
本發明涉及一種實現非接觸式系統扭矩保護的裝置及方法，在現有三相異步電機拖動電動執行機構和閥門電動裝置控制系統的基礎上增加一套電機運行參數檢測裝置和一套扭矩處理系統。主控制系統負責電動執行機構和閥門電動裝置控制系統的控制信息處理和顯示部分。同時，通過串行或者並行通訊方式協調與扭矩處理系統之間的工作，完成對扭矩處理系統的參數配置、運行控制和扭矩值傳輸。扭矩處理系統通過採集埠從電機運行參數監測裝置讀取電機各信號的採集，並且根據三相異步電機原理、電機出廠參數和系統出廠校準參數，計算出三相異步電機的輸出扭矩。
文檔編號H02P21/14GK102185554SQ20111007984
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者餘虎, 常澄, 張涵, 顧曉軍 申請人:上海國鼎數碼科技有限公司