大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統的製作方法

2023-10-11 14:04:19

專利名稱：大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統的製作方法
技術領域：
本實用新型是大型儲罐全自動超聲波檢測設備完成檢測裝置驅動和定位的大 型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，涉及超聲波的測量、為產生和保持 設備的有效運行的一般措施、電動機的控制和管道系統技術領域。
背景技術：
目前，我園大罐施工過程中，橫、立焊縫需要經過嚴格的檢測，現在使用的主要焊縫檢測拔術有射線探傷和超聲波探傷兩大類。超聲波探傷可分為手工探 傷和自動探傷，目前在大罐建設中主要使用的手工超聲探傷效率低，人為因素影 響大；而射線探傷速度慢、費用高，對人體健康有嚴重的威脅，而且對線狀缺陷 易漏檢。自動相控陣超聲波探傷設備基本上可以彌補手工超聲波探傷和射線探傷 的不足，在許多方面還優於射線探傷，有很強的實用性，是目前探傷領域發展的趨 勢。與手工超聲探傷不同，全自動大罐焊縫檢測裝置是在電機驅動系統的控制下， 沿橫、立焊縫糠密掃査，完成超聲檢測的，電機驅動系統要求控制平穩、定位精 度高、電磁幹擾小。經查新，目前在大罐建設中橫、立焊縫的超聲檢測均採用手工超聲探傷，如 釆用先進的全自動相控陣超聲波探傷技術，可以配合大罐自動焊接設備形成流水 作業，保證大罐焊縫檢測工作與整個工程的進程緊密結合，我國目前還沒有此類 產品，國外也沒有查閱到相關產品報導。全自動超聲檢測設備在大型儲罐橫、立 焊縫檢測中的應用，可以節省大量的資金，提高生產效率，縮短工期，減輕工人 勞動強度。電機驅動系統是大罐全自動超聲檢測設備的重要組成部分，可以保證 超聲探頭精確定位、平穩運行，減少對整個檢測系統的電磁幹擾。 實用新型內容本實用新型的目的是設計一種可實現對大罐全自動超聲檢測裝置進行實時控 制、平穩驅動和精確定位的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統。本實用新型的技術方案是在新開發的工控機控制平臺上搭建的伺服驅動控制 系統，其構成如圖l所示，是由工控機、綜合控制板、驅動器、直流伺服電機、 編碼器和直流電源組成，工控機與綜合控制板有數據總線和地址總線連接，綜合 控制板有控制總線與驅動器連接，工控機由通訊線也與驅動器連接，連有編碼器
的驅動器與直流伺服電機連接，直流電源與工控機、綜合控制板、驅動器、直流 伺服電機、編碼器連接，為其供電。具體是工控機的ISA總線接口與綜合控制板的1/0接口連接，綜合控制板通 過工控機的ISA總線接口接受程序軟體傳過來的控制字，綜合控制板輸出與受編碼器控制的驅動器的控制端J5-20、 J5-6、 J5-17連接，工控機由RS232通訊線 也與驅動器的J5-14、 J5-29連接，電源與為各部分供電。其中綜合控制板是新開發的控制板，如圖2、圖3所示。該電路板由FPGA芯 片通過I/O接口與工控機的ISA總線連接，FPGA晶片的87-92 I/O接口接出 PWR0-PWR3、 PULSE、 DIR及GNDINT分別接U31-U36 6個MOC5008的兩IN端，而對 應PWRO-PWR3輸入的U31-U34的OUT端分別接U37 SN75174的1A-4A端，對應 PULSE、 DIR輸入的U35、 U36的OUT端分別接U38 SN75174的U、 2A端，U37 、 U38的1Y、 1Z、 2Y、 2Z、 3Y、 3Z、 4Y、 4Z和U38的1Y、 1Z、 2Y、 2Z均接至J31 腿5 的各端。FPGA晶片接受控制指令，並把控制指令轉換為伺服電機驅動器可識別的 控制脈衝指令，通過MOC5008驅動晶片輸出控制波形，控制輸出主要有兩個端子 端子PULS輸出方波脈衝信號，用於控制電機行走的距離和速度，端子DIRECT輸 出高/低電平信號，用於控制伺服電機的方向。本系統的電路連接為工控機除了通過總線系統向綜合控制板發送控制指令 外，還通過RS-232通訊口與伺服電機驅動器進行通訊，在全自動超聲檢測設備工 作前，通過軟體對驅動器進行控制性能的匹配和優化設定，使得整個驅動系統能 夠按預定的參數平穩運行。綜合控制板輸出端子的輸出J31-6、 J31-7、 J31-15 經屏蔽線接驅動器的J5-20、 J5-6、 J5-17端，用於給驅動器提供脈衝和方向信號。驅動器的信號與直流伺服電機、編碼器、直流電源的連接如圖4所示，驅動 器1的輸出端子J4-8、 J4-l、 J4_9、 J4-2、 J4-10、 J4-3經屏蔽線分別接編碼器 3的A、 /A、 B、 /B、 X、 /X端，驅動器l的輸出端子J4-6、 J4-4分別接編碼器3 的GND、 +5V端子，驅動器l的輸出端子J2-4、 J2-3、 J2-2經屏蔽線分別接直流 伺服電機2的U、 V、 W端,驅動器l的輸入端子J3-3和J3-2、 J3-4分別接直流 電源4的正極和負極。本系統中所用其它模塊均為巿銷產品，工控機可選研華工控機IPC-610類產 品，綜合控制板為EP1K30T144類產品，驅動器可選CopleyACJ-055類產品，直 流伺服電機可逸Maxon RE40類產品，編碼器可選HEDLH類產品，直流電源可選 S-100-12類產品。
可見，本實用新型可實現對大罐全自動超聲檢測裝置進行實時控制、平穩驅動 和精確定位，可以方便地通過人機界面設置全自動超聲檢測裝置的運行速度和運 行位置，保證了超聲探頭的精確定位。


圖l驅動系統原理框圖 圖2綜合拔制板電路圖圖3綜合控制板電路圖-驅動晶片部分圖4驅動器控制端子接線圖其中l一驅動器 2—直流伺服電機 3—編碼器 4—直流電源具體實施方式
實施例.以本例說明本實用新型的具體實施方式
，並對本實用新型作進一步的 說明。本例是一工業試驗樣機，其構成如圖1所示，電路及接線如圖2-圖4所示。 具體為工控機選研華工控機IPC-610類產品，FPGA晶片選EP1K30T144，驅動芯 片選M0C5008， U37 、 U38選SN75174, J31選DB15;驅動器選Copley ACJ-055類 產品，直流伺脤電機選Maxon RE40類產品，編碼器選HEDL55類產品，2W直流電 源選S-100-12類產品。本系統的電路連接為工控機除了通過總線系統向綜合控制板發送控制指令 外，還通過RS-232通訊口與伺服電機驅動器進行通訊，在系統檢測施工前，通過軟體對驅動器進行控制性能的匹配和優化設定，使得整個驅動系統能夠按預定的 參數平穩運行。綜合控制板的三條輸出經屏蔽線接驅動器的"_20、 J5-6、 "-17端，用於給驅動器提供脈衝和方向信號。驅動器的倌號與直流伺服電機、數字編碼器、24V直流電源的連接如圖4所 示，驅動器的輸出端子J4-8、 J4-l、 J4-9、 J4-2、 J4-10、 J4-3經屏蔽線分別接 數字編碼器的A、 M、 B、 /B、 X、 /X端，驅動器的輸出端子J4-6、 J4-4分別接數 字編碼器的GND、 +5￥端子，驅動器的輸出端子J2-4、 H-3、 J2-2經屏蔽線分別 接直流伺服電機的U、 V、 W端，驅動器的輸入端子J3-3 ( J3-2 )、 J3-4分別接 直流電源的正極和負極。電機驅動系統是大罐全自動超聲檢測系統的重要組成部分，本系統經施工現 場試驗證明，應用於大型儲罐橫、立焊縫的全自動超聲檢測系統中，可以保證超 聲探頭精確定位、'平穩運行，減少對整個檢測系統的電磁幹擾。
權利要求1.一種用於大型儲罐全自動超聲檢測設備驅動和定位的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，其特徵是該系統由工控機、綜合控制板、驅動器、直流伺服電機、編碼器和直流電源組成，工控機與綜合控制板有數據總線和地址總線連接，綜合控制板有控制總線與驅動器連接，工控機由通訊線也與驅動器連接，連有編碼器的驅動器與直流伺服電機連接，直流電源與工控機、綜合控制板、驅動器、直流伺服電機、編碼器連接，為其供電。
2. 根據權利要求1所述的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，其特徵 是工控機的ISA總線接口與綜合控制板的1/0接口連接，綜合控制板通過工控機 的ISA總線接口接受程序軟體傳過來的控制字，綜合控制板輸出與受編碼器控制 的驅動器的控制端J5-20、 J5-6、 J5-17連接，工控機由RS232通訊線也與驅動 器的J5-14、 JS-29連接，電源與為各部分供電。
3. 根據權利要求1或2所述的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，其 特徵是由FPGA晶片構成的綜合控制板通過I/O接口與工控機的ISA總線連接， FPGA晶片的87-92 I/O接口接出PWRO-PWR3、PULSE、DIR及GN訓T分別接U31-賜 6個MOC5008的兩IN端，而對應PWRO-PWR3輸入的U31-U34的OUT端分別接U37 SN75174的1A-4A端，對應PULSE、 DIR輸入的U35、 U36的OUT端分別接U38 SN75174的1A、 2A端，U37 、詣的1Y、 1Z、 2Y、 2Z、 3Y、 3Z、 4Y、 4Z和U38 的1Y、 1Z、 2Y、 2Z均接至J31 DB15的各端;FPGA晶片接受控制指令，並把控制 指令轉換為伺脤電機驅動器可識別的控制脈衝指令，通過MOC5008驅動晶片輸出 控制波形，控制輸出端子PULS輸出控制電機行走距離和速度的方波脈衝信號，控 制輸出端子DIRECT輸出控制伺服電機方向的高/低電平信號。
4. 根據權利要求1或2所述的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，其 特徵是驅動器與直流伺服電機、編碼器、直流電源的連接是驅動器的輸出端子 J4-8、 J4-l、 J4-9、 J4-2、 J4-10、 J4-3經屏蔽線分別接編碼器的A、 /A、 B、 /B、 X、 /X端，驅動器的輸出端子J4-6、 J4-4分別接編碼器的GND、 +5V端子，驅動 器的輸出端子J2-4、 J2-3、 J2-2經屏蔽線分別接直流伺服電機的U、 V、 W端，驅 動器的輸入端子J3-3和J3-2、 J3-4分別接直流電源的正極和負極。
5. 根據權利要求1或2所述的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，其 特徵是所述工控機為研華工控機IPC-610類產品。
6. 根據權利要求1或2所述的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，其 特徵是所述綜舍控制板為EP1K30T144類產品。
7. 根據權利要求1或2所述的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，其特徵是所述驅動器為Copley ACJ-055類產品。
8. 根據權利要求1或2所述的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，其 特徵是所述直流伺服電機為Maxon RE40類產品。
9. 根據權利要求1或2所述的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，其 特徵是所述編碼器為HEDL55類產品編碼器。
10. 根據權利要求1或2所述的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，其 特徵是所述直流電源為S-100-12類產品。
專利摘要本實用新型是大型儲罐全自動超聲波檢測設備完成檢測裝置驅動和定位的大型儲罐相控陣超聲波檢測電機驅動系統，涉及超聲波的測量、為產生和保持設備的有效運行的一般措施、電動機的控制和管道系統技術領域。該系統由工控機、綜合控制板、驅動器、直流伺服電機、編碼器和直流電源組成，工控機與綜合控制板有數據總線和地址總線連接，綜合控制板有控制總線與驅動器連接，工控機由通訊線也與驅動器連接，連有編碼器的驅動器與直流伺服電機連接，直流電源與工控機、綜合控制板、驅動器、直流伺服電機、編碼器連接，為其供電。本實用新型可實現對大罐全自動超聲檢測裝置進行實時控制、平穩驅動和精確定位。
文檔編號G01N29/04GK201034980SQ20072010429
公開日2008年3月12日 申請日期2007年4月17日 優先權日2007年4月17日
發明者劉全利, 森 李, 勇 江, 白世武, 薛振奎, 佚 邢, 陽 項 申請人:中國石油天然氣管道局;中國石油天然氣管道科學研究院