专利名称：一种实现非接触式系统扭矩保护的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种扭矩保护的装置及方法，特别涉及一种三相异步电机拖动电动执行机构控制系统的非接触式系统扭矩保护的装置及方法。
背景技术：
目前电动执行机构和阀门电动装置在现场运行过程中，控制阀门等现场设备进行旋转式运动，系统根据外部负载的需求动态调节系统的扭矩输出。按行业要求，电动执行机构和阀门电动装置在实际工作过程中，系统必须能够实时检测系统扭矩输出。一旦发现当前扭矩值大于系统预设保护扭矩值，系统立刻停止运行。随着行业对控制系统的要求的不断提高，控制系统设计强调了对扭矩保护准确性与稳定性的要求。传统执行机构将机械式连杆和压力传感器作为系统输出扭矩的感知元件，此方法在实际应用中会碰到批量生产困难、安装工艺复杂、现场运用时响应速度慢、一致性不高等问题。因此，无法满足行业对控制系统扭矩保护准确性与稳定性的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种三相异步电机拖动电动执行机构控制系统的非接触式系统扭矩保护的装置及方法。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种实现非接触式系统扭矩保护的装置，所述装置包括主控制系统、扭矩处理系统和电机运行参数检测装置，所述主控制系统包括高性能处理器、显示驱动电路、显示器、外围电路I，所述高性能处理器连接有显示驱动电路和外围电路I，所述显示驱动电路上连接有显示器；所述扭矩处理系统包括微处理器、电机信号采集接口电路和外围电路II，所述外围电路II和电机信号采集接口电路均连接在所述微处理器上、所述电机信号采集接口电路上连接着所述电机运行参数检测装置，所述主控制系统和扭矩处理系统通过同一套外部电源供电，所述电机运行参数检测装置包括电压检测电路、电流检测电路、电压过零检测电路、电流过零检测电路和电机速度检测电路。所述主控制系统与扭矩处理系统之间为串行通讯方式或者并行通讯方式。—种利用上述的装置实现非接触式系统扭矩保护的方法，所述方法包括如下步骤(1).主控制系统完成整个装置的电动执行机构和阀门电动装置控制系统的控制信息处理和显示，同时主控制系统通过串行或者并行通讯方式协调与扭矩处理系统之间的工作，完成对扭矩处理系统的参数配置、运行控制和扭矩值传输；(2).扭矩处理系统实时检测电机的电流信号、电压信号、功率因素和速度信号，并将其转化成可处理的内部数字量，最终计算出三相异步电机当前输出的扭矩；(3).扭矩处理系统通过串行或者并行通讯，实时响应主控制系统的命令，反馈当前电机输出的扭矩。
在本发明的具体实施例子中，所述主控制系统负责整个系统的主控制任务、信息处理任务，以及显示任务，主控制系统通过串行或者并行通讯的方式向扭矩处理系统发送查询当前的扭矩的命令。在本发明的具体实施例子中，所述扭矩处理系统通过板载的微控制器的端口采集电机运行参数检测装置输出的电压信号、电流信号、速度信号、电压信号过零点和电流信号过零点，同时与主控制系统通过串行或者并行通讯协调工作。在本发明的具体实施例子中，所述电机运行参数检测装置实时的检测电动执行机构和阀门电动装置控制系统在运行过程中，三相异步电动机的电压信号、电流信号、速度信号、电压信号过零点、电流信号过零点，并将这些信号调理和变送后传输至扭矩处理系统。在本发明的具体实施例子中，所述电压检测电路利用电压传感器实时检测电机的电压信号，并且将信号调理和变送至扭矩处理系统；所述电流检测电路利用电流传感器实时检测电机的电流信号，并且将信号调理和变送至扭矩处理系统；所述电压过零检测电路利用过零检测电路实时检测电压传感器信号的过零点，并将过零点信号传输至扭矩处理系统；所述电流过零检测电路利用过零检测电路实时检测电流传感器信号的过零点，并将过零点信号传输至扭矩处理系统；所述电机速度检测电路利用电动电动执行机构和阀门电动装置控制系统自带的阀门位置传感器，根据阀门位置传感器输出的位置信号变化与三相异步电机旋转速度的比例关系，将不断变化的阀位信号经过调理后传输至扭矩处理系统作为速度信号。本发明的积极进步效果在于本发明提供的一种实现非接触式系统扭矩保护的装置及方法，在现有三相异步电机拖动电动执行机构和阀门电动装置控制系统的基础上增加一套电机运行参数检测装置和一套扭矩处理系统。主控制系统负责电动执行机构和阀门电动装置控制系统的控制信息处理和显示部分。同时，通过串行或者并行通讯方式协调与扭矩处理系统之间的工作，完成对扭矩处理系统的参数配置、运行控制和扭矩值传输。扭矩处理系统通过采集端口从电机运行参数监测装置读取电机各信号的采集，并且根据三相异步电机原理、电机出厂参数和系统出厂校准参数，计算出三相异步电机的输出扭矩。本发明为电动执行机构和阀门电动装置控制系统的研发和生产提供了简便、高效的方式，推进了行业技术水平的提高和发展。
图1为本发明的整个系统的硬件电路框图。图2为本发明的扭矩处理系统的工作流程图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。图1为本发明的整个系统的硬件电路框图，本发明包括主控制系统100、扭矩处理系统200和电机运行参数检测装置300，主控制系统100包括高性能处理器101、显示驱动电路102、显示器103、外围电路1104，所述高性能处理器101连接有显示驱动电路102和外围电路1104，所述显示驱动电路102上连接有显示器103 ；所述扭矩处理系统200包括微处理器201、电机信号采集接口电路202和外围电路11203，所述外围电路II203和电机信号采集接口电路202均连接在所述微处理器201上、所述电机信号采集接口电路202上连接着所述电机运行参数检测装置300，所述主控制系统100和扭矩处理系统200通过同一套外部电源400供电，所述电机运行参数检测装置300包括电压检测电路301、电流检测电路 302、电压过零检测电路303、电流过零检测电路304和电机速度检测电路305。在本发明的具体实施例子中，主控制系统100与扭矩处理系统200之间为串行通讯方式或者并行通讯方式。一种利用上述的装置实现非接触式系统扭矩保护的方法，包括如下步骤(1).主控制系统100完成整个装置的电动执行机构和阀门电动装置控制系统的控制信息处理和显示，同时主控制系统100通过串行或者并行通讯方式协调与扭矩处理系统200之间的工作，完成对扭矩处理系统200的参数配置、运行控制和扭矩值传输；(2).扭矩处理系统200实时检测电机的电流信号、电压信号、功率因素和速度信号，并将其转化成可处理的内部数字量，最终计算出三相异步电机当前输出的扭矩；(3).扭矩处理系统200通过串行或者并行通讯，实时响应主控制系统100的命令， 反馈当前电机输出的扭矩。主控制系统100负责整个系统的主控制任务、信息处理任务，以及显示任务，主控制系统100通过串行或者并行通讯的方式向扭矩处理系统200发送查询当前的扭矩的命令。扭矩处理系统200通过板载的微控制器的端口采集电机运行参数检测装置输出的电压信号、电流信号、速度信号、电压信号过零点和电流信号过零点，同时与主控制系统 100通过串行或者并行通讯协调工作。电机运行参数检测装置300实时的检测电动执行机构和阀门电动装置控制系统在运行过程中，三相异步电动机的电压信号、电流信号、速度信号、电压信号过零点、电流信号过零点，并将这些信号调理和变送后传输至扭矩处理系统。电压检测电路301利用电压传感器实时检测电机的电压信号，并且将信号调理和变送至扭矩处理系统200 ；电流检测电路302利用电流传感器实时检测电机的电流信号，并且将信号调理和变送至扭矩处理系统200 ；电压过零检测电路303利用过零检测电路实时检测电压传感器信号的过零点，并将过零点信号传输至扭矩处理系统200 ；电流过零检测电路304利用过零检测电路实时检测电流传感器信号的过零点，并将过零点信号传输至扭矩处理系统200 ；电机速度检测电路305利用电动电动执行机构和阀门电动装置控制系统自带的阀门位置传感器，根据阀门位置传感器输出的位置信号变化与三相异步电机旋转速度的比例关系，将不断变化的阀位信号经过调理后传输至扭矩处理系统200作为速度信号。图2为本发明的扭矩处理系统的工作流程图。当主控制系统发出读取当前扭矩值命令后，高性能处理器101将命令传递给微处理器201，微处理器201读取电机信号采集接口电路采集到的电机运行参数，同时微处理器 201根据三相异步电机的原理、电机出厂参数和系统出厂前的校准参数，计算出三相异步电机的输出扭矩。本发明在现有三相异步电机电动拖动电动执行机构和阀门电动装置控制系统基础上增加一套电机运行参数检测装置和一套扭矩处理系统。控制系统中主控制系统的高性能处理器101 (微控制器MCU或者数字信号处理器DSP)承担完成控制系统的控制任务、信息处理，以及显示等任务。扭矩处理系统中的微处理器201仅处理与在线扭矩辨识相关的任务，包括采集经过调理和变送电机运行参数检测装置输出的电机实时参数，以及实时计算电机扭矩值，同时承担处理与高性能处理器101之间通讯的任务。整个系统上电时，主控制系统高性能处理器101通过串行或并行通讯方式将配置参数发送给扭矩处理系统的微处理器201。系统开始工作，执行机构和阀门电动装置拖动阀门进行旋转运动，高性能处理器101向微处理器201发送读取当前电机扭矩的命令。扭矩处理系统200读取电机的电流信号、电压信号、电压过零信号、电流过零信号、功率因素和速度信号，并计算异步电机当前输出的扭矩。接着，将当前保存的输出扭矩传输给微处理器201。微处理器201可以保存此扭矩并且通过高性能显示器显示出来。本发明针对行业对电动执行机构和阀门电动装置扭矩保护功能稳定性和准确性的要求，为控制系统提供了一种非接触式系统扭矩保护的方法和装置。为电动执行机构和阀门电动装置控制系统的研发和生产提供了简便、高效的方式，推进了行业技术水平的提高和发展。以上显示和描述的是本发明的基本原理、主要特征和本发明的主要优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进， 这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.一种实现非接触式系统扭矩保护的装置，其特征在于所述装置包括主控制系统 (100)、扭矩处理系统O00)和电机运行参数检测装置(300)，所述主控制系统(100)包括高性能处理器(101)、显示驱动电路(102)、显示器(103)、外围电路I (104)，所述高性能处理器(101)连接有显示驱动电路(10 和外围电路I (104)，所述显示驱动电路(10 上连接有显示器(103)；所述扭矩处理系统(200)包括微处理器001)、电机信号采集接口电路 (202)和外围电路II (203)，所述外围电路II O03)和电机信号采集接口电路(202)均连接在所述微处理器(201)上、所述电机信号采集接口电路(20 上连接着所述电机运行参数检测装置(300)，所述主控制系统(100)和扭矩处理系统(200)通过同一套外部电源(400) 供电，所述电机运行参数检测装置(300)包括电压检测电路(301)、电流检测电路(302)、电压过零检测电路(303)、电流过零检测电路(304)和电机速度检测电路(305)。
2.根据权利要求1所述的实现非接触式系统扭矩保护的装置，其特征在于所述主控制系统(100)与扭矩处理系统(200)之间为串行通讯方式或者并行通讯方式。
3.一种利用权利要求1所述的装置实现非接触式系统扭矩保护的方法，其特征在于 所述方法包括如下步骤(1).主控制系统(100)完成整个装置的电动执行机构和阀门电动装置控制系统的控制信息处理和显示，同时主控制系统(100)通过串行或者并行通讯方式协调与扭矩处理系统(200)之间的工作，完成对扭矩处理系统O00)的参数配置、运行控制和扭矩值传输；(2).扭矩处理系统(200)实时检测电机的电流信号、电压信号、功率因素和速度信号， 并将其转化成可处理的内部数字量，最终计算出三相异步电机当前输出的扭矩；(3).扭矩处理系统(200)通过串行或者并行通讯，实时响应主控制系统(100)的命令， 反馈当前电机输出的扭矩。
4.根据权利要求3所述的实现非接触式系统扭矩保护的方法，其特征在于所述主控制系统(100)负责整个系统的主控制任务、信息处理任务，以及显示任务，主控制系统 (100)通过串行或者并行通讯的方式向扭矩处理系统(200)发送查询当前的扭矩的命令。
5.根据权利要求3所述的实现非接触式系统扭矩保护的方法，其特征在于所述扭矩处理系统(200)通过板载的微控制器的端口采集电机运行参数检测装置输出的电压信号、 电流信号、速度信号、电压信号过零点和电流信号过零点，同时与主控制系统(100)通过串行或者并行通讯协调工作。
6.根据权利要求3所述的实现非接触式系统扭矩保护的方法，其特征在于所述电机运行参数检测装置(300)实时的检测电动执行机构和阀门电动装置控制系统在运行过程中，三相异步电动机的电压信号、电流信号、速度信号、电压信号过零点、电流信号过零点， 并将这些信号调理和变送后传输至扭矩处理系统。
7.根据权利要求3所述的实现非接触式系统扭矩保护的方法，其特征在于所述电压检测电路(301)利用电压传感器实时检测电机的电压信号，并且将信号调理和变送至扭矩处理系统O00)；所述电流检测电路(30 利用电流传感器实时检测电机的电流信号，并且将信号调理和变送至扭矩处理系统O00)；所述电压过零检测电路(30 利用过零检测电路实时检测电压传感器信号的过零点， 并将过零点信号传输至扭矩处理系统O00)；所述电流过零检测电路(304)利用过零检测电路实时检测电流传感器信号的过零点， 并将过零点信号传输至扭矩处理系统O00)；所述电机速度检测电路(30 利用电动电动执行机构和阀门电动装置控制系统自带的阀门位置传感器，根据阀门位置传感器输出的位置信号变化与三相异步电机旋转速度的比例关系，将不断变化的阀位信号经过调理后传输至扭矩处理系统(200)作为速度信号。
全文摘要
本发明涉及一种实现非接触式系统扭矩保护的装置及方法，在现有三相异步电机拖动电动执行机构和阀门电动装置控制系统的基础上增加一套电机运行参数检测装置和一套扭矩处理系统。主控制系统负责电动执行机构和阀门电动装置控制系统的控制信息处理和显示部分。同时，通过串行或者并行通讯方式协调与扭矩处理系统之间的工作，完成对扭矩处理系统的参数配置、运行控制和扭矩值传输。扭矩处理系统通过采集端口从电机运行参数监测装置读取电机各信号的采集，并且根据三相异步电机原理、电机出厂参数和系统出厂校准参数，计算出三相异步电机的输出扭矩。
文档编号H02P21/14GK102185554SQ20111007984
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者余虎, 常澄, 张涵, 顾晓军 申请人:上海国鼎数码科技有限公司