專利名稱：應(yīng)用于高壓變頻器上的智能監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能監(jiān)控裝置，尤其是一種應(yīng)用于高壓變頻器上的智能監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在國民經(jīng)濟(jì)的 各個(gè)領(lǐng)域如礦山、冶金、石化、自來水、電力等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著越來越重要的 作用。據(jù)中國江西新聞網(wǎng)2007年11月12日報(bào)導(dǎo)，工業(yè)用電量占整個(gè)全社會(huì)用電量的60 %， 而大功率電機(jī)用電量更是占整個(gè)工業(yè)用電量的70%，在當(dāng)前國際國內(nèi)能源緊缺的情況下， 降低工業(yè)電器、尤其是降低大功率電機(jī)的耗電量就成為整個(gè)社會(huì)節(jié)能的首要選擇，而變頻 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)工業(yè)電器的節(jié)能需要，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于工業(yè)電器產(chǎn)品中。變頻技術(shù)的特點(diǎn) 是根據(jù)產(chǎn)品的運(yùn)行要求，將工頻頻率調(diào)整為連續(xù)可調(diào)的頻率，適合機(jī)電產(chǎn)品無級平滑啟動(dòng)， 減少機(jī)電產(chǎn)品的電氣沖擊和機(jī)械沖擊。高壓變頻器被應(yīng)用在礦山、冶金、石化、自來水、電力等行業(yè)的提升機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類 和壓縮機(jī)的變頻調(diào)速，由于變頻調(diào)速的優(yōu)異性能，一方面改善了這些行業(yè)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境， 另一方面由于高壓變頻器中運(yùn)用了大量的微電子元件，一旦設(shè)備中某個(gè)電器元件出現(xiàn)故 障，就會(huì)影響這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)對上述行業(yè)的生產(chǎn)影響巨大。如 何快速查找出故障信息的狀態(tài)和故障的具體位置，如何對高壓變頻器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí) 監(jiān)控，在出現(xiàn)故障時(shí)，準(zhǔn)確了解高壓變頻器故障的信息和故障的位置，顯然是非常重要的， 也是非常有必要的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的問題是提供一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控高壓變頻器的運(yùn)行裝置、 故障狀態(tài)和故障具體位置的智能監(jiān)控裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種應(yīng)用于高壓變頻器上的智能監(jiān)控裝 置，該智能監(jiān)控裝置主要是由信號采集模塊、信號處理模塊、信號控制模塊、對外接口控制 模塊和人機(jī)界面組成；所述信號采集模塊用于采集高壓變頻器電路中的開關(guān)量實(shí)時(shí)信號和 模擬量實(shí)時(shí)信號，然后將上述實(shí)時(shí)信號發(fā)送給信號處理模塊；所述信號處理模塊用于將信 號采集模塊所發(fā)送的開關(guān)量實(shí)時(shí)信號和模擬量實(shí)時(shí)信號進(jìn)行解碼處理，然后將解碼處理后 的實(shí)時(shí)信號發(fā)送給信號控制模塊；所述信號控制模塊接收信號處理模塊所發(fā)送的實(shí)時(shí)信號 后，進(jìn)行判斷處理為變頻器運(yùn)行狀態(tài)信號，然后發(fā)送變頻器運(yùn)行狀態(tài)信號給人機(jī)界面，同時(shí) 發(fā)送控制指令信號給對外接口控制模塊；所述人機(jī)界面通過工控組態(tài)軟件將信號控制模塊 所發(fā)送的變頻器運(yùn)行狀態(tài)信號顯示在人機(jī)界面顯示屏上；所述對外接口控制模塊根據(jù)所述 信號控制模塊所發(fā)送的控制指令信號向?qū)ν饨涌谧龀鱿鄳?yīng)的控制指令。作為本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選方案，所述的信號采集模塊是設(shè)在功率單元中的開關(guān) 量信號采集電路，所述信號處理模塊是可編程門陣列FPGA(以下簡稱FPGA)，所述信號控制模塊是數(shù)字信號處理器DSP (以下簡稱DSP)，所述的對外接口控制模塊是可編程控制器 PLC(以下簡稱PLC)；該信號采集電路采集功率單元中過壓、過流、欠壓、過熱和缺相等數(shù)字 信號后，通過光纖串行傳輸給FPGA ；所述FPGA將所接收到串行信號進(jìn)行解碼處理為并行信 號后，并行傳輸給DSP。作為本實(shí)用新型的另一個(gè)優(yōu)選方案，所述信號采集模塊設(shè)在高壓變頻器整機(jī)電路 中，該信號采集模塊為模擬信號采樣電路，用于采集高壓變頻器整機(jī)中的轉(zhuǎn)速、壓力、電壓、 電流和溫度等模擬量信號；所述信號處理模塊是數(shù)字信號處理器DSP中的A/D轉(zhuǎn)換模塊； 所述信號控制模塊是數(shù)字信號處理器DSP ；所述的對外接口控制模塊是可編程控制器PLC。作為本實(shí)用新型的又一個(gè)優(yōu)選方案，所述信號采集模塊為設(shè)在可編程控制器PLC 內(nèi)部的模擬量信號采集電路，該模擬量信號采集電路用于采集給定、變壓器過熱和超溫以 及柜門打開等模擬量信號，所述信號處理模塊是數(shù)字信號處理器DSP中的A/D轉(zhuǎn)換模塊； 所述信號控制模塊是數(shù)字信號處理器DSP;所述的對外接口控制模塊是上述可編程控制器 PLC。進(jìn)一步，所述的DSP通過RS232通訊方式連接人機(jī)界面和PL C。進(jìn)一步，所述的DSP通過RS485通訊方式連接人機(jī)界面和PLC。進(jìn)一步，所述的DSP 選用 TMS320F2812 型 DSP。進(jìn)一步，所述的人機(jī)界面內(nèi)設(shè)置有一個(gè)故障記憶模塊，該故障記憶模塊用于實(shí)時(shí) 記錄變頻器運(yùn)行中的故障信息。本實(shí)用新型的有益效果在于1、本實(shí)用新型的技術(shù)方案提供的智能監(jiān)控裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控高壓變頻器功率單 元的過熱、欠壓、缺相、過壓和過流故障信號，以及高壓變頻器整機(jī)的轉(zhuǎn)速、壓力、電壓、電流 和溫度信號，對于出現(xiàn)過壓、過流和溫度過高的情形時(shí)，人機(jī)界面能夠?qū)崟r(shí)反映出故障狀態(tài) 和故障具體位置，且能夠自動(dòng)及時(shí)切斷外部高壓，保證設(shè)備的安全性，并及時(shí)提供準(zhǔn)確的信 息，為處理問題帶來極大的便利。2、本實(shí)用新型技術(shù)方案的技術(shù)特征是開發(fā)利用了高壓變頻器中原有的元器件功 能，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型技術(shù)方案的成本低，有利于高壓變頻器的推廣應(yīng)用。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1是本實(shí)用新型智能監(jiān)控裝置的原理示意圖；圖2是本實(shí)用新型功率單元運(yùn)行智能監(jiān)控裝置原理示意圖；圖3是本實(shí)用新型整機(jī)運(yùn)行智能監(jiān)控裝置原理示意圖。圖4是本實(shí)用新型變頻器保護(hù)智能監(jiān)控裝置原理示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1是本實(shí)用新型技術(shù)方案的監(jiān)控裝置原理示意圖，圖2、圖3和圖4為本實(shí)用新 型技術(shù)方案的具體實(shí)施例示意圖。圖1所示監(jiān)控裝置的組成、連接關(guān)系以及各部分功能如下所述該智能監(jiān)控裝置 主要是由信號采集模塊、信號處理模塊、信號控制模塊、對外接口控制模塊和人機(jī)界面組成；所述信號采集模塊用于采集高壓變頻器電路中的開關(guān)量實(shí)時(shí)信號和模擬量實(shí)時(shí)信號， 然后將上述實(shí)時(shí)信號發(fā)送給信號處理模塊；所述信號處理模塊用于將信號采集模塊所發(fā)送 的開關(guān)量實(shí)時(shí)信號和模擬量實(shí)時(shí)信號進(jìn)行解碼處理，然后將解碼處理后的實(shí)時(shí)信號發(fā)送給 信號控制模塊；所述信號控制模塊接收信號處理模塊所發(fā)送的實(shí)時(shí)信號后，進(jìn)行判斷處理 為變頻器運(yùn)行狀態(tài)信號，然后發(fā)送變頻器運(yùn)行狀態(tài)信號給人機(jī)界面，同時(shí)發(fā)送控制指令信 號給對外接口控制模塊；所述人機(jī)界面通過工控組態(tài)軟件將信號控制模塊所發(fā)送的變頻器 運(yùn)行狀態(tài)信號顯示在人機(jī)界面顯示屏上；所述對外接口控制模塊根據(jù)所述信號控制模塊所 發(fā)送的控制指令信號向?qū)ν饨涌谧龀鱿鄳?yīng)的控制指令。圖2所示的功率單元運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置利用高壓變頻器原有元器件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功 能。在功率單元電路中用邏輯芯片采集功率單元中的過壓、過流、欠壓、過熱、缺相等開關(guān)量 信號，該邏輯芯片就是開關(guān)量信號采集電路，該邏輯芯片通過光纖串行發(fā)送所采集的數(shù)字 信號給FPGA，F(xiàn)PGA進(jìn)行解碼處理為并行信號。邏輯芯片發(fā)送該并行信號給FPGA，F(xiàn)PGA和 DSP之間是利用地址數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通訊，F(xiàn)PGA處理的并行信號以最快速度傳輸給DSP，便于 DSP及時(shí)做出控制指令。DSP通過地址數(shù)據(jù)總線通訊接收到FPGA所傳輸?shù)牟⑿行盘栔螅?進(jìn)行判斷處理，之后，通過RS232或是RS485通道傳輸變頻器運(yùn)行狀態(tài)信號給人機(jī)界面，并 傳輸控制指令信號給對外接口控制模塊——PLC;人機(jī)界面通過工控組態(tài)軟件顯示相應(yīng)的 過流、過壓、欠壓、過熱和缺相等故障狀態(tài)；出現(xiàn)故障狀態(tài)時(shí)，人機(jī)界面顯示警示標(biāo)志，且給 出故障的具體發(fā)生位置，與此同時(shí)，DS P通過判斷后，發(fā)出控制指令給PLC，PLC對外圍電路 如高壓饋電柜發(fā)出切斷高壓電源指令，高壓饋電柜切斷高壓電源，維修人員可以根據(jù)人機(jī) 界面的提示和高壓斷電后的安全性，穩(wěn)妥的進(jìn)行處理問題。在變頻器技術(shù)中，技術(shù)人員常常 利用FPGA完成變頻算法，本實(shí)用新型技術(shù)方案中利用FPGA對開關(guān)量信號的解碼處理，可利 用該完成變頻算法FPGA的部分資源；本實(shí)用新型技術(shù)方案中DSP的控制功能可以利用變頻 器控制板中脈沖發(fā)生器所需用DSP的部分資源，也可以使用一塊專用的DSP完成控制功能。圖3所示整機(jī)運(yùn)行智能監(jiān)控裝置，高壓變頻器整機(jī)運(yùn)行中，根據(jù)設(shè)備工況要求需 要調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，比如在控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)壓力；該整機(jī)運(yùn) 行智能監(jiān)控裝置的模擬量信號采集電路可以采集到電機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)壓力、電壓、電流和溫度 等模擬量信號，該模擬量信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送給DSP，DSP經(jīng)過判斷 處理后，發(fā)送整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號給人機(jī)界面，發(fā)送控制指令信號給PLC ；人機(jī)界面通過工控 組態(tài)軟件顯示相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)壓力、電流、電壓、溫度等整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)故障狀 態(tài)時(shí)，人機(jī)界面顯示警示標(biāo)志，且給出故障的具體發(fā)生位置，與此同時(shí)，DSP通過判斷后，發(fā) 出控制指令給PLC，PLC對外圍電路如高壓饋電柜發(fā)出切斷高壓電源指令，高壓饋電柜切斷 高壓電源，維修人員可以根據(jù)人機(jī)界面的提示和高壓斷電后的安全性，穩(wěn)妥的進(jìn)行處理問 題。本實(shí)用新型技術(shù)方案中的A/D轉(zhuǎn)換模塊利用信號控制模塊DSP內(nèi)部所有的A/D模塊； 本實(shí)用新型技術(shù)方案中DSP的控制功能可以利用變頻器控制板中脈沖發(fā)生器所需用DSP的 部分資源，也可以使用一塊專用的DSP完成控制功能。圖4所示變頻器保護(hù)監(jiān)控裝置，在該監(jiān)控裝置中的信號采集模塊為設(shè)置在PLC內(nèi) 部的模擬量信號采集電路，該模擬量信號采集電路采集到給定、變壓器過熱和超溫以及柜 門打開等模擬量信號之后，發(fā)送給DSP內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊，該A/D轉(zhuǎn)換模塊將之轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號，并發(fā)送給DSP，DSP經(jīng)判斷處理后，發(fā)送狀態(tài)信號給人機(jī)界面，并發(fā)送指令給PLC ；當(dāng)出現(xiàn)故障狀態(tài)時(shí)，人機(jī)界面顯示警示標(biāo)志，且給出故障的具體發(fā)生位置，與此同時(shí)，DSP通過 判斷后，發(fā)出控制指令給PLC，PLC對外圍電路如高壓饋電柜發(fā)出切斷高壓電源指令，高壓 饋電柜切斷高壓電源，維修人員可以根據(jù)人機(jī)界面的提示和高壓斷電后的安全性，穩(wěn)妥的 進(jìn)行處理問題。本實(shí)用新型技術(shù)方案中DSP的控制功能可以利用變頻器控制板中脈沖發(fā)生 器所需用DSP的部分資源，也可以使用一塊專用的DSP完成控制功能。 上述實(shí)施例是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，本實(shí)用新型技術(shù)方案不限于上述描述， 凡是基于本實(shí)用新 型技術(shù)方案原理的等效變換，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種應(yīng)用于高壓變頻器上的智能監(jiān)控裝置，其特征在于該智能監(jiān)控裝置主要是由信號采集模塊、信號處理模塊、信號控制模塊、對外接口控制模塊和人機(jī)界面組成；所述信號采集模塊用于采集高壓變頻器電路中的開關(guān)量實(shí)時(shí)信號和模擬量實(shí)時(shí)信號，然后將上述實(shí)時(shí)信號發(fā)送給信號處理模塊；所述信號處理模塊用于將信號采集模塊所發(fā)送的開關(guān)量實(shí)時(shí)信號和模擬量實(shí)時(shí)信號進(jìn)行解碼處理，然后將解碼處理后的實(shí)時(shí)信號發(fā)送給信號控制模塊；所述信號控制模塊接收信號處理模塊所發(fā)送的實(shí)時(shí)信號后，進(jìn)行判斷處理為變頻器運(yùn)行狀態(tài)信號，然后發(fā)送變頻器運(yùn)行狀態(tài)信號給人機(jī)界面，同時(shí)發(fā)送控制指令信號給對外接口控制模塊；所述人機(jī)界面通過工控組態(tài)軟件將信號控制模塊所發(fā)送的變頻器運(yùn)行狀態(tài)信號顯示在人機(jī)界面顯示屏上；所述對外接口控制模塊根據(jù)所述信號控制模塊所發(fā)送的控制指令信號向?qū)ν饨涌谧龀鱿鄳?yīng)的控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能監(jiān)控裝置，其特征在于所述信號采集模塊是設(shè)在功率 單元中的開關(guān)量信號采集電路，所述信號處理模塊是可編程門陣列FPGA，所述信號控制模 塊是數(shù)字信號處理器DSP，所述的對外接口控制模塊是可編程控制器PLC ；該信號采集電路采集功率單元中過壓、過流、欠壓、過熱和缺相數(shù)字信號后，通過光纖 串行傳輸發(fā)送給可編程門陣列FPGA ；所述可編程門陣列FPGA將所接收到數(shù)字信號進(jìn)行解碼處理為并行信號后，并行發(fā)送 給數(shù)字信號處理器DSP。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能監(jiān)控裝置，其特征在于所述信號采集模塊設(shè)在高壓變 頻器整機(jī)電路中，該信號采集模塊為模擬信號采樣電路，用于采集高壓變頻器整機(jī)中的轉(zhuǎn) 速、電壓、電流和溫度模擬量信號；所述信號處理模塊是數(shù)字信號處理器DSP中的A/D轉(zhuǎn)換 模塊；所述信號控制模塊是數(shù)字信號處理器DSP ；所述的對外接口控制模塊是可編程控制 器 PLC。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能監(jiān)控裝置，其特征在于所述信號采集模塊為設(shè)在可編 程控制器PLC內(nèi)部的模擬量信號采集電路，該模擬量信號采集電路用于采集給定、變壓器 過熱和超溫以及柜門打開模擬量信號，所述信號處理模塊是數(shù)字信號處理器DSP內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換模塊；所述信號控制模塊是數(shù)字信號處理器DSP ；所述的對外接口控制模塊是上述可 編程控制器PLC。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的任一智能監(jiān)控裝置，其特征在于所述的數(shù)字信號處 理器DSP通過RS232通訊方式連接人機(jī)界面和可編程控制器PLC。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的任一智能監(jiān)控裝置，其特征在于所述的數(shù)字信號處 理器DSP通過RS485通訊方式連接人機(jī)界面和可編程控制器PLC。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的任一智能監(jiān)控裝置，其特征在于所述的數(shù)字信號處 理器 DSP 選用 TMS320F2812 型 DSP。
8.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的任一智能監(jiān)控裝置，其特征在于所述的人機(jī)界面內(nèi) 設(shè)置有一個(gè)故障記憶模塊，該故障記憶模塊用于實(shí)時(shí)記錄變頻器運(yùn)行中的故障信息。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種應(yīng)用于高壓變頻器上的智能監(jiān)控裝置，該智能監(jiān)控裝置主要是由信號采集模塊、信號處理模塊、信號控制模塊、對外接口控制模塊和人機(jī)界面組成；本實(shí)用新型的技術(shù)方案提供的智能監(jiān)控裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控高壓變頻器功率單元的過熱、欠壓、缺相、過壓和過流故障信號，以及高壓變頻器整機(jī)的轉(zhuǎn)速、壓力、電壓、電流和溫度信號，對于出現(xiàn)過壓、過流和溫度過高的情形時(shí)，人機(jī)界面能夠?qū)崟r(shí)反映出故障狀態(tài)和故障具體位置，且能夠自動(dòng)及時(shí)切斷外部高壓，保證設(shè)備的安全性，并及時(shí)提供準(zhǔn)確的信息，為處理問題帶來極大的便利。
文檔編號G05B19/048GK201570856SQ20092024651
公開日2010年9月1日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者劉東耀, 宋青東, 梁松源, 趙輝, 靳鞅 申請人:北京中礦華飛科技有限公司