一种消防专用低频巡检一体化装置技术领域
本发明属于消防技术领域,具体涉及一种消防专用低频巡检一体化装置。
背景技术
现有的用于消防低频巡检的装置,往往利用散热风机的叶片推动空气以与
轴相同的方向流动。轴流风机的叶轮和螺旋桨有点类似,它在工作时,绝大部
分气流的流向与轴平行,换句话说就是沿轴线方向。轴流风机当入口气流是0
静压的自由空气时,其功耗最低,当运转时会随着气流反压力的上升功耗也会
增加。轴流风机通常装在电气设备的机柜上,有时也整合在电机上,由于轴流
风机结构紧凑,可以节省很多空间,同时安装方便,因此得到广泛的应用;但
是现有散热风机的控制系统的集成度还不够高,浪费空间大。
现有的用于消防低频巡检的装置的软起动器通常采用通过可控硅的调压方
式,电机电压逐渐升高,从而电机转速逐渐升高,达到软起动电机目的,降低
电机起动电流,但是常采用调压方式,电机力矩变小,电机曲线特性变软,起
动电流在3~4倍,对电网还有一定的冲击。在不改变硬件可控硅结构的情况下,
如常采用变频控制算法,电机力矩变大,起动电流在2倍,减少对电网冲击,
如电机是重载起动的话,调压控制不合适,不能重载起动,而变频控制能更好
发挥电机性能,带动重载电机。
现有的用于消防低频巡检的装置的水位和水压的控制方法,普遍采用水泵
水箱联合给水方式:水泵从储水池吸水,经加压后送入水箱。因水泵水位和水
压的控制量大于系统用水量,水箱水位上升,至高水位时停泵,当低水位时重
新启动。这样水泵和水箱联合工作,水泵及时向水箱充水,可以减小水箱容积。
同时,在水箱的调节下,水泵能稳定在高效点工作,节省电耗。在高位水箱上
采用水位继电器控制水泵启动,易于实现管理自动化。储水池和水箱能够储备
一定水量,增强水位和水压的控制的安全可靠性。但是这样的系统一次性投资
较大,设备和运行费用较高,安装及维护比较麻烦。
现有的用于消防低频巡检的装置的基于以太网的远程电机驱动控制方式,
随着控制技术的发展以及社会对节能要求的提高,直流无刷电机作为一种新
型、高效率的电机得到了广泛的应用。传统的直流无刷电机采用方波控制方式,
控制简单,容易实现,同时存在转矩脉动、换相噪声等问题,在一些对噪声有
要求的应用领域存在局限性。针对这些应用,采用正弦波控制可以很好的解决
这个问题。但是这样的电机驱动控制方式往往没有实现远程控制的方式。
发明内容
本发明的目的提供一种消防专用低频巡检一体化装置,包括MCU微控制
器模块,也即CPU,所述的CPU同人机界面模块、保护模块、逻辑控制模块、
黑匣子模块、电源模块、远程通信模块、低频模块以及巡检模块相连接,MCU
微控制器模块同显示模块、晶闸管驱动模块、散热风机控制模块以及内置旁路
模块相通信连接,所述的MCU微控制器模块、显示模块、通信模块、晶闸管
驱动模块、保护模块、散热风机控制模块以及内置旁路模块均同开关电源模块
相电连接,这样就构成了内置单相旁路的电机启动装置。这样的结构避免了现
有技术的缺陷。
为了克服现有技术中的不足,本发明提供了一种消防专用低频巡检一体化
装置的解决方案,具体如下:
一种消防专用低频巡检一体化装置,包括MCU微控制器模块,也即CPU,
所述的CPU同人机界面模块、保护模块、逻辑控制模块、黑匣子模块、电源
模块、远程通信模块、低频模块以及巡检模块相连接,MCU微控制器模块同
显示模块、晶闸管驱动模块、散热风机控制模块以及内置旁路模块相通信连接,
所述的MCU微控制器模块、显示模块、通信模块、晶闸管驱动模块、保护模
块、散热风机控制模块以及内置旁路模块均同开关电源模块相电连接,这样就
构成了内置单相旁路的电机启动装置;
所述的开关电源模块为系统工作提供必要的电源;
所述的MCU微控制器模块用于对系统进行智能控制,通过各类传感器实时
监控系统运行状态,并根据系统设定参数及体统运行状态进行内部运算得出运
行结果;
所述的显示模块属于人机交互界面,用于显示系统状态信息及人机交互控
制,这样使得客户可以通过键盘对系统进行设定和控制,显示屏则可以直观的
实时反映当前设定或当前运行状态,即通过按键和显示界面读取系统状态并对
系统进行设定和控制;
所述的通讯模块用于系统与上位机的通讯,上位机通过通讯获得系统状态
信息并对系统进行控制,该模块主要用于客户远程集中控制,客户通过上位机
总线与各工作站从机进行远程通信控制;
所述的晶闸管驱动模块,用于驱动晶闸管,其驱动方式受MCU微控制器
模块控制,用于对晶闸管的开关控制,并对三相电压进行采样,MCU微控制
器对采样信号进行分析计算得出合理的驱动信号,晶闸管驱动模块对驱动信号
进行隔离放大控制晶闸管开关;
所述的保护模块用于对整个系统的安全保护,保护模块包含过温保护,过
压保护,过载保护及短路保护,通过相关传感器对系统工作状态进行采样监控
并送MCU进行处理达到智能保护;
所述的散热风机控制模块通过对温度的检测智能控制散热风机,利用晶闸
管对风机进行智能软起对风机具有保护作用,对温度利用传感器智能监控智能
启动散热风机;
所述的内置旁路模块包含若干功能,客户可以根据自身的实际需求合理选
取;
所述的黑闸子模块,可以保存十年以上巡检和运行、保护这样的状态数据。
所述的低频模块首先构建可控硅驱动控制电机装置,即通过反向并联的第
一可控硅VT1和第二可控硅VT4、反向并联的第三可控硅VT3和第四可控硅VT6、
反向并联的第五可控硅VT5和第六可控硅VT2分别构成第一可控硅组、第二可控
硅组、第三可控硅组,A相线通过第一可控硅组同电机的A相端子相连接,B相
线通过第二可控硅组同电机的B相端子相连接,C相线通过第三可控硅组同电机
的C相端子相连接,另外用Ua、Ub、Uc分别为A相电压、B相电压、C相电压;
根据电机等效数学模型,得到如公式(1)所示的等式:
T
e
=
P
e
Ω
1
=
1
Ω
1
*
3
U
1
2
*
R
2
/
/
s
(
R
1
+
R
2
/
/
s
)
2
+
(
X
1
σ
+
X
2
σ
/
)
2
-
-
-
(
1
)
]]>
其中:Te:转矩,Pe:电机功率,Ω1:电源角速度,R1:电机定子阻抗X1σ:
电机定子漏抗,
电机转子等效阻抗,
电机转子等效感抗,S:转差率,
U1为定子绕组端电压,由公式(1)计算得出:转矩与电压,转差率关系,根
据此关系进行软起动器变频控制,具体如下:
当需要输出设定频率时,通过采集外部的电压相位信号,电流信号,功
率因数角,进入内部所述的电机等效数学模型,通过模糊计算,得出在该相位
点应该触发几号硅(VT1~VT6),根据等式U1≈E1=4.44×f1×N1×φ1×Kw1,其中f1
为电源频率,N1为定子绕组每相串联匝数,Kw1为基波绕组系数,Φ1为电机
每极磁通量,凭借频率下降,E1也要下降,即E1/f1=常数,否则电机会过磁,
引起震动和发热,由该公式计算电机在该相位需要多大的起动电压,从而转化
成可控硅的触发角,Eg:设定频率触发,E1也因减半,满足E1/f1=常数,实测
电压,功率因数角,触发等效波形的面积也应减半,满足E1也因减半。
所述的设定频率数值是50/n....50/3,50/2,50。
所述的巡检模块包括构建好的水位和水压的控制系统,该水位和水压的控
制系统组成部分包括水泵、管道、阀门、水箱或气压罐,由电控柜控制水泵的
工作,水泵连接管道、阀门、水箱或气压罐;通过该控制系统进入准备状态,
即启动水位检测仪和水压检测仪分别检测水位信号和水压信号,然后根据水位
信号和水压信号结合模糊PID算法来驱动水泵;驱动水泵来按照需求调整水位。
所述的水位检测仪包括有水位传感器。
所述的远程通信模块包括远程电机驱动的控制系统,该远程电机驱动的控
制系统包括用户终端,所述的用户终端同云平台相连接,所述的云平台通过通
信网络同以太网相连接,所述的以太网同I/O接口、电机驱动模块以及带有人
机界面的终端相连接;这样在用户终端发送驱动电机的指令,依次通过云平台
和通信网络进入以太网,随后以太网传输到带有人机界面的终端,这样再经过
I/O接口把输入输出信息发送到带有人机界面的终端;这样结合输入输出信息
以及驱动电机的指令,带有人机界面的终端发送驱动电机的指令最终通过电机
驱动模块来驱动电机。
所述的通信网络为3G网络、4G网络、光纤、有线网络或者无线网络。
本发明结合了变频器和软起动器两者的优点,如软起动器的成本低和变频
器的变频控制,在一些不需要变频精确的应用行业或场合,又需要电机低频运
行,如消防行业。达到同样的目的,但成本大大降低了。成本下降50%以上
本发明经由利用晶闸管对风机进行智能软起对风机具有保护作用,对温
度利用传感器智能监控智能启动散热风机。本发明还根据软起动器通常采用通
过可控硅的调压方式,电机电压逐渐升高,从而电机转速逐渐升高,达到软起
动电机目的,降低电机起动电流,但是常采用调压方式,电机力矩变小,电机
曲线特性变软,起动电流在3~4倍,对电网还有一定的冲击。而在不改变硬
件可控硅结构的情况下,如常采用变频控制算法,电机力矩变大,起动电流在
2倍,减少对电网冲击,如电机是重载起动的话,调压控制不合适,不能重载
起动,而变频控制能更好发挥电机性能,带动重载电机。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为本发明的内置单相旁路的电机启动装置的结构示意图。
图3为本发明的可控硅的连接示意图。
图4为本发明的电机的等效电路图。
图5为本发明的效果图。
图6为本发明的远程通信模块的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明内容作进一步说明:
参照图1-图6所示,消防专用低频巡检一体化装置,包括MCU微控制器
模块,也即CPU,所述的CPU同人机界面模块、保护模块、逻辑控制模块、
黑匣子模块、电源模块、远程通信模块、低频模块以及巡检模块相连接,MCU
微控制器模块同显示模块、晶闸管驱动模块、散热风机控制模块以及内置旁路
模块相通信连接,所述的MCU微控制器模块、显示模块、通信模块、晶闸管
驱动模块、保护模块、散热风机控制模块以及内置旁路模块均同开关电源模块
相电连接,这样就构成了内置单相旁路的电机启动装置;
所述的开关电源模块为系统工作提供必要的电源;
所述的MCU微控制器模块用于对系统进行智能控制,通过各类传感器实时
监控系统运行状态,并根据系统设定参数及体统运行状态进行内部运算得出运
行结果;
所述的显示模块属于人机交互界面,用于显示系统状态信息及人机交互控
制,这样使得客户可以通过键盘对系统进行设定和控制,显示屏则可以直观的
实时反映当前设定或当前运行状态,即通过按键和显示界面读取系统状态并对
系统进行设定和控制;
所述的通讯模块用于系统与上位机的通讯,上位机通过通讯获得系统状态
信息并对系统进行控制,该模块主要用于客户远程集中控制,客户通过上位机
总线与各工作站从机进行远程通信控制;
所述的晶闸管驱动模块,用于驱动晶闸管,其驱动方式受MCU微控制器
模块控制,用于对晶闸管的开关控制,并对三相电压进行采样,MCU微控制
器对采样信号进行分析计算得出合理的驱动信号,晶闸管驱动模块对驱动信号
进行隔离放大控制晶闸管开关;
所述的保护模块用于对整个系统的安全保护,保护模块包含过温保护,过
压保护,过载保护及短路保护,通过相关传感器对系统工作状态进行采样监控
并送MCU进行处理达到智能保护;
所述的散热风机控制模块通过对温度的检测智能控制散热风机,利用晶闸
管对风机进行智能软起对风机具有保护作用,对温度利用传感器智能监控智能
启动散热风机;
所述的内置旁路模块包含若干功能,客户可以根据自身的实际需求合理选
取;
所述的黑闸子模块,可以保存十年以上巡检和运行、保护这样的状态数据。
所述的低频模块首先构建可控硅驱动控制电机装置,即通过反向并联的第
一可控硅VT1和第二可控硅VT4、反向并联的第三可控硅VT3和第四可控硅VT6、
反向并联的第五可控硅VT5和第六可控硅VT2分别构成第一可控硅组、第二可控
硅组、第三可控硅组,A相线通过第一可控硅组同电机的A相端子相连接,B相
线通过第二可控硅组同电机的B相端子相连接,C相线通过第三可控硅组同电机
的C相端子相连接,另外用Ua、Ub、Uc分别为A相电压、B相电压、C相电压;
根据电机等效数学模型,得到如公式(1)所示的等式:
T
e
=
P
e
Ω
1
=
1
Ω
1
*
3
U
1
2
*
R
2
/
/
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R
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+
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1
σ
+
X
2
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)
2
-
-
-
(
1
)
]]>
其中:Te:转矩,Pe:电机功率,Ω1:电源角速度,R1:电机定子阻抗X1σ:
电机定子漏抗,
电机转子等效阻抗,
电机转子等效感抗,S:转差率,
U1为定子绕组端电压,由公式(1)计算得出:转矩与电压,转差率关系,根
据此关系进行软起动器变频控制,具体如下:
当需要输出设定频率时,通过采集外部的电压相位信号,电流信号,功
率因数角,进入内部所述的电机等效数学模型,通过模糊计算,得出在该相位
点应该触发几号硅(VT1~VT6),根据等式U1≈E1=4.44×f1×N1×φ1×Kw1,其中f1
为电源频率,N1为定子绕组每相串联匝数,Kw1为基波绕组系数,Φ1为电机
每极磁通量,凭借频率下降,E1也要下降,即E1/f1=常数,否则电机会过磁,
引起震动和发热,由该公式计算电机在该相位需要多大的起动电压,从而转化
成可控硅的触发角,Eg:设定频率触发,E1也因减半,满足E1/f1=常数,实测
电压,功率因数角,触发等效波形的面积也应减半,满足E1也因减半。
所述的设定频率数值是50/n....50/3,50/2,50。
所述的巡检模块包括构建好的水位和水压的控制系统,该水位和水压的控
制系统组成部分包括水泵、管道、阀门、水箱或气压罐,由电控柜控制水泵的
工作,水泵连接管道、阀门、水箱或气压罐;通过该控制系统进入准备状态,
即启动水位检测仪和水压检测仪分别检测水位信号和水压信号,然后根据水位
信号和水压信号结合模糊PID算法来驱动水泵;驱动水泵来按照需求调整水位。
所述的水位检测仪包括有水位传感器。
所述的远程通信模块包括远程电机驱动的控制系统,该远程电机驱动的控
制系统包括用户终端,所述的用户终端同云平台相连接,所述的云平台通过通
信网络同以太网相连接,所述的以太网同I/O接口、电机驱动模块以及带有人
机界面的终端相连接;这样在用户终端发送驱动电机的指令,依次通过云平台
和通信网络进入以太网,随后以太网传输到带有人机界面的终端,这样再经过
I/O接口把输入输出信息发送到带有人机界面的终端;这样结合输入输出信息
以及驱动电机的指令,带有人机界面的终端发送驱动电机的指令最终通过电机
驱动模块来驱动电机。
所述的通信网络为3G网络、4G网络、光纤、有线网络或者无线网络。
本发明根据软起动器通常采用通过可控硅的调压方式,电机电压逐渐升
高,从而电机转速逐渐升高,达到软起动电机目的,降低电机起动电流,但是
常采用调压方式,电机力矩变小,电机曲线特性变软,起动电流在3~4倍,对
电网还有一定的冲击。而在不改变硬件可控硅结构的情况下,如常采用变频控
制算法,电机力矩变大,起动电流在2倍,减少对电网冲击,如电机是重载起
动的话,调压控制不合适,不能重载起动,而变频控制能更好发挥电机性能,
带动重载电机。本发明结合了首先构建水位和水压的控制系统,该水位和水压
的控制系统组成部分包括水泵、管道、阀门、水箱或气压罐,由电控柜控制水
泵的工作,水泵连接管道、阀门、水箱或气压罐;准备状态,即启动水位检测
仪和水压检测仪分别检测水位信号和水压信号,然后根据水位信号和水压信号
结合模糊PID算法来驱动水泵;驱动水泵来按照需求调整水位。避免了现有技
术的系统一次性投资较大,设备和运行费用较高,安装及维护比较麻烦的缺陷。
本发明结合了首先构造远程电机驱动的控制系统,该远程电机驱动的控制系统
包括用户终端,所述的用户终端同云平台相连接,所述的云平台通过通信网络
同以太网相连接,所述的以太网同I/O接口、电机驱动模块以及带有人机界面
的终端相连接;这样在用户终端发送驱动电机的指令,依次通过云平台和通信
网络进入以太网,随后以太网传输到带有人机界面的终端,这样再经过I/O接
口把输入输出信息发送到带有人机界面的终端;这样结合输入输出信息以及驱
动电机的指令,带有人机界面的终端发送驱动电机的指令最终通过电机驱动模
块来驱动电机。真正实现了远程控制电机的目的。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的
限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何
熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示
的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发
明技术方案内容,依据本发明的技术实质,在本发明的精神和原则之内,对以
上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等,均仍属于本发明技术方
案的保护范围之内。