变工况转子试验台的控制系统的制作方法

本发明涉及一种控制系统，尤其是一种变工况转子试验台的控制系统。

背景技术：

旋转机械在大型机械设备中占有重要比重，加之国内外各种旋转机械故障频发，研究旋转机械的故障机理，对其进行故障监测与诊断具有十分重要的意义。近年来，旋转机械的故障诊断主要是基于振动信号的理论研究，为使研究更具有说服性，理论与相关实验相结合显得尤为重要，转子试验台则是一个重要的理论验证平台。

转子试验台的设计包括机械结构与控制系统的设计。机械结构的设计应简洁，保证装拆、调试、移动、固定的方便，使试验台具有相关技术的实用性，同时应保证相关研究的可靠性。控制系统的设计，应最大限度的满足控制需求，充分发挥plc的功能；保证系统的安全可靠；力求简洁，经济，使用维护方便；同时适应发展的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变工况转子试验台的控制系统，能够进行闭环控制，从而实现变工况试验台运转过程中变速与变载的准确灵活控制。本发明采用的技术方案是：

一种变工况转子试验台的控制系统，包括plc控制器、变频器、转速转矩仪、程控加载器、载荷模拟器；

所述plc控制器通过变频器控制转子试验台中的负载电机mo1；通过变频器调节负载电机mo1的转速；

所述转速转矩仪设置在转子试验台中的主转轴上，并将检测的转速和/或转矩向plc控制器反馈，使得plc控制器能够对负载电机mo1的转速和/或转矩进行闭环调节；

所述载荷模拟器与转子试验台的主转轴连接；

所述程控加载器用于控制载荷模拟器，以控制对转子试验台主转轴施加载荷的大小。

进一步地，程控加载器获取转速转矩仪检测的转速和/或转矩，对载荷模拟器的输出载荷进行闭环控制。

进一步地，plc控制器通过pid控制对负载电机mo1的转速和/或转矩进行闭环调节；目标转速/转矩通过设定输入plc控制器，转子试验台运转时检测的转速/转矩输入plc控制器，目标转速/转矩与检测的转速/转矩形成偏差值，通过比例、积分、微分环节进行消除；

其中比例环节表示为：

kp×e(t)(1)

积分环节表示为：

微分环节表示为：

pid控制的算法表示为：

其中，kp为pid控制的比例系数；ti为pid控制的积分系数；td为pid控制的微分系数；kd为pid控制的总体系数；e(t)为目标转速/转矩与检测的转速/转矩形成的偏差值。

进一步地，载荷模拟器采用磁粉制动器。

进一步地，该控制系统的电路包括：

三相火线u、v、w接主断路器qf1一端，主断路器qf1另一端接出三相火线u1、v1、w1；

断路器q1一端接三相火线u1、v1、w1，另一端接变频器的输入端，变频器的输出端接负载电机mo1；

断路器q2一端接三相火线u1、v1、w1，另一端接接触器km1的常开触点km1-1一端，接触器km1的常开触点km1-1另一端接热保护器fr1一端，热保护器fr1另一端接冷却风扇电机mo2；

断路器q3一端接三相火线u1、v1、w1，另一端接接触器km2的常开触点km2-2一端，接触器km2的常开触点km2-1另一端接热保护器fr2一端，热保护器fr2另一端接冷却水泵mo3；

断路器q4一端接三相火线u1、v1、w1中的一相，另一端接ac/dc电源模块g1的输入端，ac/dc电源模块的输出端为plc控制器提供电源；

断路器q5一端接三相火线u1、v1、w1中的一相，另一端作为转子试验台中的仪表电源；

断路器q6一端接三相火线u1、v1、w1中的一相，另一端接插座；

plc控制器包括cpu模块、输入模块、输出模块；

cpu模块的数个输出端分别接继电器ko的线圈、接触器km1的线圈、接触器km2的线圈、继电器ko1的线圈、继电器ko2的线圈、继电器ko3的线圈；

继电器ko的触点控制变频器的远程/就地模式，在变频器的远程模式下，通过plc控制器进行变频器的频率给定；在变频器的就地模式下，在变频器上进行频率给定；以控制负载电机转速；

继电器ko1的触点用于向变频器给出变频器启动正转信号；

继电器ko2的触点用于向变频器给出变频器启动反转信号；

继电器ko3的触点用于向变频器给出变频器复位信号；

接触器km1的常开触点km1-2、热保护器fr1的常闭开关、接触器km2的常开触点km2-2、变频器运行的反馈触点ra分别接cpu模块的数个输入端；

输入模块接转速转矩仪检测的转速和/或转矩信号；输出模块用于向变频器发出频率给定信号。

本发明的优点在于：本发明提出的变工况转子试验台的控制系统，采用开环与闭环控制结合，远程与手动控制结合的方式，实现对转子试验台的控制；能够精确进行变速与变载。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的电气图第一部分。

图3为本发明的电气图第二部分。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明实施例提出的一种变工况转子试验台的控制系统，包括plc控制器1、变频器2、转速转矩仪3、程控加载器4、载荷模拟器5；

所述plc控制器1通过变频器2控制转子试验台中的负载电机mo1；通过变频器2调节负载电机mo1的转速；

所述转速转矩仪3设置在转子试验台中的主转轴上，并将检测的转速和/或转矩向plc控制器1反馈，使得plc控制器1能够对负载电机的转速和/或转矩进行闭环调节；

所述载荷模拟器5与转子试验台的主转轴连接(可以是直接连接或通过其它部件间接连接)；

所述程控加载器4用于控制载荷模拟器5，以控制对转子试验台主转轴施加载荷的大小。

程控加载器4也可以获取转速转矩仪3检测的转速和/或转矩，以对载荷模拟器5的输出载荷进行闭环控制。

在一些实施例中，通过pid控制对负载电机的转速和/或转矩进行闭环调节；目标转速/转矩可通过设定输入plc控制器，转子试验台运转时检测的转速/转矩输入plc控制器，目标转速/转矩与检测的转速/转矩形成偏差值，通过比例、积分、微分环节进行消除；

其中比例环节表示为：

kp×e(t)(1)

积分环节表示为：

微分环节表示为：

pid控制的算法表示为：

其中，kp为pid控制的比例系数；ti为pid控制的积分系数；td为pid控制的微分系数；kd为pid控制的总体系数；e(t)为目标转速/转矩与检测的转速/转矩形成的偏差值；

pid控制具有原理简单，使用方便，适应性强，鲁棒性强的优点，其控制品质对被控对象的变化不敏感，适用于非平稳的运转工况；

在一些实施例中，载荷模拟器5可采用磁粉制动器，通过程控加载器4进行加载；磁粉制动器是根据电磁原理和利用磁粉进行扭矩传动的，具有激磁电流与传递转矩基本呈线性关系的特征，故可采用电流控制的方式对其进行调节，通过电流控制施加载荷的大小；

本发明实施例的电气原理参见图2、图3；

三相火线u、v、w接主断路器qf1一端，主断路器qf1另一端接出三相火线u1、v1、w1；

断路器q1一端接三相火线u1、v1、w1，另一端接变频器2的输入端，变频器2的输出端接负载电机mo1；

断路器q2一端接三相火线u1、v1、w1，另一端接接触器km1的常开触点km1-1一端，接触器km1的常开触点km1-1另一端接热保护器fr1一端，热保护器fr1另一端接冷却风扇电机mo2；

断路器q3一端接三相火线u1、v1、w1，另一端接接触器km2的常开触点km2-2一端，接触器km2的常开触点km2-1另一端接热保护器fr2一端，热保护器fr2另一端接冷却水泵mo3；

断路器q4一端接三相火线u1、v1、w1中的一相，另一端接ac/dc电源模块g1的输入端，ac/dc电源模块的输出端为plc控制器提供电源；

断路器q5一端接三相火线u1、v1、w1中的一相，另一端作为转子试验台中的仪表电源；

断路器q6一端接三相火线u1、v1、w1中的一相，另一端接插座；可以连接日光灯进行照明；

plc控制器包括cpu模块、输入模块(图中的ai)、输出模块(图中的ao)；

cpu模块的数个输出端分别接继电器ko的线圈、接触器km1的线圈、接触器km2的线圈、继电器ko1的线圈、继电器ko2的线圈、继电器ko3的线圈；

继电器ko的触点控制变频器的远程/就地模式，在变频器的远程模式下，通过plc控制器进行变频器的频率给定；在变频器的就地模式下，可在变频器上进行频率给定；以控制负载电机转速；

继电器ko1的触点用于向变频器给出变频器启动正转信号；

继电器ko2的触点用于向变频器给出变频器启动反转信号；

继电器ko3的触点用于向变频器给出变频器复位信号；

接触器km1的常开触点km1-2、热保护器fr1的常闭开关、接触器km2的常开触点km2-2、变频器运行的反馈触点ra分别接cpu模块的数个输入端；

输入模块接转速转矩仪检测的转速和/或转矩信号；输出模块用于向变频器发出频率给定信号。

本发明实施例中可配置触摸屏，按照由上到下，由左及右，分别为控制模式切换及通信状态显示界面、转子运转参数设置界面、变频器设置界面及电流加载控制界面。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。