专利名称：大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是大型储罐全自动超声波检测设备完成检测装置驱动和定位的大 型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，涉及超声波的测量、为产生和保持 设备的有效运行的一般措施、电动机的控制和管道系统技术领域。
背景技术：
目前，我園大罐施工过程中，横、立焊缝需要经过严格的检测，现在使用的主要焊缝检测拔术有射线探伤和超声波探伤两大类。超声波探伤可分为手工探 伤和自动探伤，目前在大罐建设中主要使用的手工超声探伤效率低，人为因素影 响大；而射线探伤速度慢、费用高，对人体健康有严重的威胁，而且对线状缺陷 易漏检。自动相控阵超声波探伤设备基本上可以弥补手工超声波探伤和射线探伤 的不足，在许多方面还优于射线探伤，有很强的实用性，是目前探伤领域发展的趋 势。与手工超声探伤不同，全自动大罐焊缝检测装置是在电机驱动系统的控制下， 沿横、立焊缝糠密扫査，完成超声检测的，电机驱动系统要求控制平稳、定位精 度高、电磁干扰小。经查新，目前在大罐建设中横、立焊缝的超声检测均采用手工超声探伤，如 釆用先进的全自动相控阵超声波探伤技术，可以配合大罐自动焊接设备形成流水 作业，保证大罐焊缝检测工作与整个工程的进程紧密结合，我国目前还没有此类 产品，国外也没有查阅到相关产品报道。全自动超声检测设备在大型储罐横、立 焊缝检测中的应用，可以节省大量的资金，提高生产效率，缩短工期，减轻工人 劳动强度。电机驱动系统是大罐全自动超声检测设备的重要组成部分，可以保证 超声探头精确定位、平稳运行，减少对整个检测系统的电磁干扰。 实用新型内容本实用新型的目的是设计一种可实现对大罐全自动超声检测装置进行实时控 制、平稳驱动和精确定位的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统。本实用新型的技术方案是在新开发的工控机控制平台上搭建的伺服驱动控制 系统，其构成如图l所示，是由工控机、综合控制板、驱动器、直流伺服电机、 编码器和直流电源组成，工控机与综合控制板有数据总线和地址总线连接，综合 控制板有控制总线与驱动器连接，工控机由通讯线也与驱动器连接，连有编码器
的驱动器与直流伺服电机连接，直流电源与工控机、综合控制板、驱动器、直流 伺服电机、编码器连接，为其供电。具体是工控机的ISA总线接口与综合控制板的1/0接口连接，综合控制板通 过工控机的ISA总线接口接受程序软件传过来的控制字，综合控制板输出与受编码器控制的驱动器的控制端J5-20、 J5-6、 J5-17连接，工控机由RS232通讯线 也与驱动器的J5-14、 J5-29连接，电源与为各部分供电。其中综合控制板是新开发的控制板，如图2、图3所示。该电路板由FPGA芯 片通过I/O接口与工控机的ISA总线连接，FPGA芯片的87-92 I/O接口接出 PWR0-PWR3、 PULSE、 DIR及GNDINT分别接U31-U36 6个MOC5008的两IN端，而对 应PWRO-PWR3输入的U31-U34的OUT端分别接U37 SN75174的1A-4A端，对应 PULSE、 DIR输入的U35、 U36的OUT端分别接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芯片接受控制指令，并把控制指令转换为伺服电机驱动器可识别的 控制脉冲指令，通过MOC5008驱动芯片输出控制波形，控制输出主要有两个端子 端子PULS输出方波脉冲信号，用于控制电机行走的距离和速度，端子DIRECT输 出高/低电平信号，用于控制伺服电机的方向。本系统的电路连接为工控机除了通过总线系统向综合控制板发送控制指令 外，还通过RS-232通讯口与伺服电机驱动器进行通讯，在全自动超声检测设备工 作前，通过软件对驱动器进行控制性能的匹配和优化设定，使得整个驱动系统能 够按预定的参数平稳运行。综合控制板输出端子的输出J31-6、 J31-7、 J31-15 经屏蔽线接驱动器的J5-20、 J5-6、 J5-17端，用于给驱动器提供脉冲和方向信号。驱动器的信号与直流伺服电机、编码器、直流电源的连接如图4所示，驱动 器1的输出端子J4-8、 J4-l、 J4_9、 J4-2、 J4-10、 J4-3经屏蔽线分别接编码器 3的A、 /A、 B、 /B、 X、 /X端，驱动器l的输出端子J4-6、 J4-4分别接编码器3 的GND、 +5V端子，驱动器l的输出端子J2-4、 J2-3、 J2-2经屏蔽线分别接直流 伺服电机2的U、 V、 W端,驱动器l的输入端子J3-3和J3-2、 J3-4分别接直流 电源4的正极和负极。本系统中所用其它模块均为巿销产品，工控机可选研华工控机IPC-610类产 品，综合控制板为EP1K30T144类产品，驱动器可选CopleyACJ-055类产品，直 流伺服电机可逸Maxon RE40类产品，编码器可选HEDLH类产品，直流电源可选 S-100-12类产品。
可见，本实用新型可实现对大罐全自动超声检测装置进行实时控制、平稳驱动 和精确定位，可以方便地通过人机界面设置全自动超声检测装置的运行速度和运 行位置，保证了超声探头的精确定位。
图l驱动系统原理框图 图2综合拔制板电路图图3综合控制板电路图-驱动芯片部分图4驱动器控制端子接线图其中l一驱动器 2—直流伺服电机 3—编码器 4—直流电源具体实施方式
实施例.以本例说明本实用新型的具体实施方式
，并对本实用新型作进一步的 说明。本例是一工业试验样机，其构成如图1所示，电路及接线如图2-图4所示。 具体为工控机选研华工控机IPC-610类产品，FPGA芯片选EP1K30T144，驱动芯 片选M0C5008， U37 、 U38选SN75174, J31选DB15;驱动器选Copley ACJ-055类 产品，直流伺脤电机选Maxon RE40类产品，编码器选HEDL55类产品，2W直流电 源选S-100-12类产品。本系统的电路连接为工控机除了通过总线系统向综合控制板发送控制指令 外，还通过RS-232通讯口与伺服电机驱动器进行通讯，在系统检测施工前，通过软件对驱动器进行控制性能的匹配和优化设定，使得整个驱动系统能够按预定的 参数平稳运行。综合控制板的三条输出经屏蔽线接驱动器的"_20、 J5-6、 "-17端，用于给驱动器提供脉冲和方向信号。驱动器的倌号与直流伺服电机、数字编码器、24V直流电源的连接如图4所 示，驱动器的输出端子J4-8、 J4-l、 J4-9、 J4-2、 J4-10、 J4-3经屏蔽线分别接 数字编码器的A、 M、 B、 /B、 X、 /X端，驱动器的输出端子J4-6、 J4-4分别接数 字编码器的GND、 +5￥端子，驱动器的输出端子J2-4、 H-3、 J2-2经屏蔽线分别 接直流伺服电机的U、 V、 W端，驱动器的输入端子J3-3 ( J3-2 )、 J3-4分别接 直流电源的正极和负极。电机驱动系统是大罐全自动超声检测系统的重要组成部分，本系统经施工现 场试验证明，应用于大型储罐横、立焊缝的全自动超声检测系统中，可以保证超 声探头精确定位、'平稳运行，减少对整个检测系统的电磁干扰。
权利要求1.一种用于大型储罐全自动超声检测设备驱动和定位的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，其特征是该系统由工控机、综合控制板、驱动器、直流伺服电机、编码器和直流电源组成，工控机与综合控制板有数据总线和地址总线连接，综合控制板有控制总线与驱动器连接，工控机由通讯线也与驱动器连接，连有编码器的驱动器与直流伺服电机连接，直流电源与工控机、综合控制板、驱动器、直流伺服电机、编码器连接，为其供电。
2. 根据权利要求1所述的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，其特征 是工控机的ISA总线接口与综合控制板的1/0接口连接，综合控制板通过工控机 的ISA总线接口接受程序软件传过来的控制字，综合控制板输出与受编码器控制 的驱动器的控制端J5-20、 J5-6、 J5-17连接，工控机由RS232通讯线也与驱动 器的J5-14、 JS-29连接，电源与为各部分供电。
3. 根据权利要求1或2所述的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，其 特征是由FPGA芯片构成的综合控制板通过I/O接口与工控机的ISA总线连接， FPGA芯片的87-92 I/O接口接出PWRO-PWR3、PULSE、DIR及GN訓T分别接U31-賜 6个MOC5008的两IN端，而对应PWRO-PWR3输入的U31-U34的OUT端分别接U37 SN75174的1A-4A端，对应PULSE、 DIR输入的U35、 U36的OUT端分别接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芯片接受控制指令，并把控制 指令转换为伺脤电机驱动器可识别的控制脉冲指令，通过MOC5008驱动芯片输出 控制波形，控制输出端子PULS输出控制电机行走距离和速度的方波脉冲信号，控 制输出端子DIRECT输出控制伺服电机方向的高/低电平信号。
4. 根据权利要求1或2所述的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，其 特征是驱动器与直流伺服电机、编码器、直流电源的连接是驱动器的输出端子 J4-8、 J4-l、 J4-9、 J4-2、 J4-10、 J4-3经屏蔽线分别接编码器的A、 /A、 B、 /B、 X、 /X端，驱动器的输出端子J4-6、 J4-4分别接编码器的GND、 +5V端子，驱动 器的输出端子J2-4、 J2-3、 J2-2经屏蔽线分别接直流伺服电机的U、 V、 W端，驱 动器的输入端子J3-3和J3-2、 J3-4分别接直流电源的正极和负极。
5. 根据权利要求1或2所述的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，其 特征是所述工控机为研华工控机IPC-610类产品。
6. 根据权利要求1或2所述的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，其 特征是所述综舍控制板为EP1K30T144类产品。
7. 根据权利要求1或2所述的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，其特征是所述驱动器为Copley ACJ-055类产品。
8. 根据权利要求1或2所述的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，其 特征是所述直流伺服电机为Maxon RE40类产品。
9. 根据权利要求1或2所述的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，其 特征是所述编码器为HEDL55类产品编码器。
10. 根据权利要求1或2所述的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，其 特征是所述直流电源为S-100-12类产品。
专利摘要本实用新型是大型储罐全自动超声波检测设备完成检测装置驱动和定位的大型储罐相控阵超声波检测电机驱动系统，涉及超声波的测量、为产生和保持设备的有效运行的一般措施、电动机的控制和管道系统技术领域。该系统由工控机、综合控制板、驱动器、直流伺服电机、编码器和直流电源组成，工控机与综合控制板有数据总线和地址总线连接，综合控制板有控制总线与驱动器连接，工控机由通讯线也与驱动器连接，连有编码器的驱动器与直流伺服电机连接，直流电源与工控机、综合控制板、驱动器、直流伺服电机、编码器连接，为其供电。本实用新型可实现对大罐全自动超声检测装置进行实时控制、平稳驱动和精确定位。
文档编号G01N29/04GK201034980SQ20072010429
公开日2008年3月12日 申请日期2007年4月17日 优先权日2007年4月17日
发明者刘全利, 森 李, 勇 江, 白世武, 薛振奎, 佚 邢, 阳 项 申请人:中国石油天然气管道局;中国石油天然气管道科学研究院