本发明实施例涉及电控技术，尤其涉及一种电机转速监控系统和方法。
背景技术
在风电、火电以及工控行业普遍需要对电机的转速进行实时监控，当转速超过一定阈值之后必须能够及时发出超速报警，采取紧急制动措施，以防出现危险。
传统的dcs(distributedcontrolsystem分布式控制系统)、plc(programmablelogiccontroller可编程逻辑控制器)系统对电机的监控方式是采用如图1所示架构。编码器固定在电机转轴上，将转速信号转换为电信号，采用多种通讯协议(绝对型、相对型)，向dcs或plc监控系统传送转速信号。监控系统根据不同类型的编码，采用对应的编码器输入模块获取并解析转速信号，通过总线传输给控制器模块。控制器模块根据pc机配置组态的逻辑进行判断，如果出现转速异常，则向超速报警驱动输出模块发送控制信号，驱动执行机构进行制动。
但是该方式具有如下不足：
1、监控周期长
由于整个监控周期需要通过编码器输入模块、超速报警驱动输出模块、控制器模块以及pc(personalcomputer个人计算机)机共同完成。编码器输入模块实时监测电机转速，然后通过通讯传输给控制器模块。控制器模块根据编码器输入模块提供的信息以及pc机事先配置好的逻辑做出判断，然后向超速报警驱动输出模块发送输出指令。该传统方案中的多模块之间互相通讯存在较长延时，使得监控周期大于100ms，时间较长，造成一定的安全隐患。
2、稳定性、可靠性不高
传统的监控架构回路较大，只要发生输入模块、输出模块和控制器工作异常，或是模块之间通讯受到干扰中断都有可能导致控制功能失效，造成严重后果。因此，该监控系统架构存在稳定性、可靠性不高的问题和隐患。
3、成本较高
传统系统需要编码器输入模块、超速报警驱动输出模块、控制器模块等多个独立的模块，各个模块之间需要大量的线缆进行互联，造成整体成本偏高。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电机转速监控系统和方法，能够缩短监控周期、提高监控的稳定性并降低生产成本。
为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种电机转速监控系统，该系统包括：电机、编码器和同步串行输入模块。
编码器，用于在电机转动时实时检测电机的转速，并将转速信号转换为电信号后发送给同步串行输入模块。
同步串行输入模块，用于检测编码器发送的所述电信号，并根据预存的配置信息和电信号对电机的转速进行判断，根据判断结果控制电机的转速。
可选地，电机与编码器和同步串行输入模块分别相连，并且编码器和同步串行输入模块相连。
可选地，同步串行输入模块包括：绝对型编码器输入子模块、相对型编码器输入子模块、电机驱动子模块和主控子模块。
绝对型编码器输入子模块，用于检测绝对型编码器输入的电信号。
相对型编码器输入子模块，用于检测相对型编码器输入的电信号。
主控子模块，用于根据预存的配置信息和所述电信号对电机的转速进行判断，并根据判断结果向电机驱动子模块发送相应的驱动命令。
电机驱动子模块，用于根据驱动命令驱动电机以相应的转速转动。
可选地，绝对型编码器输入子模块分别与绝对型编码器和主控子模块相连；
相对型编码器输入子模块分别与相对型编码器和主控子模块相连；
电机驱动子模块与主控子模块相连。
可选地，该系统还包括：执行机构；执行机构分别与电机驱动子模块和电机相连。
执行机构，用于根据电机驱动子模块的驱动带动电机以相应的转速转动。
可选地，同步串行输入模块还包括：报警子模块；报警子模块与主控子模块相连。
主控子模块，还用于在判断结果为转速异常时向报警子模块发送报警命令。
报警子模块，用于根据该报警命令发出报警信息。
可选地，同步串行输入模块还包括：清零子模块；清零子模块与绝对型编码器相连。
清零子模块，用于对绝对型编码器每次测量后转过的角度信息进行清零。
可选地，该系统还包括：控制器模块和个人计算机pc机。
pc机，用于通过控制器模块向同步串行输入模块输入配置信息以及电机的转速阈值的修改信息。
可选地，控制器模块与pc机通过以太网相连；控制器模块与同步串行输入模块通过总线相连。
可选地，控制器模块包括：分布式控制系统dcs和/或可编程逻辑控制器plc的控制器。
为了达到本发明实施例目的，本发明实施例还提供了一种电机转速监控方法，该方法包括：
在电机转动时实时检测电机的转速，并将转速信号转换为电信号；
检测该电信号，并根据预存的配置信息和该电信号对电机的转速进行判断，根据判断结果控制电机的转速。
可选地，根据判断结果控制电机的转速包括：
根据判断结果向发送相应的驱动命令；
根据该驱动命令驱动电机以相应的转速转动。
可选地，该方法还包括：
在判断结果为转速异常时发送报警命令；
根据该报警命令发出报警信息。
可选地，该方法还包括：
对绝对型编码器每次测量后转过的角度信息进行清零。
可选地，该方法还包括：
对电机的转速阈值进行修改。
与现有技术相比，本发明实施例包括电机转速监控系统，该系统包括：电机、编码器和同步串行输入模块；编码器在电机转动时实时检测电机的转速，并将转速信号转换为电信号后发送给同步串行输入模块；同步串行输入模块，用于检测编码器发送的所述电信号，并根据预存的配置信息和电信号对电机的转速进行判断，根据判断结果控制电机的转速。通过本发明实施例方案，可以将编码器输出信号检测、判断以及电机控制均集成在同步串行输入模块内，避免了电机控制信号在控制器模块以及pc机之间的传输，缩短了监控周期，并且由于减少了信号在各个模块之间的传递次数，避免了信号的衰减和缺失，提高了监控的稳定性，另外，将多个模块集成为一个同步串行输入模块，减少了各个模块之间的电缆连接，简化了硬件结构，从而降低了生产成本。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书实施例中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例技术方案的限制。
图1为传统的电机转速监控方案结构框图；
图2为本发明实施例的电机转速监控系统结构框图；
图3为本发明实施例的同步串行输入模块组成框图；
图4为本发明实施例的电机转速监控方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种电机转速监控系统1，如图2所示，该系统包括：电机11、编码器12和同步串行输入模块13。
编码器12，用于在电机11转动时实时检测电机11的转速，并将转速信号转换为电信号后发送给同步串行输入模块13。
同步串行输入模块13，用于检测编码器12发送的所述电信号，并根据预存的配置信息和电信号对电机的转速进行判断，根据判断结果控制电机的转速。
在本发明实施例中，可以将编码器输出信号检测、判断以及电机控制均集成在同步串行输入模块内，避免了电机控制信号在控制器模块以及pc机之间的传输，缩短了监控周期，并且由于减少了信号在各个模块之间的传递次数，避免了信号的衰减和缺失，提高了监控的稳定性，另外，将多个模块集成为一个同步串行输入模块，减少了各个模块之间的电缆连接，简化了硬件结构，从而降低了生产成本。
可选地，电机11与编码器12和同步串行输入模块13分别相连，并且编码器12和同步串行输入模块13相连。
在本发明实施例中，电机11、编码器12以及同步串行输入模块13之间可以但不限于采用高速工业现场总线连接。
在本发明实施例中，同步串行输入模块13可以包括多路，例如，可以包括用于接收绝对型编码器输入的两路和用于接收增量型编码器输入的两路，还可以同时包含数字量湿结点输出两路，用于绝对编码器的置0，以及数字量干接点输出两路，用于超速报警。基于同步串行输入模块13的这些功能，同步串行输入模块13可以包括以下的一种或多种子模块，如图3所示。
可选地，同步串行输入模块13包括：绝对型编码器输入子模块131、相对型编码器输入子模块132、电机驱动子模块133和主控子模块134。
绝对型编码器输入子模块131，用于检测绝对型编码器输入的电信号。
相对型编码器输入子模块132，用于检测相对型编码器输入的电信号。
主控子模块134，用于根据预存的配置信息和所述电信号对电机的转速进行判断，并根据判断结果向电机驱动子模块133发送相应的驱动命令。
电机驱动子模块133，用于根据驱动命令驱动电机以相应的转速转动。
在本发明实施例中，为了保证系统监控的实时性，缩短监控周期。将传统监控方案中的绝对型编码器输入模块、相对型编码器输入模块以及超速报警驱动组件集成在同步串行输入模块13内部，并与主控子模块134配合完成编码器输出的电信号的检测、判断以及控制命令的生成和输出，通过这种方式便将传统控制方案中的绝对型编码器输入模块、相对型编码器输入模块、超速报警驱动组件的功能以及控制器模块的部分功能协同控制，简化为一个模块的控制，大大缩短了控制周期和执行效率。
可选地，绝对型编码器输入子模块131分别与绝对型编码器和主控子模块134相连；
相对型编码器输入子模块132分别与相对型编码器和主控子模块134相连；
电机驱动子模块133与主控子模块134相连。
可选地，该系统还包括：执行机构16；执行机构16分别与电机驱动子模块133和电机11相连。
执行机构16，用于根据电机驱动子模块133的驱动带动电机11以相应的转速转动。
可选地，同步串行输入模块13还包括：报警子模块135；报警子模块135与主控子模块134相连。
主控子模块134，还用于在判断结果为转速异常时向报警子模块135发送报警命令。
报警子模块135，用于根据该报警命令发出报警信息。
在本发明实施例中，为了使得主控子模块134在判定当前电机转速异常时能够及时通知相关的工作人员，还在同步串行输入模块13内设置了报警子模块135，以便及时发出报警信息。另外，在此状况下，主控子模块134也可以向发送相应的驱动命令，以令电机驱动子模块133驱动电机11停止转动或者以预设的安全转速转动。
可选地，同步串行输入模块13还包括：清零子模块136；清零子模块136与绝对型编码器相连。
清零子模块136，用于对绝对型编码器每次测量后转过的角度信息进行清零。
在本发明实施例中，由于绝对型编码器在使用过程中会由于角度误差累积而产生测量不准确的问题发生，因此，为了避免这一现象的发生，在本发明实施例的同步串行输入模块13中还设置了清零子模块136，由于在通过绝对型编码器进行测量时，及时对绝对型编码器每次测量后转过的角度信息进行清零。另外针对相对性编码器，本发明实施例的主控子模块134可以记录其每一次测量的转速脉冲，并将该转速脉冲转化为转速值进行保存，以便于后续工作人员的查阅。
可选地，该系统还包括：控制器模块14和个人计算机pc机15。
pc机15，用于通过控制器模块14向同步串行输入模块13输入配置信息以及电机11的转速阈值的修改信息。
在本发明实施例中，pc机监控端将部分功能，例如信号的判断、命令的生成与下放等均转移给了同步串行输入模块13，本发明实施例方案中的pc机仅需要完成配置信息的下放，配置信息下载到控制器模块14后，控制器模块14将配置逻辑更新至同步串行输入模块13内。另外，还增加了传统监控方案中没有的功能，即电机转速阈值的更改，pc机15同样需要将该转速阈值下载到控制器模块14后，由控制器模块14将配置逻辑更新至同步串行输入模块13内。该转速阈值是同步串行输入模块13在对电机转速进行监控时检测电机转速是否超速的检测标准。
在本发明实施例中，同步串行输入模块13可以通过预设的控制器算法，将控制器模块14的配置信息转换成控制逻辑。
可选地，控制器模块14与pc机15通过以太网相连，例如，通过图2中的交换机17实现控制器模块14与pc机15之间的通信；控制器模块14与同步串行输入模块13通过总线相连。
可选地，控制器模块14包括分布式控制系统dcs和/或可编程逻辑控制器plc的控制器。
在本发明实施例中，控制器模块14是本发明实施例的电机转速监控系统的最基本控制单元。可以采用嵌入式无风扇设计的低功耗高性能计算机，内置实时多任务软件操作系统和嵌入式组态控制软件，将网络通讯、数据处理、连续控制、离散控制、顺序控制和批量处理等有机地结合起来，形成稳定、可靠的控制系统。软件系统可以实现数据的快速扫描，用于实现各种实时任务，包括任务调度、io管理、算法运算。软件同时可以拥有开放的结构，可以方便的与其它控制软件实现连接和数据交换。
在本发明实施例中，控制器模块14可以内置plc和dcs两种内核(由控制器安装程序决定具体运行在何种方式下)，也可以单独内置plc和dcs中的任意一种内核。当运行在plc方式下时，控制器模块14与国际标准iec61131-3完全兼容，而运行在dcs方式下时，控制器模块14则与edpf-nt+系统完全兼容。
在本发明实施例中，控制器模块14可以通过高速工业现场总线与其他模块相连，例如，可连接120个io模块，当多于30个io模块时需通过中继器扩展。
为了达到本发明实施例目的，本发明实施例还提供了一种电机转速监控方法，如图4所示，需要说明的是，上述的系统实施例中的任何实施例均适用于该方法实施例中，在此不再一一赘述，并且本发明的方法实施例可以通过上述的系统实施例实现。该方法包括s101-s102：
s101、在电机转动时实时检测电机的转速，并将转速信号转换为电信号。
s102、检测该电信号，并根据预存的配置信息和该电信号对电机的转速进行判断，根据判断结果控制电机的转速。
可选地，根据判断结果控制电机的转速包括：
根据判断结果向发送相应的驱动命令；
根据该驱动命令驱动电机以相应的转速转动。
可选地，该方法还包括：
在判断结果为转速异常时发送报警命令；
根据该报警命令发出报警信息。
可选地，该方法还包括：
对绝对型编码器每次测量后转过的角度信息进行清零。
可选地，该方法还包括：
对电机的转速阈值进行修改。
与现有技术相比，本发明实施例包括电机转速监控系统，该系统包括：电机、编码器和同步串行输入模块；编码器在电机转动时实时检测电机的转速，并将转速信号转换为电信号后发送给同步串行输入模块；同步串行输入模块，用于检测编码器发送的所述电信号，并根据预存的配置信息和电信号对电机的转速进行判断，根据判断结果控制电机的转速。通过本发明实施例方案，可以将编码器输出信号检测、判断以及电机控制均集成在同步串行输入模块内，避免了电机控制信号在控制器模块以及pc机之间的传输，缩短了监控周期，并且由于减少了信号在各个模块之间的传递次数，避免了信号的衰减和缺失，提高了监控的稳定性，另外，将多个模块集成为一个同步串行输入模块，减少了各个模块之间的电缆连接，简化了硬件结构，从而降低了生产成本。
总之，本发明实施例方案具有以下优势：
1、缩短电机的监控周期，完全节省了通讯时间
优化了电机监控架构。从而节省了通讯时间，将监控周期从百毫秒级缩短为十几毫秒。
2、简化硬件结构提高稳定性、可靠性
传统硬件结构需要多块编码器输入模块和输出模块配合完成，卡件和控制器之间需要多股阈值电缆连接，采用本发明实施例方案，就可以将电缆减少为一股。同时仅需一个模块，大大提高了系统稳定性、可靠性。
3、降低成本
本发明实施例的电机监控方案，将多个输入输出型模块的功能集成到一个模块中，节约了制板、外壳、连线等大量配件，从而降低了成本。
4、灵活性高
本发明实施例的同步串行模块可通过上位机和控制器模块进行配置，以适应不同品牌、传输速率、编码格式的编码器，同时能够修改其报警的转速阈值，有极高的灵活性。
5、高抗干扰性能
高标准设计，保证emc(electromagneticcompatibility电磁兼容性)抗干扰性能满足3级要求。
虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明实施例而采用的实施方式，并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。