專利名稱：一種伺服在線油液取樣控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械裝備摩擦潤滑系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種伺服在線油液取樣控制裝置及方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械裝備所用潤滑油具有減少零件表面間摩擦阻力、降低表面材料磨損、保證裝備安全可靠運(yùn)行以及延長裝備使用壽命等功能，是エ業(yè)機(jī)械裝備必備的工作介質(zhì)。但潤滑油在長期受剪切、摩擦熱、污染等作用下其性能將發(fā)生衰變，直接影響到機(jī)器裝備摩擦副的潤滑性能，目前對在用潤滑油性能評判主要是通過離線取樣分析為主。潤滑油離線監(jiān)測技術(shù)是對離線采集到的裝備潤滑油或工作介質(zhì)樣品， 利用光、電、磁學(xué)等技術(shù)手段，分析其理化指標(biāo)和所檢測攜帯的各種顆粒信息，從而獲取機(jī)器的潤滑磨損狀態(tài)，以便科學(xué)地采取措施，保障裝備運(yùn)行安全。離線油液監(jiān)測分析過程中，首要的是潤滑油定期取樣，由于不可能及時送到各專業(yè)檢測實驗室分析評價，有可能延誤對機(jī)械裝備故障的判定；同吋，為了滿足大型連續(xù)作業(yè)裝備、關(guān)鍵裝備以及對安全性要求高的裝備的實時現(xiàn)場監(jiān)測與診斷需要，潤滑油的在線監(jiān)測技術(shù)使用顯得尤為必要。油液在線監(jiān)測是指在運(yùn)行過程中對潤滑油實時、連續(xù)的監(jiān)測并及時動態(tài)地獲取潤滑磨損等狀態(tài)信息，達(dá)到實時潤滑磨損狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷目的。潤滑系統(tǒng)的在線監(jiān)測消除了離線油液檢測的人為不確定性因素，取樣和檢測幾乎同時進(jìn)行，井能及時為人員提供機(jī)械系統(tǒng)的潤滑磨損實時狀態(tài)，保障機(jī)械裝備運(yùn)行安全。目前，根據(jù)在線監(jiān)測傳感器或集成儀器在潤滑系統(tǒng)中的安裝方式可分為兩種一種是直接安裝在油路中，稱嵌入式在線監(jiān)測；另一種是安裝在附加的旁路油路中，稱在線監(jiān)測。其中，因監(jiān)測傳感器或集成儀器，尤其是對磨損顆粒圖像及濃度的在線監(jiān)測傳感器，對取樣量、取樣分析時的油液流速以及取樣運(yùn)行中不可控的ー些干擾因素都很敏感，因此對于旁路安裝的傳感器或集成儀器，如何精確控制潤滑油進(jìn)入旁路時的油液流速是在線監(jiān)測技術(shù)關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種伺服在線油液取樣控制裝置，該裝置能夠在實施機(jī)械設(shè)備潤滑磨損在線監(jiān)測時保持取樣穩(wěn)定，能精確閉環(huán)伺服控制潤滑油取樣量和取樣流速，精確控制電磁閥開啟時刻，并具有擴(kuò)展方便、電流閉環(huán)的自我保護(hù)功能。本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述裝置的伺服在線油液取樣控制方法，該方法具有實現(xiàn)簡單、運(yùn)算速度快、通訊效率高的優(yōu)點。本發(fā)明ー種伺服在線油液取樣控制裝置，包括水泵、直流電源接ロ、電源轉(zhuǎn)換單元以及分別與電源轉(zhuǎn)換單元相連的CAN通訊單元、ARM芯片、信息采集反饋單元、控制驅(qū)動單元和電磁閥，電源轉(zhuǎn)換單元與直流電源接ロ連接，用于將外界電壓轉(zhuǎn)換成上述各部件的エ作電壓，所述ARM芯片通過CAN通訊單元與上位機(jī)信號連接，ARM芯片控制電磁閥的開閉，ARM芯片發(fā)出的控制信號通過控制驅(qū)動單元解調(diào)后發(fā)送到水泵，控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，信號采集反饋單元用于采集水泵的信息并將信息傳遞到ARM芯片，ARM芯片根據(jù)反饋信息調(diào)節(jié)水泵的即時工作狀態(tài)；所述控制驅(qū)動單元與直流電源接ロ相連；電磁閥與外部油路相連；在檢測時，電磁閥打開，油液在水泵作用下進(jìn)入裝置。優(yōu)選的，所述裝置還包括自我保護(hù)單元，自我保護(hù)單元分別與電源轉(zhuǎn)換單元、ARM芯片和控制驅(qū)動單元相連，控制驅(qū)動單元采集水泵的內(nèi)電流信號，并將內(nèi)電流信號發(fā)送到自我保護(hù)單元，自我保護(hù)單元將收到的信號與ARM芯片給定的內(nèi)電流信號進(jìn)行比對，一旦內(nèi)電流超過限值，則自我保護(hù)單元將信號發(fā)送到控制驅(qū)動單元，控制驅(qū)動單元控制水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。更進(jìn)一歩的，所述自我保護(hù)單元將控制驅(qū)動單元傳遞來的水泵內(nèi)電流信號實時地發(fā)送到ARM芯片上，ARM芯片上設(shè)有顯示裝置，顯示裝置實時地顯示內(nèi)電流信號。采用這種裝置可以方便操作人員實時觀察當(dāng)前的水泵運(yùn)行情況。 優(yōu)選的，所述自我保護(hù)單元包括依次相連的第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器，第一運(yùn)算放大器分別與ARM芯片、控制驅(qū)動單元相連，第二運(yùn)算放大器與控制驅(qū)動單元相連，第二運(yùn)算放大器通過電阻接地。優(yōu)選的，所述水泵為電機(jī)式無刷直流水泵。優(yōu)選的，所述電源轉(zhuǎn)換單元包括15-36V的電源輸入接ロ、第一電壓轉(zhuǎn)換芯片、第ニ電壓轉(zhuǎn)換芯片、第三電壓轉(zhuǎn)換芯片，電源輸入接ロ與外界直流電源接ロ相連，第一電壓轉(zhuǎn)換芯片分別與控制驅(qū)動單元、自我保護(hù)單元連接，第二電壓轉(zhuǎn)換芯片分別與CAN通訊單元、信息采集反饋單元、自我保護(hù)單元連接，第三電壓轉(zhuǎn)換芯片分別與ARM芯片、電磁閥連接。優(yōu)選的，所述信息采集反饋單元包括滯回比較器和旋轉(zhuǎn)變壓器，旋轉(zhuǎn)變壓器一端通過聯(lián)軸器和水泵泵軸連接，用于將采集到的水泵的取樣量和取樣速度信號發(fā)送到滯回比較器，滯回比較器將旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)后的數(shù)字信號穩(wěn)定后，發(fā)送到ARM芯片，滯回比較器還與電源轉(zhuǎn)換單元相連。優(yōu)選的，所述控制驅(qū)動單元包括第一橋式驅(qū)動芯片、第二橋式驅(qū)動芯片以及四個場效應(yīng)管Qi、Q2、Q3、Q4，第一橋式驅(qū)動芯片與場效應(yīng)管QpQ2的柵極連接，第二橋式驅(qū)動芯片與場效應(yīng)管Q3、Q4的柵極連接，場效應(yīng)管Qp Q3的源極分別與場效應(yīng)管Q2、Q4的漏極連接，場效應(yīng)管QpQ3的源極分別與第一橋式驅(qū)動芯片、第二橋式驅(qū)動芯片連接；第一橋式驅(qū)動芯片、第二橋式驅(qū)動芯片均分別與ARM芯片、自我保護(hù)單元相連，場效應(yīng)管Q1. Q3的漏極分別與直流電源接ロ連接，場效應(yīng)管Qp Q3的源極分別與水泵的輸入端連接，場效應(yīng)管Q2、Q4的源極分別與自我保護(hù)單元連接。本發(fā)明還提供了一種基于上述伺服在線油液取樣控制裝置的控制方法，ARM芯片控制電磁閥打開，并驅(qū)動水泵葉輪旋轉(zhuǎn)，在水泵工作吋，信息采集反饋單元實時采集水泵葉輪的旋轉(zhuǎn)角度和速度并發(fā)送到ARM芯片，ARM芯片根據(jù)信號值進(jìn)行計算，得到當(dāng)前取樣量和樣品流速，然后跟上位機(jī)給定的取樣量、樣品流速的期望值相比較，根據(jù)二者差值進(jìn)ー步調(diào)整水泵運(yùn)行狀態(tài)。優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)角度是指在一定時間內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)過的角度，為葉輪旋轉(zhuǎn)速度和時間的乘積，當(dāng)前樣品流速和葉輪旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系是通過實驗統(tǒng)計確定的，當(dāng)前取樣量為當(dāng)前樣品流速乘以時間。具體包括以下步驟(I)開始取樣ARM芯片控制電磁閥打開，然后通過控制驅(qū)動單元開啟水泵，油路中的油液進(jìn)入裝置；(2)取樣過程中，信息采集反饋單元實時地采集水泵葉輪的旋轉(zhuǎn)角度和速度，然后傳遞到ARM芯片，上位機(jī)通過CAN通訊單元將給定的取樣量、樣品流速的期望值發(fā)送到ARM芯片，ARM芯片根據(jù)當(dāng)前葉輪的旋轉(zhuǎn)角度和速度計算出對應(yīng)的取樣量和樣品流速，然后與給定的期望值進(jìn)行比對，根據(jù)其差值發(fā)出反饋信號到控制驅(qū)動單元，控制驅(qū)動單元進(jìn)行信號解調(diào)后控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對水泵取樣量、樣品流速的雙閉環(huán)控制；(3)待達(dá)到要求的取樣量，則ARM芯片先控制電磁閥關(guān)閉，水泵繼續(xù)轉(zhuǎn)動，開始抽 空氣，直到裝置內(nèi)部的油液也被輸送到待取樣的油池中，然后關(guān)閉水泵。優(yōu)選的，所述方法中還包括自我保護(hù)功能，控制驅(qū)動單元采集水泵的內(nèi)電流信號，并將內(nèi)電流信號發(fā)送到自我保護(hù)單元，自我保護(hù)單元將收到的信號與ARM芯片給定的內(nèi)電流信號進(jìn)行比對，一旦內(nèi)電流超過限值，則自我保護(hù)單元將信號發(fā)送到控制驅(qū)動單元，控制驅(qū)動單元控制水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果I、本發(fā)明的核心處理器采用高速的ARM數(shù)字芯片，它繼承了微控制器的特點，無論在運(yùn)算速度和數(shù)據(jù)的處理能力上都可以滿足運(yùn)動控制的高實時性要求，為完成復(fù)雜的實時運(yùn)動控制算法提供了可靠的平臺。2、本發(fā)明裝置與上位機(jī)通訊部分采用CAN總線方式，CAN總線通訊具有多主機(jī)方式、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)、應(yīng)用靈活等諸多優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)控制器點對點數(shù)據(jù)傳輸方式中傳輸效率低、接ロ電路復(fù)雜等問題。3、本發(fā)明還設(shè)有自我保護(hù)功能，實時檢測水泵運(yùn)行時的工作電流，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號后與預(yù)設(shè)電壓比對，一旦檢測值高于預(yù)設(shè)電壓則停止水泵動作，實現(xiàn)裝置的自我保護(hù)。


圖I是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是圖I中的電源轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖I中的CAN通訊單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖I中的信息采集反饋單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖I中的控制驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖I中的自我保護(hù)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖I中的電磁閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例I
本實施例中的一種伺服在線油液取樣控制裝置結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括電源轉(zhuǎn)換單元1、CAN通訊單元2、ARM芯片3、信息采集反饋單元4、電機(jī)式無刷直流水泵5、控制驅(qū)動單元6、自我保護(hù)單元7、電磁閥8、直流電源接ロ 9。電源轉(zhuǎn)換單元I分別與CAN通訊單元2、ARM芯片3、信息采集反饋單元4、控制驅(qū)動單元6、自我保護(hù)單元7、電磁閥8、直流電源接ロ9連接，ARM芯片3分別與CAN通訊單元2、信息采集反饋單元4、控制驅(qū)動單元6、自我保護(hù)単元7、電磁閥8連接，控制驅(qū)動單元6分別與自我保護(hù)單元7、電機(jī)式無刷直流水泵5、直流電源接ロ 9連接，信息采集反饋單元4與電機(jī)式無刷直流水泵5軸連接。電源轉(zhuǎn)換單元I與直流電源接ロ 9連接，用于將外界電壓轉(zhuǎn)換成上述各部件的工作電壓，所述ARM芯片3通過CAN通訊單元2與上位機(jī)信號連接，ARM芯片3控制電磁閥8的開閉，ARM芯片3發(fā)出
的控制信號通過控制驅(qū)動單元6解調(diào)后發(fā)送到水泵5，控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，信號采集反饋單元4用于采集水泵5的信息并將信息傳遞到ARM芯片3，ARM芯片3內(nèi)設(shè)數(shù)字PID反饋單元調(diào)節(jié)水泵的即時工作狀態(tài)；電磁閥8與外部油路相連；在檢測吋，電磁閥8打開，油液在水泵5作用下進(jìn)入裝置。電源轉(zhuǎn)換單元I如圖2所示，包括15-36V的電源輸入接ロ、第一電壓轉(zhuǎn)換芯片10、第二電壓轉(zhuǎn)換芯片11、第三電壓轉(zhuǎn)換芯片12。第一電壓轉(zhuǎn)換芯片10的OUTPUT引腳與第二電壓轉(zhuǎn)換芯片11的INPUT引腳連接，第二電壓轉(zhuǎn)換芯片11的OUTPUT引腳與第三電壓轉(zhuǎn)換芯片12的IN引腳連接。第一電壓轉(zhuǎn)換芯片10的INPUT引腳與直流電源接ロ 9連接，第一電壓轉(zhuǎn)換芯片10的OUTPUT引腳分別與控制驅(qū)動單元6、自我保護(hù)單元7連接，第二電壓轉(zhuǎn)換芯片11的OUTPUT引腳分別與CAN通訊單元2、信息采集反饋單元4、自我保護(hù)單元7連接，第三電壓轉(zhuǎn)換芯片12的OUT引腳分別與ARM芯片3、電磁閥8連接。本實施例中輸入電壓為標(biāo)準(zhǔn)24V,第一電壓轉(zhuǎn)換芯片10的輸出參數(shù)為正12V、500mA，第二電壓轉(zhuǎn)換芯片11的輸出參數(shù)為正5V、250mA，第三電壓轉(zhuǎn)換芯片12的輸出參數(shù)為正3. 3V、100mA，第一電壓轉(zhuǎn)換芯片10的INPUT引腳與直流電源接ロ連接，第一電壓轉(zhuǎn)換芯片10的OUTPUT引腳分別與控制驅(qū)動單元、自我保護(hù)單元連接，第二電壓轉(zhuǎn)換芯片11的OUTPUT引腳分別與CAN通訊單元、信息采集反饋單元、自我保護(hù)單元連接，第三電壓轉(zhuǎn)換芯片12的OUT引腳分別與ARM芯片、電磁閥連接。CAN通訊單元2如圖3所示，包括CAN驅(qū)動芯片14、CAN總線連接器13。CAN驅(qū)動芯片14的CANH、CANL引腳分別與CAN總線連接器13連接，CAN驅(qū)動芯片14的TXD、RXD弓丨腳分別與ARM芯片3的CANTX、CANRX引腳連接，CAN驅(qū)動芯片14的VCC引腳與電源轉(zhuǎn)換單元I中的第二電壓轉(zhuǎn)換芯片11的OUTPUT引腳連接。信息采集反饋單元4如圖4所示，包括滯回比較器15、旋轉(zhuǎn)變壓器16。旋轉(zhuǎn)變壓器16的A、B相輸出端分別與滯回比較器15的1A、2A引腳連接；旋轉(zhuǎn)變壓器16通過聯(lián)軸器與電機(jī)式無刷直流水泵5軸連接，用于將采集到的水泵的取樣量和取樣速度信號發(fā)送到滯回比較器，滯回比較器15的1Y、2Y引腳分別與ARM芯片3的I0PA2、IOPA3引腳連接，滯回比較器用于將旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)后的數(shù)字信號穩(wěn)定后，發(fā)送到ARM芯片，滯回比較器15的VCC引腳與電源轉(zhuǎn)換單元I中的第二電壓轉(zhuǎn)換芯片11的OUTPUT引腳連接。控制驅(qū)動單元6如圖5所示，包括第一橋式驅(qū)動芯片18、第二橋式驅(qū)動芯片17、場效應(yīng)管Qp Q2> Q3> Q4O第一橋式驅(qū)動芯片18的HO、LO引腳分別與場效應(yīng)管Q1' Q2的柵極連接，第二橋式驅(qū)動芯片17的HO、LO引腳分別與場效應(yīng)管Q3、Q4的柵極連接，場效應(yīng)管Qp Q3的源極分別與場效應(yīng)管Q2、Q4的漏極連接，場效應(yīng)管QpQ3的源極分別與第一橋式驅(qū)動芯片18、第二橋式驅(qū)動芯片17的Vs引腳連接。第一橋式驅(qū)動芯片18的HIN、LIN引腳分別與ARM芯片3的PWMpPWM2引腳連接，第二橋式驅(qū)動芯片17的HIN、LIN引腳分別與ARM芯片3的PWM3、PWM4引腳連接，第一橋式驅(qū)動芯片18、第二橋式驅(qū)動芯片17的SD引腳分別與自我保護(hù)單元7連接，第一橋式驅(qū)動芯片18、第二橋式驅(qū)動芯片17的VCC引腳分別與電源轉(zhuǎn)換單元I中的第一電壓轉(zhuǎn)換芯片10的OUTPUT引腳連接，場效應(yīng)管QpQ3的漏極分別與直流電源接ロ 9連接，場效應(yīng)管QpQ3的源極分別與電機(jī)式無刷直流水泵5的輸入端連接，場效應(yīng)管Q2、Q4的源極分別與自我保護(hù)單元7連接。自我保護(hù)單元7分別與電源轉(zhuǎn)換單元I、ARM芯片3和控制驅(qū)動單元6相連，控制驅(qū)動單元6采集水泵5的內(nèi)電流信號，并將內(nèi)電流信號發(fā)送到自我保護(hù)單元7，自我保護(hù)單元7將收到的信號與ARM芯片給定的內(nèi)電流信號進(jìn)行比對，一旦內(nèi)電流超過限值，則自我保護(hù)單元7將信號發(fā)送到控制驅(qū)動單元6，控制驅(qū)動單元6控制水泵5停止運(yùn)轉(zhuǎn)。自我保護(hù)單 元7硬件結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括第一運(yùn)算放大器19、第二運(yùn)算放大器20。第一運(yùn)算放大器19的InputAp InputB1分別與第二運(yùn)算放大器20的OUT引腳連接,第二運(yùn)算放大器20的IN+引腳通過電阻R接地。第二運(yùn)算放大器20的IN+引腳與控制驅(qū)動單元6連接，第二運(yùn)算放大器20的VCC引腳與電源轉(zhuǎn)換單元I中的第二電壓轉(zhuǎn)換芯片11的OUTPUT引腳連接，第一運(yùn)算放大器19的VCC、InputA2, InputB2引腳分別與電源轉(zhuǎn)換單元I中的第一電壓轉(zhuǎn)換芯片10的OUTPUT引腳連接，第一運(yùn)算放大器19的OutputA引腳分別與控制驅(qū)動單元6中的第一橋式驅(qū)動芯片18、第二橋式驅(qū)動芯片17的SD引腳連接，第一運(yùn)算放大器19的OutputB引腳與ARM芯片3的IOPB2引腳連接。另外本實施例中，所述自我保護(hù)單元7還可以將控制驅(qū)動單元傳遞來的水泵內(nèi)電流信號實時地發(fā)送到ARM芯片上，ARM芯片上設(shè)有顯示裝置，顯示裝置實時地顯示內(nèi)電流信號。電磁閥8如圖7所示，電磁閥8的一端與ARM芯片3的I/O端ロ連接，另一端與電源轉(zhuǎn)換單元I中的第三電壓轉(zhuǎn)換芯片12的OUT引腳連接。本實施例中的伺服在線油液取樣控制裝置采用如下的控制方法:ARM芯片控制電磁閥打開，并驅(qū)動水泵葉輪旋轉(zhuǎn)，在水泵工作時，信息采集反饋單元實時采集水泵葉輪的旋轉(zhuǎn)角度和速度并發(fā)送到ARM芯片，ARM芯片根據(jù)信號值進(jìn)行計算，得到當(dāng)前取樣量和樣品流速，然后跟上位機(jī)給定的取樣量、樣品流速的期望值相比較，根據(jù)二者差值進(jìn)ー步調(diào)整水泵運(yùn)行狀態(tài)。所述旋轉(zhuǎn)角度是指在一定時間內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)過的角度，為葉輪旋轉(zhuǎn)速度和時間的乘積，當(dāng)前樣品流速和葉輪旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系是通過實驗統(tǒng)計確定的，當(dāng)前取樣量為當(dāng)前樣品流速乘以時間。本實施例中，當(dāng)前樣品流速和葉輪旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系是采用如下公式Q=26. 73179*V-37.54063。具體包括以下步驟(I)開始取樣ARM芯片控制電磁閥打開，然后通過控制驅(qū)動單元開啟水泵，油路中的油液進(jìn)入裝置；
(2)取樣過程中，信息采集反饋單元實時地采集水泵葉輪的旋轉(zhuǎn)角度和速度，然后傳遞到ARM芯片，上位機(jī)通過CAN通訊單元將給定的取樣量、樣品流速的期望值發(fā)送到ARM芯片，ARM芯片根據(jù)當(dāng)前葉輪的旋轉(zhuǎn)角度和速度計算出對應(yīng)的取樣量和樣品流速，然后與給定的期望值進(jìn)行比對，根據(jù)其差值發(fā)出反饋信號到控制驅(qū)動單元，控制驅(qū)動單元進(jìn)行信號解調(diào)后控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對水泵取樣量、樣品流速的雙閉環(huán)控制；(3)待達(dá)到要求的取樣量，則ARM芯片先控制電磁閥關(guān)閉，水泵繼續(xù)轉(zhuǎn)動，開始抽空氣，直到裝置內(nèi)部的油液也被輸送到待取樣的油池中，然后關(guān)閉水泵。因本實施例裝置還包括自我保護(hù)單元，因此本方法中還具有如下自我保護(hù)過程控制驅(qū)動單元采集水泵的內(nèi)電流信號，并將內(nèi)電流信號發(fā)送到自我保護(hù)單元，自我保護(hù)單元將收到的信號與ARM芯片給定的內(nèi)電流信號進(jìn)行比對，一旦內(nèi)電流超過限值，則自我保護(hù)單元將信號發(fā)送到控制驅(qū)動單元，控制驅(qū)動單元控制水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種伺服在線油液取樣控制裝置，其特征在于，包括水泵、直流電源接ロ、電源轉(zhuǎn)換單元以及分別與電源轉(zhuǎn)換單元相連的CAN通訊單元、ARM芯片、信息采集反饋單元、控制驅(qū)動單元和電磁閥，電源轉(zhuǎn)換單元與直流電源接ロ連接，用于將外界電壓轉(zhuǎn)換成上述各部件的工作電壓，所述ARM芯片通過CAN通訊單元與上位機(jī)信號連接，ARM芯片控制電磁閥的開閉，ARM芯片發(fā)出的控制信號通過控制驅(qū)動單元解調(diào)后發(fā)送到水泵，控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，信號采集反饋單元用于采集水泵的信息并將信息傳遞到ARM芯片，ARM芯片內(nèi)設(shè)數(shù)字PID反饋單元調(diào)節(jié)水泵的即時工作狀態(tài)；所述控制驅(qū)動單元與直流電源接ロ相連；電磁閥與外部油路相連；在檢測吋，電磁閥打開，油液在水泵作用下進(jìn)入裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的伺服在線油液取樣控制裝置，其特征在于，所述裝置還包括自我保護(hù)單元，自我保護(hù)單元分別與電源轉(zhuǎn)換單元、ARM芯片和控制驅(qū)動單元相連，控制驅(qū)動單元采集水泵的內(nèi)電流信號，并將內(nèi)電流信號發(fā)送到自我保護(hù)單元，自我保護(hù)單元將收到的信號與ARM芯片給定的內(nèi)電流信號進(jìn)行比對，一旦內(nèi)電流超過限值，則自我保護(hù)單元將信號發(fā)送到控制驅(qū)動單元，控制驅(qū)動單元控制水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的伺服在線油液取樣控制裝置，其特征在干，所述自我保護(hù)單元將控制驅(qū)動單元傳遞來的水泵內(nèi)電流信號實時地發(fā)送到ARM芯片上，ARM芯片上設(shè)有顯示裝置，顯示裝置實時地顯示內(nèi)電流信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服在線油液取樣控制裝置，其特征在于，所述自我保護(hù)單元包括依次相連的第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器，第一運(yùn)算放大器分別與ARM芯片、控制驅(qū)動單元相連，第二運(yùn)算放大器與控制驅(qū)動單元相連，第二運(yùn)算放大器通過電阻接地； 所述控制驅(qū)動單元包括第一橋式驅(qū)動芯片、第二橋式驅(qū)動芯片以及四個場效應(yīng)管QpQ2、Q3、Q4，第一橋式驅(qū)動芯片與場效應(yīng)管Qp Q2的柵極連接，第二橋式驅(qū)動芯片與場效應(yīng)管Q3> Q4的柵極連接，場效應(yīng)管Qp Q3的源極分別與場效應(yīng)管Q2、Q4的漏極連接，場效應(yīng)管QpQ3的源極分別與第一橋式驅(qū)動芯片、第二橋式驅(qū)動芯片連接；第一橋式驅(qū)動芯片、第二橋式驅(qū)動芯片均分別與ARM芯片、自我保護(hù)單元相連，場效應(yīng)管Qp Q3的漏極分別與直流電源接ロ連接，場效應(yīng)管Qp Q3的源極分別與水泵的輸入端連接，場效應(yīng)管Q2、Q4的源極分別與自我保護(hù)單元連接； 所述水泵為電機(jī)式無刷直流水泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的伺服在線油液取樣控制裝置，其特征在于，所述信息采集反饋單元包括滯回比較器和旋轉(zhuǎn)變壓器，旋轉(zhuǎn)變壓器一端通過聯(lián)軸器和水泵泵軸連接，用于將采集到的水泵的取樣量和取樣速度信號發(fā)送到滯回比較器，滯回比較器將旋轉(zhuǎn)變壓器解調(diào)后的數(shù)字信號穩(wěn)定后，發(fā)送到ARM芯片，滯回比較器還與電源轉(zhuǎn)換單元相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5任一項所述的伺服在線油液取樣控制裝置，其特征在于，所述電源轉(zhuǎn)換單元包括15 — 36V的電源輸入接ロ、第一電壓轉(zhuǎn)換芯片、第二電壓轉(zhuǎn)換芯片、第三電壓轉(zhuǎn)換芯片，電源輸入接ロ與外界直流電源接ロ相連，第一電壓轉(zhuǎn)換芯片分別與控制驅(qū)動單元、自我保護(hù)單元連接，第二電壓轉(zhuǎn)換芯片分別與CAN通訊單元、信息采集反饋單元、自我保護(hù)單元連接，第三電壓轉(zhuǎn)換芯片分別與ARM芯片、電磁閥連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的伺服在線油液取樣控制方法，其特征在干，ARM芯片控制電磁閥打開，并驅(qū)動水泵葉輪旋轉(zhuǎn)，在水泵工作時，信息采集反饋單元實時采集水泵葉輪的旋轉(zhuǎn)角度和速度并發(fā)送到ARM芯片，ARM芯片根據(jù)信號值進(jìn)行計算，得到當(dāng)前取樣量和樣品流速，然后跟上位機(jī)給定的取樣量、樣品流速的期望值相比較，根據(jù)二者差值進(jìn)ー步調(diào)整水泵運(yùn)行狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的伺服在線油液取樣控制方法，其特征在干，所述旋轉(zhuǎn)角度是指在一定時間內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)過的角度，為葉輪旋轉(zhuǎn)速度和時間的乘積，當(dāng)前樣品流速和葉輪旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系是通過實驗統(tǒng)計確定的，當(dāng)前取樣量為當(dāng)前樣品流速乘以時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的伺服在線油液取樣控制方法，其特征在于，具體包括以下步驟 (O開始取樣ARM芯片控制電磁閥打開，然后通過控制驅(qū)動單元開啟水泵，油路中的油液進(jìn)入裝置； (2)取樣過程中，信息采集反饋單元實時地采集水泵葉輪的旋轉(zhuǎn)角度和速度，然后傳遞到ARM芯片，上位機(jī)通過CAN通訊單元將給定的取樣量、樣品流速的期望值發(fā)送到ARM芯片，ARM芯片根據(jù)當(dāng)前葉輪的旋轉(zhuǎn)角度和速度計算出對應(yīng)的取樣量和樣品流速，然后與給定的期望值進(jìn)行比對，根據(jù)其差值發(fā)出反饋信號到控制驅(qū)動單元，控制驅(qū)動單元進(jìn)行信號解調(diào)后控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對水泵取樣量、樣品流速的雙閉環(huán)控制； (3)待達(dá)到要求的取樣量，則ARM芯片先控制電磁閥關(guān)閉，水泵繼續(xù)轉(zhuǎn)動，開始抽空氣，直到裝置內(nèi)部的油液也被輸送到待取樣的油池中，然后關(guān)閉水泵。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的伺服在線油液取樣控制方法，其特征在于，所述方法中還包括自我保護(hù)功能，控制驅(qū)動單元采集水泵的內(nèi)電流信號，并將內(nèi)電流信號發(fā)送到自我保護(hù)単元，自我保護(hù)單元將收到的信號與ARM芯片給定的內(nèi)電流信號進(jìn)行比對，一旦內(nèi)電流超過限值，則自我保護(hù)單元將信號發(fā)送到控制驅(qū)動單元，控制驅(qū)動單元控制水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種伺服在線油液取樣控制裝置及方法。該裝置包括水泵、直流電源接口、電源轉(zhuǎn)換單元以及分別與電源轉(zhuǎn)換單元相連的CAN通訊單元、ARM芯片、信息采集反饋單元、控制驅(qū)動單元和電磁閥，ARM芯片通過控制驅(qū)動單元、信號采集反饋單元實現(xiàn)對取樣量、樣品流速的雙閉環(huán)控制；在檢測時，電磁閥打開，油液在水泵作用下進(jìn)入裝置。該方法是在水泵工作時，信息采集反饋單元實時采集水泵葉輪的旋轉(zhuǎn)角度和速度并發(fā)送到ARM芯片，ARM芯片將反饋的信號值進(jìn)行計算后和上位機(jī)給定的取樣量、樣品流速的期望值相比較，根據(jù)二者差值進(jìn)一步調(diào)整水泵運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)算速度快、通訊效率高，并具有擴(kuò)展方便、電流閉環(huán)的自我保護(hù)功能。
文檔編號G01N1/14GK102706701SQ20121017996
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者馮偉, 賀石中, 陳閩杰, 陶輝 申請人:廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司