恒壓恒速泵控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種恒壓恒速泵控制系統(tǒng)，主控模塊上的RS485接口和上位系統(tǒng)連接，主控模塊上的24v電源、地線、時鐘線接口分別和泵控模塊上的24v電源、地線、時鐘線接口連接，主控模塊上的數(shù)字串行輸入接口和泵控模塊上的數(shù)字串行輸出接口連接，主控模塊上的數(shù)字串行輸出接口和泵控模塊上的數(shù)字串行輸入接口連接；主控模塊上連接有與泵空模塊數(shù)量對應的引腳線，該引腳線與泵控模塊上的片選信號接口連接；矩陣鍵盤和顯示屏分別與主控模塊連接；本實用新型將恒壓恒速泵控制系統(tǒng)標準化，形成獨立的控制模塊，使得不擅長控制系統(tǒng)設計的機械廠商可直接購買控制模塊組裝恒壓恒速泵。
【專利說明】恒壓恒速泵控制系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種控制系統(tǒng)，具體的說是恒壓恒速泵控制系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]在石油三次開采過程中，一般的工藝技術手段(比如注水、注氣等)已經(jīng)很難將原油驅(qū)替出來，必須采用非常規(guī)的石油驅(qū)替方法，比如三元復合驅(qū)、聚合物驅(qū)、泡沫驅(qū)等。為了評價驅(qū)油效果、提高石油采收率，目前常用巖心驅(qū)替儀、巖心飽和儀等儀器進行巖心驅(qū)油物理模擬實驗，而這些實驗儀器都需一個泵來提供恒流或恒壓的實驗條件，這種泵包含多個缸體，有多種工作模式，可為后續(xù)系統(tǒng)提供恒定壓力或流量的驅(qū)替液。目前國內(nèi)相關計量泵裝置只能實現(xiàn)恒流或恒壓的單一功能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型旨在克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種恒壓恒速泵控制系統(tǒng)，將恒壓恒速泵控制系統(tǒng)標準化，形成獨立的控制模塊，使得不擅長控制系統(tǒng)設計的機械廠商可直接購買控制模塊組裝恒壓恒速泵。
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型是這樣實現(xiàn)的:
[0005]一種恒壓恒速泵控制系統(tǒng)，其特征在于:它包括上位系統(tǒng)、主控模塊、矩陣鍵盤、顯示屏、至少一個泵控模塊、伺服系統(tǒng)、壓力傳感器、進口電磁閥、出口電磁閥、上限位開關和下限位開關；主控模塊上有時鐘線接口、數(shù)字串行輸入接口、數(shù)字串行輸出接口、地線、24v電源和RS485接口 ；所述泵控模塊上有時鐘線接口、數(shù)字串行輸出接口、數(shù)字串行輸入接口、片選信號接口、地線、24v電源、第一數(shù)字量輸出接口、脈沖寬度調(diào)制接口、脈沖計數(shù)器接口、模擬量輸入接口、數(shù)字量輸入接口和第二數(shù)字量輸出接口 ；
[0006]主控模塊上的RS485接口和上位系統(tǒng)連接，主控模塊上的24v電源、地線、時鐘線接口分別和泵控模塊上的24v電源、地線、時鐘線接口連接，主控模塊上的數(shù)字串行輸入接口和泵控模塊上的數(shù)字串行輸出接口連接，主控模塊上的數(shù)字串行輸出接口和泵控模塊上的數(shù)字串行輸入接口連接；主控模塊上連接有與泵空模塊數(shù)量對應的引腳線，該引腳線與泵控模塊上的片選信號接口連接；矩陣鍵盤和顯示屏分別與主控模塊連接；
[0007]泵控模塊上的第一數(shù)字量輸出接口、脈沖寬度調(diào)制接口和脈沖計數(shù)器接口分別與伺服系統(tǒng)連接，模擬量輸入接口和壓力傳感器連接，數(shù)字量輸入接口和上限位開關連接，第二數(shù)字量輸出接口分別與進口電磁閥、出口電磁閥和下限位開關連接；
[0008]所述主控模塊包括電源接口、輸入保護電路、3.3v電源電路、5v電源電路、微處理器、撥碼開關電路、光耦隔離電路、RS485收發(fā)器、矩陣鍵盤接口、顯示屏接口、通信總線接口和RS485總線接口 ；所述電源接口的直流電壓為24v，電源接口、輸入保護電路、5v電源電路和3.3v電源電路依次連接，撥碼開關電路將編碼傳輸?shù)轿⑻幚砥?，微處理器和光耦隔離電路之間、微處理器和矩陣鍵盤接口之間、微處理器和顯示屏接口之間、微處理器和通信總線接口之間、RS485收發(fā)器和RS485總線接口之間分別相互連接；
[0009]所述泵控模塊包括電源接口、輸入保護電路、3.3v電源電路、5v電源電路、微處理器、光耦隔離電路、脈沖計數(shù)器接口、數(shù)字量輸入接口、數(shù)字量輸出接口、通信總線接口、采樣隔離電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、信號處理電路、模擬量輸入接口和脈沖寬度調(diào)制接口 ；所述電源接口的直流電壓為24v，電源接口、輸入保護電路、5v電源電路和3.3v電源電路依次連接，脈沖計數(shù)器接口和數(shù)字量輸入接口分別將信號輸入到光耦隔離電路，光耦隔離電路將信號分別輸入到數(shù)字量輸出接口和脈沖寬度調(diào)制接口，微處理器和光耦隔離電路之間、微處理器和通信總線接口之間、微處理器和采樣隔離電路之間、采樣隔離電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之間分別相互連接，模擬量輸入接口、信號處理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路依次連接。
[0010]所述的恒壓恒速泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述微處理器為ARM7微處理器。
[0011]本實用新型的有益效果是:將恒壓恒速泵控制系統(tǒng)標準化，形成獨立的控制模塊，使得不擅長控制系統(tǒng)設計的機械廠商可直接購買控制模塊組裝恒壓恒速泵設備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明:
[0013]圖1為本實用新型的系統(tǒng)拓撲圖；
[0014]圖2為主控模塊的電路系統(tǒng)框圖；
[0015]圖3為泵控模塊的電路系統(tǒng)框圖。

【具體實施方式】
[0016]如圖1所示:一種恒壓恒速泵控制系統(tǒng)，它包括上位系統(tǒng)1、主控模塊2、矩陣鍵盤
3、顯示屏4、兩個泵控模塊5、伺服系統(tǒng)6、壓力傳感器7、進口電磁閥8、出口電磁閥9、上限位開關10和下限位開關11 ;主控模塊上有時鐘線接口 21、數(shù)字串行輸入接口 22、數(shù)字串行輸出接口 23、地線24、24v電源25和RS485接口 26 ;所述兩個泵控模塊上有時鐘線接口 51、數(shù)字串行輸出接口 52、數(shù)字串行輸入接口 53、片選信號接口 54、地線55、24v電源56、第一數(shù)字量輸出接口 57、脈沖寬度調(diào)制接口 58、脈沖計數(shù)器接口 59、模擬量輸入接口 511、數(shù)字量輸入接口 512和第二數(shù)字量輸出接口 513 ；
[0017]主控模塊上的RS485接口和上位系統(tǒng)連接，主控模塊上的24v電源、地線、時鐘線接口分別和兩個泵控模塊上的24v電源、地線、時鐘線接口連接，主控模塊上的數(shù)字串行輸入接口和分別和兩個泵控模塊上的數(shù)字串行輸出接口連接，主控模塊上的數(shù)字串行輸出接口和分別和兩個泵控模塊上的數(shù)字串行輸入接口連接；主控模塊上連接有與泵空模塊數(shù)量對應的引腳線27、28，該引腳線分別與兩個泵控模塊上的片選信號接口連接；矩陣鍵盤和顯示屏分別與主控模塊連接；
[0018]泵控模塊上的第一數(shù)字量輸出接口、脈沖寬度調(diào)制接口和脈沖計數(shù)器接口分別與伺服系統(tǒng)連接，模擬量輸入接口和壓力傳感器連接，數(shù)字量輸入接口和上限位開關連接，第二數(shù)字量輸出接口分別與進口電磁閥、出口電磁閥和下限位開關連接；
[0019]如圖2所示:所述主控模塊包括電源接口 10、輸入保護電路11、3.3v電源電路12、5v電源電路13、ARM7微處理器14、撥碼開關電路15、光耦隔離電路16、RS485收發(fā)器17、矩陣鍵盤接口 3、顯示屏接口 4、通信總線接口 18和RS485總線接口 19 ;所述電源接口的直流電壓為24v，電源接口、輸入保護電路、5v電源電路和3.3v電源電路依次連接，撥碼開關電路將編碼傳輸?shù)紸RM7微處理器，ARM7微處理器和光耦隔離電路之間、ARM7微處理器和矩陣鍵盤接口之間、ARM7微處理器和顯示屏接口之間、ARM7微處理器和通信總線接口之間、RS485收發(fā)器和RS485總線接口之間分別相互連接；
[0020]撥碼開關電路用來設置主控模塊MODBUS通訊地址與泵控模塊數(shù)量。主控模塊以默認10mS (可設定)周期時間輪詢泵控模塊，讀取各個缸體的壓力、驅(qū)替流量、伺服電機轉(zhuǎn)速、缸體活塞速度、缸體活塞位置、進出口電磁閥狀態(tài)等?？蛇x配4*4矩陣鍵盤與128*64分辨率液晶屏。主控模塊主要執(zhí)行三個任務:接受用戶指令并解析分派、輪詢各個泵控模塊的相應缸體參數(shù)、刷新液晶屏及狀態(tài)燈顯示，任務優(yōu)先級按上述順序由高到低排列。
[0021]如圖3所示:所述泵控模塊包括電源接口 10、輸入保護電路11、3.3v電源電路12、5v電源電路13、ARM7微處理器14、光耦隔離電路16、脈沖計數(shù)器接口 59、數(shù)字量輸入接口512、數(shù)字量輸出接口 57、通信總線接口 18、采樣隔離電路31、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路32、信號處理電路33、模擬量輸入接口 511和脈沖寬度調(diào)制接口 58 ;所述電源接口的直流電壓為24v，電源接口、輸入保護電路、5v電源電路和3.3v電源電路依次連接，計數(shù)器接口和數(shù)字量輸入分別將信號輸入到光耦隔離電路，光耦隔離電路將信號分別輸入到數(shù)字量輸出和脈沖寬度調(diào)制接口，ARM7微處理器和光耦隔離電路之間、ARM7微處理器和通信總線接口之間、ARM7微處理器和采樣隔離電路之間、采樣隔離電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之間分別相互連接，模擬量輸入、信號處理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路依次連接。
[0022]泵控模塊是本系統(tǒng)最重要的核心部件，整個控制系統(tǒng)的精度、性能、可靠性全依賴于它。為提升泵體性能，這里采用點對點的單線控制方式，即一個泵控模塊只為一個缸體服務。泵控模塊主要執(zhí)行四個任務:接受主控模塊的設置指令、實時監(jiān)控缸體的運行、接受主控模塊的輪詢指令、狀態(tài)燈顯示，任務優(yōu)先級按上述順序由高到底排列。
[0023]泵控模塊的主要配置及控制流程如下:
[0024]①接口配置:一路24位精度模擬量采樣通道，可通過軟件配置為4?20mA電流或O?5V電壓的輸入方式,用來米集缸體內(nèi)壓力傳感器信號,用于實時監(jiān)測缸體內(nèi)部壓力。四路數(shù)字量輸出，其中兩路用于控制缸體進出口電池閥；另兩路用于控制伺服電機的正反轉(zhuǎn)。兩路數(shù)字量輸入，用于檢測缸體上下兩個限位開關。一路脈沖寬度調(diào)制，用于調(diào)整伺服電機的轉(zhuǎn)速，一路脈沖計數(shù)器用于反饋伺服電機的光電碼盤信號。
[0025]②控制功能:可接受主控模塊的設置指令，將泵控模塊的控制方式設定為單缸運行或多缸串聯(lián)模式，每種模式下具備恒流、恒壓兩種工作方式。
[0026]單缸運行模式:準備時，關閉缸體出口閥、打開進口閥，開始退泵，當位置達到下限位后等待半分鐘，以利于液體充分吸入泵內(nèi)，然后關閉進口閥，然后按照此前設定的恒流或恒壓方式工作。恒流方式下，只要將設定流量通過機構傳動參數(shù)轉(zhuǎn)換為電機轉(zhuǎn)速，并保持此速度即可；恒壓方式下，需要通過不斷檢測缸體內(nèi)壓力，實時調(diào)整電機的運行速度。
[0027]多缸串聯(lián)模式:準備時，關閉全部串聯(lián)模式缸體的出口閥，打開進口閥，所有缸體開始退泵，位置達到下限位后等待半分鐘，然后關閉進口閥，然后按照此前設定的恒流火恒壓方式工作。恒流方式下，A缸先開始工作，當A缸活塞位置距離上限位還有1mm時，開始減速，B缸體開始加速，當A缸到達上限位時停止進泵，關閉出口閥，同時將B缸速度補償至設定流量的需要值，打開A泵進口閥，退泵吸液，到達下限位后等待半分鐘，關閉進口閥，等待下一個工作周期，循環(huán)這一過程達到恒流出液的目的。恒壓方式下，A缸先開始工作，B缸需實時跟蹤A缸壓力，當A缸運行至上限位時，B缸開始工作，循環(huán)這一過程達到恒壓出液的目的。
[0028]本實用新型劃分為主控模塊與泵控模塊兩部分，其內(nèi)部主架構均基于NXP半導體公司的ARM7系列產(chǎn)品，一套泵設備配置一個主控模塊與多個泵控模塊(由缸體數(shù)量決定，最多可擴展四個)，通過總線插槽安裝在同一個底板座上，底板可為各個模塊提供電源及通信總線接口，泵控模塊作為從設備掛接在通信總線接口上。
[0029]主控模塊作為通訊中轉(zhuǎn)站，用于接受、分配用戶指令，匯總泵控模塊反饋的缸體參數(shù)；具備人機交互功能，可掛接液晶屏、矩陣鍵盤等外部硬件，亦可通過RS485-Modbus RTU方式連接上位系統(tǒng)，提供設備參數(shù)、接受用戶指令。
[0030]泵控模塊與各個缸體形成單線控制關系，控制精度高，極大提高了缸體控制的實時性、穩(wěn)定性。
[0031]如圖1所示，連接各控制模塊的底板共包含9條線路:24v電源61、地線62為控制模塊供電；數(shù)字串行輸出接口 63、數(shù)字串行輸入接口 64、時鐘線接口 65為SPI通訊總線；弓丨腳線27、28、66、67分別為四塊泵控模塊提供通信總線接口的從機片選信號。一套控制系統(tǒng)必須包含一塊主控模塊，而泵控模塊可根據(jù)缸體數(shù)量靈活配置，常用泵體類型為單缸泵與雙缸泵。主控模塊可通過RS485-Modbus RTU與上位機通訊，并配帶一套上位配置軟件，這套軟件可管理多套泵控制系統(tǒng)，同時還提供DDE通訊接口，用戶可在其它軟件平臺中通過DDE通訊協(xié)議間接讀取、設置泵體參數(shù)。
【權利要求】
1.一種恒壓恒速泵控制系統(tǒng)，其特征在于:它包括上位系統(tǒng)、主控模塊、矩陣鍵盤、顯示屏、至少一個泵控模塊、伺服系統(tǒng)、壓力傳感器、進口電磁閥、出口電磁閥、上限位開關和下限位開關；主控模塊上有時鐘線接口、數(shù)字串行輸入接口、數(shù)字串行輸出接口、地線、24v電源和RS485接口 ；所述泵控模塊上有時鐘線接口、數(shù)字串行輸出接口、數(shù)字串行輸入接口、片選信號接口、地線、24v電源、第一數(shù)字量輸出接口、脈沖寬度調(diào)制接口、脈沖計數(shù)器接口、模擬量輸入接口、數(shù)字量輸入接口和第二數(shù)字量輸出接口 ； 主控模塊上的RS485接口和上位系統(tǒng)連接，主控模塊上的24v電源、地線、時鐘線接口分別和泵控模塊上的24v電源、地線、時鐘線接口連接，主控模塊上的數(shù)字串行輸入接口和泵控模塊上的數(shù)字串行輸出接口連接，主控模塊上的數(shù)字串行輸出接口和泵控模塊上的數(shù)字串行輸入接口連接；主控模塊上連接有與泵空模塊數(shù)量對應的引腳線，該引腳線與泵控模塊上的片選信號接口連接；矩陣鍵盤和顯示屏分別與主控模塊連接； 泵控模塊上的第一數(shù)字量輸出接口、脈沖寬度調(diào)制接口和脈沖計數(shù)器接口分別與伺服系統(tǒng)連接，模擬量輸入接口和壓力傳感器連接，數(shù)字量輸入接口和上限位開關連接，第二數(shù)字量輸出接口分別與進口電磁閥、出口電磁閥和下限位開關連接； 所述主控模塊包括電源接口、輸入保護電路、3.3v電源電路、5v電源電路、微處理器、撥碼開關電路、光耦隔離電路、RS485收發(fā)器、矩陣鍵盤接口、顯示屏接口、通信總線接口和RS485總線接口 ；所述電源接口的直流電壓為24v，電源接口、輸入保護電路、5v電源電路和3.3v電源電路依次連接，撥碼開關電路將編碼傳輸?shù)轿⑻幚砥鳎⑻幚砥骱凸怦罡綦x電路之間、微處理器和矩陣鍵盤接口之間、微處理器和顯示屏接口之間、微處理器和通信總線接口之間、RS485收發(fā)器和RS485總線接口之間分別相互連接； 所述泵控模塊包括電源接口、輸入保護電路、3.3v電源電路、5v電源電路、微處理器、光耦隔離電路、脈沖計數(shù)器接口、數(shù)字量輸入接口、數(shù)字量輸出接口、通信總線接口、采樣隔離電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、信號處理電路、模擬量輸入接口和脈沖寬度調(diào)制接口 ；所述電源接口的直流電壓為24v，電源接口、輸入保護電路、5v電源電路和3.3v電源電路依次連接，脈沖計數(shù)器接口和數(shù)字量輸入接口分別將信號輸入到光耦隔離電路，光耦隔離電路將信號分別輸入到數(shù)字量輸出接口和脈沖寬度調(diào)制接口，微處理器和光耦隔離電路之間、微處理器和通信總線接口之間、微處理器和采樣隔離電路之間、采樣隔離電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之間分別相互連接，模擬量輸入接口、信號處理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路依次連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的恒壓恒速泵控制系統(tǒng)，其特征在于:所述微處理器為ARM7微處理器。
【文檔編號】G05B19/042GK204028605SQ201420330070
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權日:2014年6月20日
【發(fā)明者】董成林 申請人:上海中冶橫天自動化工程有限公司