本實用新型涉及一種快速流量控制系統(tǒng)，其響應速度可達微秒級，屬于流量控制調節(jié)技術領域。

背景技術：

由于流量控制領域不斷更新，國內外生產廠家大多采用變頻器調速控制流量。即由料路流量計反饋流量脈沖信息至PLC，PLC通過處理調節(jié)程序輸出變頻器控制流量泵調速，完成流量調節(jié)控制。此系統(tǒng)的造價高，抗干擾能力差，且運行掃描周期會長達數ms。在一些要求在高壓高速高精度的流量系統(tǒng)中，其工作運行時，運行過程時間較短(就家電行業(yè)實用3S/次)，系統(tǒng)壓力、流量的波動變化極快，且運行時間極短，精度要求高，脈沖輸入信號隨機變化常出現前次掃描與此次掃描信號相侼情況，使得流量調節(jié)無法實現。簡單而言，PLC過長的掃描周期使得變頻器響應滯后，造成流量控制偏差。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種快速流量控制系統(tǒng)，其響應速度可達微秒級。

解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案如下：

一種快速流量控制系統(tǒng)，包括流量泵、變頻器、流量檢測單元、驅動控制單元和用于為驅動控制單元供電的電源模塊，所述流量檢測單元檢測所述流量泵的實時流量，所述驅動控制單元設置有目標流量，所述驅動控制單元比較判斷所述實時流量是否大于所述目標流量，所述變頻器在所述判斷結果為是時降低所述流量泵的輸出功率、在所述判斷結果為否時提高所述流量泵的輸出功率，使得所述流量泵的實時流量向所述目標流量變化，其特征在于：所述的流量檢測單元輸出對應于所述實時流量的實時流量脈沖信號，所述的驅動控制單元由脈沖電壓轉換電路、信號放大電路、電壓比較電路、電壓電流轉換電路和驅動電路組成，所述流量檢測單元的輸出端依次通過所述脈沖電壓轉換電路、信號放大電路、電壓比較電路、電壓電流轉換電路和驅動電路連接所述變頻器的控制端，所述脈沖電壓轉換電路將所述實時流量脈沖信號轉換成實時流量電壓信號，所述信號放大電路對所述實時流量電壓信號進行信號放大處理，所述電壓比較電路設置有對應于所述目標流量的目標流量電壓設定值，所述電壓比較電路比較判斷所述實時流量電壓信號是否大于所述目標流量電壓設定值，所述電壓比較 電路輸出對應于所述判斷結果的判斷結果電壓信號，所述電壓電流轉換電路將所述判斷結果電壓信號轉換成判斷結果電流信號，該判斷結果電流信號通過所述驅動電路驅動所述變頻器工作。

作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述的流量泵為變量柱塞泵。

作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述的流量檢測單元由渦輪和齒輪式流量計組成，所述渦輪的轉軸兩端分別安裝在兩個軸承上，并且所述渦輪位于所述流量泵的出口位置，所述齒輪式流量計的齒輪與所述渦輪的轉軸聯接，所述齒輪式流量計的輸出端即為所述流量檢測單元的輸出端。

作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述的脈沖電壓轉換電路由電容C1、二極管D1、電阻R1、電阻R5、電阻R3、電阻R4、電阻1R、電阻2R、運算放大器U4、運算放大器U5、RS觸發(fā)器、電容C2、三極管Q1、精密電流源、三極管Q2、運算放大器U6、基準電壓電路、常開開關K1、電阻R2、電容C3和電阻R6組成；所述脈沖電壓轉換電路的輸入端正極和輸入端負極分別連接所述流量檢測單元的輸出端正極和輸出端負極，所述電容C1的一端作為所述脈沖電壓轉換電路的輸入端正極、另一端與所述運算放大器U4的反相輸入端和二極管D1的陽極相連接，所述二極管D1的陰極連接所述電源模塊的輸出端正極VCC+，所述電阻R1與二極管D1相并聯，所述電阻R5、電阻R3和電阻1R組成第一并聯支路，所述電阻R4和電阻2R組成第二并聯支路，所述第一并聯支路的一端連接所述電源模塊的輸出端正極VCC+、另一端分成三路，第一路連接所述運算放大器U4的正相輸入端，第二路連接所述運算放大器U5的正相輸入端和反相輸入端，第三路通過所述第二并聯支路的一端，所述第二并聯支路的另一端作為所述脈沖電壓轉換電路的輸入端負極并連接所述電源模塊的輸出端負極VCC-，所述運算放大器U4的輸出端連接所述RS觸發(fā)器的S端，所述運算放大器U5的輸出端連接所述RS觸發(fā)器的R端，所述RS觸發(fā)器的端連接所述三極管Q1的基極，所述三極管Q1的集電極連接所述運算放大器U5的反相輸入端、發(fā)射機連接所述電源模塊的輸出端負極VCC-，所述電容C2連接在所述三極管Q1的集電極與發(fā)射機之間，所述運算放大器U6的反相輸入端連接所述用于提供1.9V參考電壓的基準電壓電路，所述運算放大器U6的同相輸入端一路連接所述三極管Q2的發(fā)射極、另一路通過所述電阻R2連接所述電源模塊的輸出端負極VCC-，所述三極管Q2的基極連接所述運算放大器U6的輸出端、集電極連接所述精密電流源的基準電流輸入端，所述精密電流源的電源輸入端連接所述電源模塊的輸出端正極VCC+、電流輸出端通過所述常開開關K1和電容C3連接所述電源模塊的輸出端負極VCC-，所述常開開關K1的開關狀態(tài)切換控制端連接所述RS觸發(fā)器的Q端，所述常開開關 K1在所述RS觸發(fā)器的Q端輸出高電平時閉合，所述電阻R6與所述電容C3相并聯，且所述電阻R6與所述電源模塊的輸出端負極VCC-相連的一端作為所述脈沖電壓轉換電路的輸出端負極、另一端作為所述脈沖電壓轉換電路的輸出端正極。

作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述的信號放大電路由運算放大器U1、電阻R8和電阻R7組成；所述信號放大電路的輸入端正極和輸入端負極分別連接所述脈沖電壓轉換電路的輸出端正極和輸出端負極，所述運算放大器U1的同相輸入端作為所述信號放大電路的輸入端正極、輸出端作為所述信號放大電路的輸出端，所述運算放大器U1的反相輸入端一路通過所述電阻R8連接其輸出端、另一路連接所述電阻R7的一端，所述電阻R7的另一端作為信號放大電路的輸入端負極和輸出端負極。

作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述的電壓比較電路由電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12和運算放大器U3組成；所述電壓比較電路的輸入端正極和輸入端負極分別連接所述信號放大電路的輸出端正極和輸出端負極，所述電阻R10的一端作為所述電壓比較電路的輸入端正極，所述電阻R10的另一端一路連接所述運算放大器U3的同相輸入端、另一路連接所述電阻R9的一端，所述電阻R9的另一端作為所述電壓比較電路的輸入端負極和輸出端負極，所述運算放大器U3的反相輸入端一路連接所述電阻R11的一端、另一路通過所述電阻R12連接其輸出端，所述電阻R11的另一端作為所述所述目標流量電壓設定值的輸入端，所述運算放大器U3的輸出端作為所述電壓比較電路的輸出端負極。

作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述的電壓電流轉換電路由電阻R18、2.5V穩(wěn)壓管D3、電阻R13、可調電阻器R14、電阻R15、可調電阻器R16、電阻R17、電阻Rf和運算放大器U2組成；所述電壓電流轉換電路的輸入端正極和輸入端負極分別連接所述電壓比較電路的輸出端正極和輸出端負極；所述電阻R15的一端作為所述電壓電流轉換電路的輸入端正極、另一端通過所述可調電阻器R16與所述運算放大器U2的同相輸入端和所述電阻R17的一端連接，所述電阻R17的另一端作為所述電壓電流轉換電路的輸入端負極，所述運算放大器U2的同相輸入端依次通過所述可調電阻器R14和電阻R13連接所述2.5V穩(wěn)壓管D3的陰極，所述2.5V穩(wěn)壓管D3的陽極接地GND、陰極通過所述電阻R18連接所述電源模塊的輸出端正極VCC+，所述運算放大器U2的輸出端作為所述電壓電流轉換電路的輸出端正極、反相輸入端作為所述電壓電流轉換電路的輸出端負極并通過所述電阻Rf連接所述電源模塊的輸出端負極VCC-。

作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述的驅動電路由電容C4和VOMS場效應管組成；所述驅動電路的輸入端正極和輸入端負極分別連接所述電壓電流轉換電路的輸出端正極 和輸出端負極，所述VOMS場效應管的柵極作為所述驅動電路的輸入端正極、漏極作為所述驅動電路的輸入端負極、源極作為所述驅動電路的輸出端并通過所述電容C4連接所述電源模塊的輸出端正極VCC+。

作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述的快速流量控制系統(tǒng)還包括用于設置所述目標流量電壓設定值的控制系統(tǒng)和用于監(jiān)測所述變頻器工作狀態(tài)的監(jiān)視系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)與所述電壓比較電路連接，所述監(jiān)視系統(tǒng)與所述變頻器連接。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

第一，本實用新型所采用的驅動控制單元由脈沖電壓轉換電路、信號放大電路、電壓比較電路、電壓電流轉換電路和驅動電路組成，通過該五個組成電路之間的配合即可實現由實時流量信號和目標流量信號向變頻器驅動信號的快速轉換，其響應速度(經測試其調節(jié)響應時間為μs級，僅3個流量脈沖即可確定調節(jié)輸出)遠遠快于現有技術中采用PLC作為驅動控制單元的響應速度，且其處理過程不需要通過上位機所以響應速度與穩(wěn)定性能得到保證；因此，本實用新型具有響應速度快、能夠瞬時控制流量、流量控制精度高的優(yōu)點；

第二，本實用新型快速流量控制系統(tǒng)的結構精簡，而且占用面積小，根據使用環(huán)境各單元可以互相內嵌或組合靈活多變。適用于需要精度高穩(wěn)定性強且響應速度快的場合。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明：

圖1為本實用新型的快速流量控制系統(tǒng)的電路原理框圖；

圖2為本實用新型優(yōu)選實施方式中驅動控制單元的電路原理圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型的快速流量控制系統(tǒng)，包括流量泵、變頻器、流量檢測單元、驅動控制單元和用于為驅動控制單元供電的電源模塊，其中，驅動控制單元由脈沖電壓轉換電路、信號放大電路、電壓比較電路、電壓電流轉換電路和驅動電路組成，流量檢測單元的輸出端依次通過脈沖電壓轉換電路、信號放大電路、電壓比較電路、電壓電流轉換電路和驅動電路連接變頻器的控制端。

上述流量泵用于輸送物料；上述流量檢測單元檢測流量泵的實時流量并輸出對應于實時流量的實時流量脈沖信號；上述脈沖電壓轉換電路將實時流量脈沖信號轉換成實時流量電壓信號；上述信號放大電路對實時流量電壓信號進行信號放大處理，以提高實時流量電壓信號的負載能力；上述電壓比較電路設置有對應于目標流量的目標流量電壓設定值，電壓比較電 路比較判斷實時流量電壓信號是否大于目標流量電壓設定值，該判斷結果也即判斷實時流量是否大于目標流量的結果，從而電壓比較電路輸出對應于判斷結果的判斷結果電壓信號；上述電壓電流轉換電路將判斷結果電壓信號轉換成判斷結果電流信號；上述驅動電路用于提高該判斷結果電流信號的驅動能力，從而判斷結果電流信號通過驅動電路驅動上述變頻器工作，即：變頻器在判斷結果為是時降低流量泵電機的工作頻率即降低流量泵的輸出功率、在判斷結果為否時提高流量泵電機的工作頻率即提高流量泵的輸出功率，使得流量泵的實時流量向目標流量變化。

作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，快速流量控制系統(tǒng)還增設用于設置目標流量電壓設定值的控制系統(tǒng)和用于監(jiān)測變頻器工作狀態(tài)的監(jiān)視系統(tǒng)；控制系統(tǒng)與電壓比較電路連接，監(jiān)視系統(tǒng)與變頻器連接。變頻器的啟停由上位機控制；同時可以通過監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視變頻器的運行狀況從而知道系統(tǒng)的運行情況。

如圖2所示，本實用新型給出了上述快速流量控制系統(tǒng)的一種應用于高壓噴射系統(tǒng)場合的優(yōu)選實施方式。本優(yōu)選實施方式的快速流量控制系統(tǒng)電路組成如下：

上述流量泵采用變量柱塞泵。上述流量檢測單元由渦輪和齒輪式流量計組成，渦輪的轉軸兩端分別安裝在兩個軸承上，并且渦輪位于流量泵的出口位置，齒輪式流量計的齒輪與渦輪的轉軸聯接，齒輪式流量計的輸出端即為流量檢測單元的輸出端；當流體通過管道時，沖擊渦輪葉片，對渦輪產生驅動力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產生旋轉。這樣就設計了一個流量計作為檢測單元。由于物料流過流量計，一定的流量范圍內，對一定的流體介質粘度，渦輪的旋轉角速度與流體流速成正比。當渦輪轉過一定角度后產生一個脈沖信號，由此，流體流量可通過渦輪的旋轉角度得到，從而可以計算得到通過管道的流體流量。而將相對應的渦輪的旋轉角度轉換成頻率脈沖信號(流量脈沖)；由此組成一個流量/脈沖單元。

上述脈沖電壓轉換電路由電容C1、二極管D1、電阻R1、電阻R5、電阻R3、電阻R4、電阻1R、電阻2R、運算放大器U4、運算放大器U5、RS觸發(fā)器、電容C2、三極管Q1、精密電流源、三極管Q2、運算放大器U6、基準電壓電路、常開開關K1、電阻R2、電容C3和電阻R6組成；脈沖電壓轉換電路的輸入端正極和輸入端負極分別連接流量檢測單元的輸出端正極和輸出端負極，電容C1的一端作為脈沖電壓轉換電路的輸入端正極、另一端與運算放大器U4的反相輸入端和二極管D1的陽極相連接，二極管D1的陰極連接電源模塊的輸出端正極VCC+，電阻R1與二極管D1相并聯，電阻R5、電阻R3和電阻1R組成第一并聯支路，電阻R4和電阻2R組成第二并聯支路，第一并聯支路的一端連接電源模塊的輸出端正極VCC+、另一端分成三路，第一路連接運算放大器U4的正相輸入端，第二路連接運算放大器 U5的正相輸入端和反相輸入端，第三路通過第二并聯支路的一端，第二并聯支路的另一端作為脈沖電壓轉換電路的輸入端負極并連接電源模塊的輸出端負極VCC-，運算放大器U4的輸出端連接RS觸發(fā)器的S端，運算放大器U5的輸出端連接RS觸發(fā)器的R端，RS觸發(fā)器的端連接三極管Q1的基極，三極管Q1的集電極連接運算放大器U5的反相輸入端、發(fā)射機連接電源模塊的輸出端負極VCC-，電容C2連接在三極管Q1的集電極與發(fā)射機之間，運算放大器U6的反相輸入端連接用于提供1.9V參考電壓的基準電壓電路，運算放大器U6的同相輸入端一路連接三極管Q2的發(fā)射極、另一路通過電阻R2連接電源模塊的輸出端負極VCC-，三極管Q2的基極連接運算放大器U6的輸出端、集電極連接精密電流源的基準電流輸入端，精密電流源的電源輸入端連接電源模塊的輸出端正極VCC+、電流輸出端通過常開開關K1和電容C3連接電源模塊的輸出端負極VCC-，常開開關K1的開關狀態(tài)切換控制端連接RS觸發(fā)器的Q端，常開開關K1在RS觸發(fā)器的Q端輸出高電平時閉合，電阻R6與電容C3相并聯，且電阻R6與電源模塊的輸出端負極VCC-相連的一端作為脈沖電壓轉換電路的輸出端負極、另一端作為脈沖電壓轉換電路的輸出端正極。其中，電阻R2提供基準電流以決定電荷泵電流；電容C1、電阻R1、二極管D1組成微分電路用于觸發(fā)f/V啟動；電阻R3、電阻R4決定一個分壓電平，輸入的微分信號(流量脈沖)小于該電平觸發(fā)有效，提高抗干擾能力；電阻R5、電容C2的乘積決定電荷泵觸發(fā)后的開啟時間；電阻R6、電容C3決定電荷存留時間及f/V中V的大小，決定過渡過程時間τ。

上述信號放大電路由運算放大器U1、電阻R8和電阻R7組成；信號放大電路的輸入端正極和輸入端負極分別連接脈沖電壓轉換電路的輸出端正極和輸出端負極，運算放大器U1的同相輸入端作為信號放大電路的輸入端正極、輸出端作為信號放大電路的輸出端，運算放大器U1的反相輸入端一路通過電阻R8連接其輸出端、另一路連接電阻R7的一端，電阻R7的另一端作為信號放大電路的輸入端負極和輸出端負極。其中，電阻R7、電阻R8、運算放大器U1構成同相放大器，將轉換后的電壓放大并增加負載能力。

上述電壓比較電路由電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12和運算放大器U3組成；電壓比較電路的輸入端正極和輸入端負極分別連接信號放大電路的輸出端正極和輸出端負極，電阻R10的一端作為電壓比較電路的輸入端正極，電阻R10的另一端一路連接運算放大器U3的同相輸入端、另一路連接電阻R9的一端，電阻R9的另一端作為電壓比較電路的輸入端負極和輸出端負極，運算放大器U3的反相輸入端一路連接電阻R11的一端、另一路通過電阻R12連接其輸出端，電阻R11的另一端作為目標流量電壓設定值的輸入端，運算放大器U3的輸出端作為電壓比較電路的輸出端負極。

上述電壓電流轉換電路由電阻R18、2.5V穩(wěn)壓管D3、電阻R13、可調電阻器R14、電阻R15、可調電阻器R16、電阻R17、電阻Rf和運算放大器U2組成；電壓電流轉換電路的輸入端正極和輸入端負極分別連接電壓比較電路的輸出端正極和輸出端負極；電阻R15的一端作為電壓電流轉換電路的輸入端正極、另一端通過可調電阻器R16與運算放大器U2的同相輸入端和電阻R17的一端連接，電阻R17的另一端作為電壓電流轉換電路的輸入端負極，運算放大器U2的同相輸入端依次通過可調電阻器R14和電阻R13連接2.5V穩(wěn)壓管D3的陰極，2.5V穩(wěn)壓管D3的陽極接地GND、陰極通過電阻R18連接電源模塊的輸出端正極VCC+，運算放大器U2的輸出端作為電壓電流轉換電路的輸出端正極、反相輸入端作為電壓電流轉換電路的輸出端負極并通過電阻Rf連接電源模塊的輸出端負極VCC-。其中，電阻R18、穩(wěn)壓管D3提供2.5V是4mA的偏置電壓，與元算放大器U1輸出合成一個加法器輸入；電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16起到保護和調整加法器作用。

上述驅動電路由電容C4和VOMS場效應管組成；驅動電路的輸入端正極和輸入端負極分別連接電壓電流轉換電路的輸出端正極和輸出端負極，VOMS場效應管的柵極作為驅動電路的輸入端正極、漏極作為驅動電路的輸入端負極、源極作為驅動電路的輸出端并通過電容C4連接電源模塊的輸出端正極VCC+。其中，運算放大器U2、場效應管VMOS、電阻Rf組成恒流源，當負載變化時，流過負載的電流不變。

上述電源模塊使用24D15模塊將24V轉換成±15V，+15V輸出作為電源模塊的輸出端正極VCC+、-15V輸出作為電源模塊的輸出端負極VCC-，該電源模塊可使用不同電壓變化模塊將不同標準的電壓轉換成F/I電路的設計要求，兼容不同設備的系統(tǒng)來解決f/I電路與PLC共地問題。

本實用新型不局限于上述具體實施方式，根據上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本實用新型上述基本技術思想前提下，本實用新型還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本實用新型的保護范圍之中。例如：流量泵與流量檢測單元可合成一個單元，并根據實際精度場合要求選擇不同的分辨率；流量泵可以根據場合選擇不同的泵體；流量檢測單元中的流量監(jiān)測機構可以根據場合選擇不同的流量計等裝置；變頻器可以根據場合選擇相匹配的裝置；變頻器的啟?？梢酝ㄟ^PLC或者單片機等任何控制系統(tǒng)控制；控制系統(tǒng)的可以是PLC或者單片機等任何控制系統(tǒng)控制；系統(tǒng)同時可以增設數據通訊系統(tǒng)反饋運行信息到不同的PLC等控制系統(tǒng)方便監(jiān)控運行情況；控制與監(jiān)視系統(tǒng)同時可以由上位機、PLC等控制系統(tǒng)組成。