FU68系类芯片在井下冷却水泵电机中的应用
一用一备排水泵自动轮换运转的PLC控制
一用一备排水泵自动轮换运转的PLC控制陈洁1沈洪彳严俊高彳（1.苏州竹园电科技有限公司,215211,江苏苏州；2,江苏永鼎股份有限公司,215211,江苏苏州；3,苏州市职业大学电子信息工程系,215104，江苏苏州）水泵在民用建筑中较为常见，通常有空调系统的冷却水泵、冷冻水泵和热水循环泵，消防系统的消火栓水泵、喷淋泵、稳压泵，以及生活用水泵、排水泵等。
这些泵类电动机的拖动控制在国家标准图集中仍以继电器一接触器控制方式给出。
本文以图集16D303-3《常用水泵控制电路图》中一例一用一备排水泵自动轮换运转控制电路为例，对其采用PLC（可编程序控制器）进行控制。
文中给出了PLC控制电路和程序，为方便同行们参考，控制电路中各元器件代号与图集中保持一致。
1继电器一接触器控制原理图分析两台排水泵一用一备自动轮换工作的继电器一接触器主电路如图1所示，控制电路如图2所示两图中，BL1~BL3为液位器、KAI-KA7为中间继电器、KF1和KF2为时间继电器、SS1和SS2为泵停止按钮、ST为试验按钮、SR为复位按钮、SAC为运行方式选择开关、SF1和SF2为泵起动按钮、BB1和BB2为热保护继电器、PGW为电源指示灯、PGG1和PGG2为泵运转指示灯、PGR1和PGR2为泵停止指示灯。
当运行方式选择开关SAC打“手动”侧，其触头1和2、触头5和6接通状态下，两台排水泵处在“手动”方式，此时只要按下按钮SF1或SF2,1号泵或2号泵便起动投入运行。
按下SS1或SS2,泵即停止。
当运行方式选择开关SAC打在“自动”侧，其触头3和4、触头7和8接通状态下,两台排水泵处在“自动”方式，此时泵由液位器或远控开关来起动和停止，实现两台泵自动切换的关键是中间继电器KA5的状态。
图1主电路2PLC控制电路的设计根据继电器一接触器控制电路的原理图，得到需要接入PLC的输入点有：运行方式选择开关SAC、液位器BL1~BL3、远控触头K、声光试验ST、报警消声SR、两台水泵的热保护BB1和BB2、泵停止按钮SS1和SS2、泵起动按钮SF1和SF2、电动机接触器QAC1和QAC2常闭触头，共计16个输入点。
电荷泵芯片 负电压
电荷泵芯片负电压电荷泵芯片是一种集成电路芯片，常用于电子设备中的电压转换和电荷积累。
该芯片能够通过一系列的电荷传递步骤，将输入电压转换为高压输出。
与其它电压转换电路相比，电荷泵芯片在尺寸小、功耗低、效率高等方面具有优势，因此在电子行业得到了广泛应用。
电荷泵芯片的工作原理是利用两个电容和两个开关组成的循环电路。
当一个开关打开时，电容1上的电荷开始传输到电容2。
然后，这个开关关闭，另一个开关打开，电容2的电荷再次传输到电容1。
通过这样的循环，电荷被不断地累积，电压也逐渐增大。
首先，电荷泵芯片会将输入电压通过一个整流器进行整流，将交流电转换为直流电。
然后，这个直流电会被放电电容快速的转化为一系列的脉冲电压。
这些脉冲电压经过放大器进行放大，进一步增加其幅值。
接着，这些幅值较大的脉冲电压经过一个滤波电容进行滞后，变为一段稳定的直流电，即输出电压。
由于电荷泵芯片的工作原理，其输出电压可以是输入电压的整数倍。
电荷泵芯片的应用非常广泛。
首先，它广泛应用于LCD显示屏和摄像头模块中。
这些设备需要高压电源来驱动其工作。
而电荷泵芯片能够将低压输入电压转换为所需的高压输出，因此非常适合在这些设备中使用。
此外，电荷泵芯片还广泛应用于无线通信模块中。
这些模块需要高压电源来产生射频信号和电源放大。
电荷泵芯片能够为这些模块提供稳定的高压电源，保证其正常工作。
对于电荷泵芯片的使用，有一些注意事项需要注意。
首先，电荷泵芯片通常只能输出较低的功率，因此在设计电路时需要根据具体需求选择合适的芯片。
其次，电荷泵芯片的输入电压范围和输出电压范围有一定的限制，需要根据数据手册进行合理选取。
此外，电荷泵芯片的工作频率也需要注意，过高的频率可能导致芯片不稳定或损坏。
综上所述，电荷泵芯片是一种重要的集成电路芯片，在电子行业的电压转换和电荷积累方面具有广泛应用。
其工作原理简单，效率高，用途广泛。
然而，在使用时需要注意其功率、输入输出电压范围和工作频率等参数，以保证其正常工作。
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研发成果
• 汽车电子泵（发明） • 直流无刷静音水泵（发明/实用新型） • 微型高速冷水机水泵（发明） • 微型直流电脑水冷水泵（发明） • 微型无残留食品级无刷直流水泵（发明）
企业简介
未名电子有限公司
始于2004年，是全系列微型水泵专业生产厂家， 现在员工200人，厂房面积7200平方米，公司自 设注塑车间及模房，另有5条自动流水线，日产 量水泵10000只。
质量 求生存
创新 求发展
业务领域
新能源材料
电解液溶剂、锂电隔膜、石墨 烯、导电浆料
半导体化学
电子级/工业级四、甲基氢氧 化铵
企业宣传/招商引资/品牌推广
目录
CONTENTS
01 本部分介绍企业基本情况及对标同行业情况 02 本部分介绍企业主要产品定位性能及特点等 03 本部分介绍企业近年来对产品研究成果情况 04 本部分介绍企业文化及未来企业发展规划情况
01
企业概况
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产品定位
生产区布置宽敞明亮，通风条件好，样式新颖大方、色调温和、高低适当。所有客户能看到的设备采用著名品牌，从感 官上减少客户对综合修理厂的疑虑。设备采购上以“生产上适用，技术上先进，经济上合理”为原则。
变频调速技术在油田潜油电泵中的应用
可 减 少 结 蜡 、 垢 而 降低 管 路 堵 塞 次 数 ； 于 稠油 结 对 油 井 ， 低 速可 可 减
观 的节能 效果 。
运行 情 况 ， 由单 片 机计 算 出当前 最优 的频 率 和 电压 参 数 （ ｕ 决 定 ）实 时地 给 定 定 时 器 定 值 和 数 据 由 ／ ｆ ， Ｒ Ｍ页地 址 ， Ｏ 以定 时 器 的输 出频 率 为 节拍 ， 按顺 序
命 ； 于 含 气 油井 ， 提 高 转 速 减 少 油 气 分离 不佳 对 可
所 致 的气 锁 现 象 出 现 而增 产增 效 ； 于 含 蜡 油 井 ， 对
器 和锁 相 环节 组 成 ； 电压 波 形数 据存 储 部 分 主要 由
随 机 存 储 器 （ Ｏ 、 址 锁 存 和数 据 分 配 环 节 组 Ｒ Ｍ） 地 成 。其 工作 原 理 为 ： 程 序 控制 下 ， 据 系 统 实 际 在 根
潜 泵 在 高压 下 长 期 运 行 。可 按 油 井 当前 状 况 调 节 出油量 ， 油井工作 在 最佳状 态 。 使
图 １ 三 电 平变 频 控 制 系统 简 图
（ ） 电脑智 能控 制 ， ４ 微 自动 适 应 ， 自动 跟 随 ， 无 需 人 工调 整 ， 可组 成 压 力 、 亦 温度 闭环 系统 ， 高 自 提 动 化 程度 及 实 现最 佳控 制 。采用 变 频调 速 后 ， 于 对 富油 油 井 ， 以增 产 ； 于贫 油 油 井 可 以做 到 连续 可 对
生 产 且减 少停 井次 数并 达 到 节能 的 目的 ； 对含 砂 油 井 ， 以减少 卡 泵 次数 ， 可 反转 排 砂 ， 长 电泵 寿 可 并 延
三 电平 变频 调速 控制 系统 按 功能 分为 ４ 主要 个 部分 ： 即控 制 监测 部 分 、 频率 生 成部 分 、 电压 波形 数 据 存储 部 分 和 变换 输 出部 分 。控 制 监 测 部 分 由核 心 单 片 机 构 成 ； 率 生 成 部 分 主要 由定 时器 、 数 频 计
一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统及方法_CN109788714A
2
CN 109788714 A
说 明 书
1/8 页
一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统及方法
技术领域 [0001] 本发明涉及一种降温系统及方法，属于钻井技术领域，具体是涉及一种系统及方 法。
背景技术 [0002] 油气井井眼的形成，是通过钻柱旋转带动钻头或是井下动力钻具带动钻头切削地 下岩层而产生的 ，钻头及井下工具在井眼里需要延伸几千米长。 [0003] 在钻井过程中，为了减轻与钻井作业相关的风险因素，就需要尽可能多的获取井 下环境的各种信息，如：地质参数、工程参数和工艺参数等。因此钻柱底部近钻头附件安装 有各种测量工具，如：随钻测量工具(MWD)和随钻测井工具(LWD)。这些工具上的电路系统包 括各 种电 子元件或传感元件 ，以 实现数据的 采集 、处理 、存储 和传输等功能 。这些井下电 路 在工作过程中自身会产生热量；同时，钻井过程中的井下高温也会对其产生影响。 [0004] 一般来说，高温诱发电路系统失效有两种模式。第一，电路系统上的热应力降低了 其使 用寿命 ；第二 ，当温 度达到一个临界值 ，电 路 系统会发生失效并停止工作。由 过热 引发 的失效不仅导致更换失效电路系统而增加成本，而且中断了钻井活动，需要起下钻更换电 路系统，这也耗费了钻井时间增加了钻井成本。 [0005] 当前，石油行业解决井下电路耐高温的措施有三种：其一，经过高温考核，筛选出 能在高温下使 用的元器件 ；其二 ，订制耐高温元器件 ；其三 ，投入巨 额经费 ，自主研发耐高温 的井下电 路。这些措施都是从元器件自身被动“抗温”的 角度来处理问题 ，耐高温效果有限 ； 同时，元器件高温封装技术仍是一个瓶颈问题。 [0006] 因此，给井下电路提供一个高效、稳定的降温系统是重要的、也是迫切需求的。
生物芯片的引擎——微泵
生物芯片的引擎——微泵
苏奇名;刘世炳;陈涛
【期刊名称】《北京生物医学工程》
【年(卷),期】2006(025)006
【摘要】微泵是生物芯片的关键因素之一,因此选择适合生物芯片的微泵是首要工作.很多因素都会影响微泵的性能,本文对不同的致动器、材料、加工和制备方式进行了分析和比较,并着重介绍了微泵的激光加工.结合生物芯片易集成、易控制、易加工等要求,在诸多种类的微泵中进行优化选择,认为平面无阀压电微泵是生物芯片的最佳选择.
【总页数】3页(P663-665)
【作者】苏奇名;刘世炳;陈涛
【作者单位】北京工业大学激光工程研究院,北京,100022;北京工业大学激光工程研究院,北京,100022;北京工业大学激光工程研究院,北京,100022
【正文语种】中文
【中图分类】R319
【相关文献】
1.行波电渗流微泵的数值模拟和微泵流量影响参数研究 [J], 陈波;晁侃;吴健康
2.生物科技的新引擎--生物芯片(上) [J], 李刚;邢婉丽;程京
3.生物科技的新引擎一生物芯片(下) [J], 李刚;邢婉丽;程京
4.我们的科研、检测平台、国家级的权威检测机构上海生物芯片有限公司生物芯
片上海国家工程研究中心 [J],
5.第二届生物芯片应用大会召开,彰显生物芯片重要作用 [J],
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无刷电机解决方案
Level Shift
OUT1 (NC) (NC) VCC
5 6 7 8
Current Limitter
Duty Controller
12 11 10
High Side Regulator
RD FG PWM
OSC Lock Detection
PWM
RGH
9
TSD
订购及封装信息
ONPN Description LV8861VH-TLM-H FAN MOTOR DRIVER (7.6mmx9.75mmx1.3mm) Pkg HSSOP16
ON Semiconductor Target
19
LB1975/76
三相风扇电机驱动器
独特特性 • 3-Phase Bipolar Drive VMmax46V,Iomax2.5A VMmax60V,Iomax2.5A • Direct PWM Drive • DIP28H Package 优势 应用数据 • High voltage,current 1chip • LB1975 VREG • LB1976 VCC • High Efficiency Reg VCC • Large Power dissipation
＋
S/S
F/R
FG1 FG2
LVSD
TSD VM
＋
Hys.Amp
VM
• • • •
其它特性 Built-in high side kickback absorbing diodes Built-in current limiter Built-in FG output PWM duty can be controlled by IC input
控制器
西门子 NXGPro+ 控制系统手册_操作手册说明书
3.4
单元通讯的协议 ............................................................................................................ 36
3.5
NXGpro+ 高级安全 .......................................................................................................37
3.2
功率拓扑 ......................................................................................................................34
3.3
控制系统概述 ...............................................................................................................35
NXGPro+ 控制系统手册
NXGPro+ 控制系统手册
操作手册
AC
A5E50491925J
安全性信息
1
安全注意事项
2
控制系统简介
3
NXGPro+ 控制系统简介
4
硬件用户界面说明
5
参数配置/地址
6
运行控制系统
7
高级的操作功能
8
软件用户界面
9
运行软件
10
故障和报警检修
11
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FU68系类芯片在井下冷却水泵电机中的应用
（山西西山煤电股份有限公司西曲矿运输四队，山西古交030200）
闫
丁
【摘
要】目前冷却水泵电机的驱动电路多为常用的Dirver 搭配MOS 管使用，信号的处理需要外加运算放大器
来实现。
这样电路不仅繁琐增加了PCB 布板的空间，而且成本也会大大增加。
为此本文提供了一种FU68系类芯片，该芯片不仅集成了Dirver 和运放，还内置LDO 电路，使井下冷却水泵降低了成本，还使电路设计变得更为简单。
【关键词】冷却水泵电机；散热；驱动电路；FU68系类芯片【中图分类号】TD614+3
【文献标识码】A
【文章编号】2096-4102（2019）01-0030-03
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：
·煤电技术研究·
收稿日期：2019-01-11
作者简介：闫丁（1990—），男，山西祁县人，山西西山煤电股份有限公司西曲矿运输四队电气助理工程师。
2019年2月第32卷第1期
山西能源学院学报
Journal of Shanxi Institute of Energy Feb.，2019Vol.32No.1
矿用动力设备的主驱及电机电池等发热设备
的散热方式多以水冷为主，为此需要一个专业的矿用冷却水泵电机为其输送源源不断的水或者冷却液，将其控制器产生的热量带走。
由于没有交流电
源，因此车载电源多为低压12V 或24V 。
同时车载冷却水泵受到整车空间结构限制，具有结构紧凑等特点。
目前的矿用冷却水泵电机多为三相无感BLDC 。
为此本文提供了一种基于FU68系类芯片在矿用冷却水泵电机上的应用，该芯片集成内部LDO 电路，可以直接输入5-36V 直流电源。
芯片内部集成
了Dirver 驱动及四路运放，
可以直接外挂3P+3N/6N 驱动电路的MOS 管，从而很大程度上简化了驱动电路及信号处理电路。
不仅节省了成本，还简化了整体的电路设计，节省了PCB 的布板空间，从而使得整体结构变得更为紧凑。
1 整体设计框架
24V 三相无感直流无刷电机主控MCU 为FU68系类芯片。
整体框架包括MCU 外围电路、电源电路、3P+3N/6N 驱动电路，信号处理电路、防反接保护电路。
具体框架如下图1
所示。
图1 系统整体框架图
整个控制系统有着十分全面的保护功能，通过硬件接口实现硬件过流保护、过压保护、欠压保护、极性保护。
通过软件对电流信号的检测处理，可以实现软件过流保护、缺相保护、堵转保护。
系统保护框架如图2
所示。
图2 系统保护功能框架图
2 硬件电路设计2.1电源电路设计
车载电源由于在使用过程中经常出现电压波动的现象，因此在电源电路设计时需要针对母线电压纹波大的特点设计吸收纹波电路及稳压电路，这样可以确保系统工作的稳定性。
同时由于系统采用的是24V 直流电源，为防止电源反接烧坏控制器，也需要设计相应的反接保护电路。
电路设计如图3所示。
2.2驱动电路设计
由于芯片自带Dirver 功能，因此在驱动电路的设计上相对简单了很多，只需外挂6N 的MOS 驱动即可。
芯片6路PWM 信号自带四驱控制功能，可以直接接到MOS 的G
极直接驱动。
系统采用双电阻
30
采样模式，可以更为准确地通过电流信息计算出转子运行状态。
为了降低米勒效应对MOSFET 的影响，在G 极与S 极间预留有吸收电容，为了保证开
通速度，电容的容值不超过1NF ，
为了在关断时尽可能降低米勒影响，增加反向的RD 吸收电路也是有必要的。
采样电阻的选取则是根据负载的大小选择，负载工作电流较大时为了降低发热损耗选择阻值较低的电阻，但是电阻过小就会造成采样不准确或者噪声影响大的问题，因此采样电阻一般要求大于5毫欧可以准确识别电流大小。
功率模块的驱动电路设计参考图4
设计。
图4 电机驱动电路原理图
2.3其他功能
由于水泵电机的工作机制不同于其他风机负载类电机，必须是连续工作机制，也就是说只要接通电源就要求电机一直运行。
但是需要根据母线给定的电压给出不同的转速。
而母线电压过高或过低都会影响电机的正常运行，一般来说在24V 的电机系统中要求的工作范围为16-32V ，有些水泵为了达到通用的目的，工作范围放宽至12-36V 。
无论何种要求在22V 以上时水泵都需要能够达到最高转速，当电压过低时为了保护电机不被烧坏或者过载，最大转速往往较低。
这也是电机一种成熟的保护策略。
因此需要实时监测母线的电压。
当电机出
现异常时需要通过一个FG 的反馈接口输出一个反馈信号，因此反馈功能也必不可少。
FG 信号的输出需要上拉电阻并与控制器供地，输出的是一个频率脉冲信号，幅值取决于外置的上拉电源，这样做的好处是可以根据不同的要求输出想要的幅值信号，输出信号的频率则取决于水泵转速，一般来说为一个电周期输出一个占空比为50%的PWM 周期信号。
以上FG 信号及电压采集电路设计如图5
所示。
图5 母线电压采集及反馈功能原理图
3软件设计及调试
整个控制系统的软件设计包括主程序，Time0定时中断服务子程序、FOC 控制中断、SVPWM 信号发生程序等。
中断服务子程序的作用主要是不断检测电机运行位置及运行状态，当电机启动时会触发启动程序，当启动失败后计数并再次重启，直至启动成功，如果6次启动还没有成功，即判定为启动失败。
需要重启才能恢复该机制。
这样做的目的是防止水泵内的冷却液在长期未更换有沉淀物或者用水冷却而环温较低时出现结冰情况，为了保护电机，避免启动转矩过大造成电机线圈烧坏的可能。
Timer0定时中断服务子程序负责母线电压的实时采集处理，一旦异常将立即处理异常，随后读取IQ_REF ，读取系统的电流情况并读取速度信息，最后执行PID 算法优化输出。
主程序流程图如图6所示，Timer0定时中断服务子程序的流程图如下图7所示。
图3 电源模块硬件电路设计
VBATT+
J101VBATT+
TVS101SMBJ36CA
C10210uF/50V
TD107C101
10uF/50V VBATT+
J102E101
330uF/50V
VM C104100uF/50V
15V
R101150K
1
2ZD101TD104R102100K
Q1011RF5305TD110
C10310uF/50V
L10110mmH
O TD103
31
图6 中断服务子程序流程图开始
初始化
预充电预定位
结束
检测启动是否正常
硬件检测
继续启动，超过6次启动失败，停机保护
N
Y Y N
图7 Timer0定时中断服务子程序流程图
开始读ADC_REF
读IQ_REF
结束
系统电
流检则母母电压检测相应标志位置位，输出FG 信号，启动保护
N
Y 执行PID 控制
读spccd rcf
Y N
整体的控制策略采用的是FOC 矢量控制，矢量
控制的原理我们在这里不做过多的介绍，驱动信号的6路SVPWM 采用的7段式马鞍形控制波形，在绕组里的电流波形呈正弦波周期性变化。
这样可以很好地控制电机的扭矩变化，从而使得力矩更为平滑，起到降低震动的效果。
采集到的三相电流波形如图8所示：
图8 三相电流波形
4结论
本文提供了FU68系类芯片，该芯片集成了Dirver 和运放功能，使得电路设计变得更为简单，有利于小型化。
内置LDO 使得电源电路设计也较为简单。
从功能上看也可以满足现在主流的FOC 矢量控制，保证力矩的变化较为平滑。
可为整个水泵电机系统的小型化、低成本提供了一种借鉴。
【参考文献】
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D ］.杭州：浙江大学，2016.［3］卢慧芬，林斌，孙丹，等.DSP 电机控制综合实验平台研制［J ］.实验技术与管理，2014，31（10）:97-102.
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［5］陈德益.基于嵌入式单片机的电机控制系统设计［J ］.计算机仿真，2010，27（1）:359-362.
［6］张晓会.煤矿井下变电所供电开关信息智能采集板的硬件设计［J ］.山西能源学院学报，2018，31（2）:12-14，17.
32。