一种超高压高精度液相泵控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种超高压高精度液相泵控制系统及控制方法，属于电子工程技术领域，所述的超高压是指液相泵的额定工作压力在60Mpa‑120Mpa之间。所述的高精度是指液相泵系统误差在6/10000以内。本发明专利技术利用对液相色谱分析仪(UPLC)中的两台液相泵进行单独控制采用独立运行且可交互通讯的两套控制系统并对电机速度曲线进行实时优化与修正设计，节省了芯片资源，提高了计算速度，提高了运动精度。

A high voltage and high precision liquid phase pump control system and control method

The invention relates to a super high pressure high precision liquid pump control system and control method, which belongs to the technical field of electronic engineering, the ultra high pressure liquid pump refers to the rated working pressure between 60Mpa 120Mpa. The high precision refers to the error of the liquid pump system within 6/10000. The use of liquid chromatography analyzer (UPLC) in the two liquid phase pump separately controlled by independent operation and two sets of control system for interactive communication and real-time optimization and modification design of the motor speed curve, save chip resources and improve the computing speed, high precision.

【技术实现步骤摘要】
一种超高压高精度液相泵控制系统及控制方法
本专利技术涉及一种超高压高精度液相泵控制系统及控制方法，属于电子工程
，所述的超高压是指液相泵的额定工作压力在60Mpa-120Mpa之间。所述的高精度是指液相泵系统误差在6/10000以内。
技术介绍
随着社会经济、科学技术的发展，液相色谱分析仪(UPLC)不断向“更高精度”、“更高压力”“更快分析”的方向发展。而超高压高精度液相泵是液相色谱分析仪(UPLC)的重要组成部分，决定了液相色谱分析仪(UPLC)是否能正常运转，可在压力60Mpa-120Mpa的条件下，将系统精度保持在6/10000以内。液相色谱分析仪(UPLC)配有双泵梯度装置，它是用两台超高压高精度液相泵将强度不同的溶剂A、B输入混合室，进行混合后再进入色谱柱。两种溶剂进入混合室的比例可由控制系统来调节。为使超高压高精度液相泵能达到压力与精度的指标，需配备性能出色的控制系统去控制液相色谱分析仪中两台液相泵的协同运动，这就对超高压高精度液相泵控制系统提出了非常高的精度要求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种超高压高精度液相泵控制系统及控制方法，该方法是利用两套可单独运行的控制系统去分别控制两台液相泵，两套控制系统之间采用总线通讯，传递各自控制的液相泵当前的运动状态，通过逻辑判断模块做出下一步运动规划，这样大大节省了芯片资源，可以更快速更高效的完成液相泵的运动控制，使运动精度误差保持在6/10000以内。本专利技术的技术解决方案是：一种超高压高精度液相泵控制系统，该控制系统包括上位机模块、CPU处理模块A、CPU处理模块B、压力采集模块、电机位置采集模块、输出功率放大模块和电路保护模块；所述的CPU处理模块A包括数据存储模块A、运动曲线计算模块A、电机驱动模块A、信号接口变换模块A、逻辑输出模块A、复位模块A、浪涌抑制模块A和电压变换模块A；所述的CPU处理模块B又包括数据存储模块B、运动曲线计算模块B、电机驱动模块B、信号接口变换模块B、逻辑输出模块B、复位模块B、浪涌抑制模块B和电压变换模块B；所述的上位机模块用于设置液相泵A与液相泵B所流过的介质类型、液体流速和液体收集体积等信息，并将所设置信息通过串口发送给CPU处理模块A中的数据存储模块A和CPU处理模块B中的数据存储模块B，同时上位机模块实时采集CPU处理模块A中的数据存储模块A回传的液相泵A运动位置、当前压力等信息和CPU处理模块B中的数据存储模块B回传的液相泵B运动位置、当前压力等信息；所述的CPU处理模块A中的数据存储模块A存储着不同液体介质的不同压缩率，根据实际流过液相泵A的介质，调用相应的压缩率参数，压缩率计算方法为从初始压力值P0(大气压)开始，将初始体积为V1的流体压缩到被测压力值P1(60-120MPa)，记录此时流体体积为V1p。从初始压力值P0开始，将初始体积为V2的同种流体压缩到被测压力值P2(60-120MPa)，记录此时流体体积V2p。确定对应于体积V2与体积V1之间的第一体积差(V2-V1)。确定对应于压缩体积V2p与压缩体积V1p之间的第二体积差(V2p-V1p)。由所述的第二体积差(V2p-V1p)和所述第一体积差(V2-V1)得到的比值，确定压缩比：δ＝(V2p-V1p)/(V2-V1)；通过压缩比可最终确定流体的可压缩性k＝(1-δ)/(P2-P1)。所述的CPU处理模块A中的运动曲线计算模块A根据数据存储模块A中存储的当前介质压缩率参数和外部设定的液体流速和液体收集体积等参数，拟合出液相泵A的两个步进电机A-1、A-2随时间的运动速度曲线，A-1电机稳定速度公式为v1＝【K1(P1-P1初)V1】/t，其中v1为A-1电机稳定运行速度，K1为当前液体可压缩性，P1为当前压力，P1初为初始压力，V1为液体体积，t为稳定运行时间；A-2电机稳定速度公式为v2＝-【K2(P2-P2初)V2】/t，其中v2为A-2电机稳定运行速度，K2为当前液体可压缩性，P2为当前压力，P2初为初始压力，V2为液体体积，t为稳定运行时间；CPU处理模块确定出稳定速度后，拟合出稳定的升速、降速曲线，最后转换成电机所需的脉冲与方向信号并实时发送给电机驱动模块A。所述的CPU处理模块A中的电机驱动模块A根据运动曲线计算模块A确定的步进电机A-1与A-2的脉冲、方向信号，首先对脉冲信号进行细分处理，将最小步长控制在0.036°，并以恒流斩波方式传送给步进电机，完成步进电机速度控制、正反转控制、启停控制等。所述的CPU处理模块A中的信号接口变换模块A将置于A-1电机带动的液缸和A-2电机带动的液缸出口端的压力传感器数据进行采集，并将采集信号转换成2进制数；同时将配置在A-1电机和A-2电机后方的编码器信号转换成2进制信号，最终将这些信号以10ms为一个周期发送给运动曲线计算模块A。所述的CPU处理模块A中的逻辑输出模块A将储存在数据存储模块A中的时序信息进行调用，按照既定时间控制其他执行部件，如脱气机、选择阀等。所述的CPU处理模块A中的复位模块A每10ms(一个运行周期)检测一次CPU处理模块A的收发数据状态，CPU处理模块A需定时给复位模块A发送标志字，若10ms没有接收到标志字，视为故障，跳出当前状态，重新使运动曲线计算模块A规划当前曲线。该部分主要保护了模块的实时性和安全性。所述的CPU处理模块A中的浪涌抑制模块A主要对外部输入的DC24V电源进行滤波处理，降低启停浪涌电流，将启动浪涌控制在额定负载的2倍以下，对后级电路进行保护。所述的CPU处理模块A中的电压变换模块A主要将流过浪涌抑制模块A的DC24V电源变换成后级各个模块需要的稳定DC12V及DC5V电源。所述的CPU处理模块B中的数据存储模块B存储着不同液体介质的不同压缩率，根据实际流过液相泵的介质，调用相应的压缩率参数，压缩率计算方法为从初始压力值P0(大气压)开始，将初始体积为V1的流体压缩到被测压力值P1(60-120MPa)，记录此时流体体积为V1p。从初始压力值P0开始，将初始体积为V2的同种流体压缩到被测压力值P2(60-120MPa)，记录此时流体体积V2p。确定对应于体积V2与体积V1之间的第一体积差(V2-V1)。确定对应于压缩体积V2p与压缩体积V1p之间的第二体积差(V2p-V1p)。由所述的第二体积差(V2p-V1p)和所述第一体积差(V2-V1)得到的比值，确定压缩比：δ＝(V2p-V1p)/(V2-V1)；通过压缩比可最终确定流体的可压缩性k＝(1-δ)/(P2-P1)。所述的CPU处理模块B中的运动曲线计算模块B根据当前介质压缩率参数和外部设定的液体流速和处理体积等参数，拟合出液相泵B的两个步进电机B-1、B-2随时间的运动速度曲线。B-1电机稳定速度公式为v1＝【K1(P1-P1初)V1】/t，其中v1为B-1电机稳定运行速度，K1为当前液体可压缩性，P1为当前压力，P1初为初始压力，V1为液体体积，t为稳定运行时间；B-2电机稳定速度公式为v2＝-【K2(P2-P2初)V2】/t，其中v2为B-2电机稳定运行速度，K2为当前液体可压缩性，P2为当前压力，P2初为初始压力，V2为液体体积，t为稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高压高精度液相泵控制系统，其特征在于：该控制系统包括上位机模块、CPU处理模块A、CPU处理模块B、压力采集模块、电机位置采集模块、输出功率放大模块和电路保护模块；所述的上位机模块用于将流过液相泵A的介质信息和流过液相泵B的介质信息同时发送给CPU处理模块A和CPU处理模块B，上位机模块实时采集由CPU处理模块A和CPU处理模块B回传的液相泵运动位置信息和当前压力信息；所述的压力采集模块分别置于电机A‑1带动的液缸、电机A‑2带动的液缸、电机B‑1带动的液缸、电机B‑1带动的液缸的出口端，实时采集当前各个液缸的出口压力；压力采集模块内部将毫伏电压转换成二进制码，并通过RS485串行口每10ms传输给CPU处理模块A和CPU处理模块B；所述的电机位置采集模块由安装在A‑1、A‑2、B‑1、B‑2四个步进电机轴上的16位绝对式编码器组成，将四台步进电机实时的位置信号通过并口高速发送给CPU处理模块A和CPU处理模块B；所述的输出功率放大模块是将CPU处理模块A和CPU处理模块B输出的信号进行放大；所述的电路保护模块用于将外部输入电源输入给CPU处理模块A和CPU处理模块B的电压进行稳压限流处理。...

【技术特征摘要】
1.一种超高压高精度液相泵控制系统，其特征在于：该控制系统包括上位机模块、CPU处理模块A、CPU处理模块B、压力采集模块、电机位置采集模块、输出功率放大模块和电路保护模块；所述的上位机模块用于将流过液相泵A的介质信息和流过液相泵B的介质信息同时发送给CPU处理模块A和CPU处理模块B，上位机模块实时采集由CPU处理模块A和CPU处理模块B回传的液相泵运动位置信息和当前压力信息；所述的压力采集模块分别置于电机A-1带动的液缸、电机A-2带动的液缸、电机B-1带动的液缸、电机B-1带动的液缸的出口端，实时采集当前各个液缸的出口压力；压力采集模块内部将毫伏电压转换成二进制码，并通过RS485串行口每10ms传输给CPU处理模块A和CPU处理模块B；所述的电机位置采集模块由安装在A-1、A-2、B-1、B-2四个步进电机轴上的16位绝对式编码器组成，将四台步进电机实时的位置信号通过并口高速发送给CPU处理模块A和CPU处理模块B；所述的输出功率放大模块是将CPU处理模块A和CPU处理模块B输出的信号进行放大；所述的电路保护模块用于将外部输入电源输入给CPU处理模块A和CPU处理模块B的电压进行稳压限流处理。2.根据权利要求1所述的一种超高压高精度液相泵控制系统，其特征在于：所述的流过液相泵A的介质信息包括介质的类型、液体流速和液体收集体积，流过液相泵B的介质信息包括介质的类型、液体流速和液体收集体积，且上位机将这些信息通过串口发送给CPU处理模块A和CPU处理模块B。3.根据权利要求1所述的一种超高压高精度液相泵控制系统，其特征在于：所述的CPU处理模块A包括数据存储模块A、运动曲线计算模块A、电机驱动模块A、信号接口变换模块A、逻辑输出模块A、复位模块A、浪涌抑制模块A、电压变换模块A；所述的CPU处理模块B包括数据存储模块B、运动曲线计算模块B、电机驱动模块B、信号接口变换模块B、逻辑输出模块B、复位模块B、浪涌抑制模块B、电压变换模块B。4.根据权利要求3所述的一种超高压高精度液相泵控制系统，其特征在于：所述的CPU处理模块A中的数据存储模块A存储着不同液体介质的不同压缩率，根据实际流过液相泵的介质，调用相应的压缩率参数，压缩率计算方法为从初始压力值P0(大气压)开始，将初始体积为V1的流体压缩到被测压力值P1(60-120MPa)，记录此时流体体积为V1p；从初始压力值P0开始，将初始体积为V2的同种流体压缩到被测压力值P2(60-120MPa)，记录此时流体体积V2p；确定对应于体积V2与体积V1之间的第一体积差(V2-V1)；确定对应于压缩体积V2p与压缩体积V1p之间的第二体积差(V2p-V1p)；由所述的第二体积差(V2p-V1p)和所述第一体积差(V2-V1)得到的比值，确定压缩比：δ＝(V2p-V1p)/(V2-V1)；通过压缩比可最终确定流体的可压缩性k＝(1-δ)/(P2-P1)；所述的CPU处理模块B中的数据存储模块B存储着不同液体介质的不同压缩率，根据实际流过液相泵的介质，调用相应的压缩率参数，压缩率计算方法为从初始压力值P0(大气压)开始，将初始体积为V1的流体压缩到被测压力值P1(60-120MPa)，记录此时流体体积为V1p；从初始压力值P0开始，将初始体积为V2的同种流体压缩到被测压力值P2(60-120MPa)，记录此时流体体积V2p；确定对应于体积V2与体积V1之间的第一体积差(V2-V1)；确定对应于压缩体积V2p与压缩体积V1p之间的第二体积差(V2p-V1p)；由所述的第二体积差(V2p-V1p)和所述第一体积差(V2-V1)得到的比值，确定压缩比：δ＝(V2p-V1p)/(V2-V1)；通过压缩比可最终确定流体的可压缩性k＝(1-δ)/(P2-P1)。5.根据权利要求3所述的一种超高压高精度液相泵控制系统，其特征在于：所述的CPU处理模块A中的运动曲线计算模块A根据当前介质压缩率参数和外部设定的液体流速和处理体积参数，拟合出液相泵A的两个步进电机A-1、A-2随时间的运动速度曲线，A-1电机稳定速度公式为v1＝【K1(P1-P1初)V1】/t，其中v1为A-1电机稳定运行速度，K1为当前液体可压缩性，P1为当前压力，P1初为初始压力，V1为液体体积，t为稳定运行时间；A-2电机稳定速度公式为v2＝-【K2(P2-P2初)V2】/t，其中v2为A-2电机稳定运行速度，K2为当前液体可压缩性，P2为当前压力，P2初为初始压力，V2为液体体积，t为稳定运行时间；CPU处理模块确定出稳定速度后，拟合出稳定的升速、降速曲线，最后转换成电机所需的脉冲与方向信号并实时发送给A-1与A-2电机；所述的CPU处理模块B中的运动曲线计算模块B根据当前介质压缩率参数和外部设定的液体流速和处理体积，拟合出液相泵B的两个步进电机B-1、B-2随时间的运动速度曲线；B-1电机稳定速度公式为v1＝【K1(P1-P1初)V1】/t，其中v1为B-1电机稳定运行速度，K1为当前液体可压缩性，P1为当前压力，P1初为初始压力，V1为液体体积，t为稳定运行时间；B-2电机稳定速度公式为v2＝-【K2(P2-P2初)V2】/t，其中v2为B-2电机稳定运行速度，K2为当前液体可压缩性，P2为当前压力，P2初为初始压力，V2为液体体积，t为稳定运行时间；CPU处理模块确定出稳定速度后，拟合出稳定的升速、降速曲线，最后转换成电机所需的脉冲与方向信号并实时发送给B-1与B-2电机。6.根据权利要求3所述的一种超高压高精度液相泵控制系统，其特征在于：所述的CPU处理模块A中的电机驱动模块A根据运动曲线计算模块A确定的步进电机A-1与A-2的脉冲、方向信号，首先对脉冲信号进行细分处理，将最小步长控制在0.036°，并以恒流斩波方式传送给步进电机，完成步进电机速度控制、正反转控制和启停控制；所述的CPU处理模块B中的电机驱动模块B根据运动曲线计算模块B确定的步进电机B-1与B-2的脉冲、方向信号，首先对脉冲信号进行细分处理，将最小步长控制在0.036°，并以恒流斩波方式传送给步进电机，完成步进电机速度控制、正反转控制和启停控制。7.根据权利要求3所述的一种超高压高精度液相泵控制系统，其特征在于：所述的CPU处理模块A中的信号接口变换模块A将置于A-1电机带动的液缸和A-2电机带动的液缸出口端的压力传感器数据进行采集，并将采集信号转换成2进制数；同时将配置在A-1电机和A-2电机后方的编码器信号转换成2进制信号，最终将这些信号以10ms为一个周期发送给运动曲线计算模块A；所述的CPU处理模块B中的信号接口变换模块B将置于B-1电机带动的液缸和B-2电机带动的液缸出口端的压力传感器数据进行采集，并将采集信号转换成2进制数；同时将配置在B-1电机和B-2电机后方的编码器信号转换成2进制信号，最终将这些信号以10ms为一个周期发送给运动曲线计算模块B；所述的CPU处理模块A中的逻辑输出模块A将储存在数据存储模块A中的时序信息进行调用，按照既定时间控制其他脱气机和选择阀；所述的CPU处理模块B中的逻辑输出模块B将储存在数据存储模块B中的时序信息进行调用，按照既定时间控制其他六通阀和清洗泵。8.根据权利要求3所述的一种超高压高精度液相泵控制系统，其特征在于：所述的CPU处理模块A中的复位模块A每10ms(一个运行周期)检测一次CPU处理模块A的收发数据状态，CPU处理模块A需定时给复位模块A发送标志字，若10ms没有接收到标志字，视为故障，跳出当前状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭旭，王晓阳，魏兴亚，刘晓庆，周旭，殷参，张加波，刘娇文，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂，
类型：发明
国别省市：北京,11