提升机变频调速系统(一)-自动化毕业论文(3)
2013-07-28 01:28
导读：3.1.2 时钟电路 时钟电路是采用内部方式，即在80C51的XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作为定时元件，内部反相放大器自激振荡，产生时钟。此处选用的石英频率
3.1.2 时钟电路
时钟电路是采用内部方式，即在80C51的XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作为定时元件，内部反相放大器自激振荡，产生时钟。此处选用的石英频率为fOSC=12MHz，小电容为22pF，则得到的时钟频率为12MHz。
3.1.3复位电路
复位电路接成按钮式的，从RST引脚接入80C51，其接线图如图3-4所示。复位信号是高电平有效，并且高电平有效的持续时间应为24个振荡周期以上。复位以后，07H写入栈指针SP，P0口～P3口均置1,程序计数PC和其他特殊功能寄存器SFR全部清零。
3.1.4键盘电路
键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是一种廉价的输入设备。本次设计需要7个按键，由于I/O口线足够使用，因此用P1口就可以直接满足要求，无需特殊设计，直接将按键接到其引脚上，以组成独立连接式按键接口电路。按键输入采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。键的定义为，K1自动，K2手动，K3加速，K4匀速、K5减速、K6爬行、K7停车。
3.1.5 显示电路
显示电路由显示块、字形码锁存驱动器、字位锁存驱动器三部分组成。图所示为LED动态显示接口电路。采用8255A作为单片机应用系统扩展的I/O口，占用片外数据存储器空间。图中，8255A的A口、B口和一片8路三态反相缓冲器74LS240共同作为字形码锁存驱动器，8255A的A口和B口作字符段码输出口，通过74LS240分别与四个和两个LED显示块提供段选信号来分别显示提升物在矿井中的位置和速度；8255A的C口和一片6路集电极开路反相门电路7406共同作为字位锁存驱动器，C口做LED的位选输出口，通过7406向LED显示块提供字位选择驱动信号。6个数码管的8段段选线分别与74LS240的输出对应相连，而6个LED的共阴端与7406的输出端相连。
当要显示信息时，由A、B口输出字形段码的低电平，经74LS240反相为高电平有效，C口6路字位信号中每次只选通一路输出高电平，反相后为低电平有效选中相应的LED，则要显示的字符在该LED上显示出来。在这种显示电路中，一个字位一个字位的轮流点亮各个LED,每个字位停留1ms左右，由于人的视觉暂留，好像6只LED是同时点亮的，并不察觉有闪烁现象。
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3.1.6 接近开关的连接
设计中，考虑到实际不安全因素，单靠软件实现系统按速度图运行是不准确也是不安全的，为了使提升物能准时减速及停车，设两个减速点。接近开关是一种无触点行程开关，它是一种非接触型的物体位置检测装置。当提升物与之接近到一定的距离时就发出动作信号，而无需机械接触。它具有行程开关，微动开关的特性，同时具有传感性能，动作可靠，性能稳定。PNP型接近开关平时为高电位，信号到来时为低电平，将信号输出端接到单片机的INT0、INTI两个中断端子。当提升物到达该点时，S1和S2触发中断，转到相应的子程序，执行减速操作。
3.2 变频器电路
变频器主电路由三相交流输入，变频驱动、提升机电动机和制动单元几部分组成。
调速部分采用安川616G5变频器，该系列变频器具有结构紧凑、运转可靠、性能优良等特点，尤其是其良好的低速运行特性更适合于提升机上的应用。
连接在电动机轴头的旋转编码器用来检测提升物的运行速度和运行位置，编码器和变频器之间用屏蔽电缆相连。该电缆连接于变频器PG-A2卡上的的TA1端子上，屏蔽端接在PG-A2卡上的TA2端。提升机运行时，编码器将其实际运行速度反馈给变频器，变频器将实际速度与变频器给定的速度进行比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使实际速度跟随给定速度，达到调速目的。
利用变频器PG卡输出端将脉冲信号引入单片机的计数输入端，构成速度、位置反馈。
3.2.1 变频器的主电路的连接
三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主电路和控制电路供电，输出端U、V、W接电动机的定子绕组。N,P端接制动电阻，制动单元，外接制动单元和制动电阻是为了减少制动时间，加快制动过程。制动过程中系统的动能转换成热能，消耗在制动电阻上。
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3.2.2 外部控制端子的连接
变频器的控制电路，与主电路相对应，为主电路提供所需驱动的信号。控制电路的主要作用是根据事先确定的变频器的控制方式产生进行V/F控制时所需要的各种信号。此外，变频器控制电路还包括对电流、电压、电动机速度进行检测的信号检测电路，为变频器和电动机提供保护的保护电路，对外接口电路等。
3.2.2.1顺序控制端子
变频器的输入信号包括对运行、停止，正反转等运行状态进行操作的运行信号。本次采用继电器接点与单片机相连，KM1为主电路接触器主触点，控制着整个电路的通电，因此将其常开触点与控制正反转的触点KA1、KA2串联。同时，为了避免正反转同时导通，造成系统工作失误，将正反转相应的常闭触点串接在对方的回路中即可。防止过载的热继电器的常闭触点也分别接在端子上，SQ1和SQ2为上下过卷点设置的行程开关的常闭触点，当提升物由于到达过卷点使行程开关的常闭触点断开，使电机停转。
3.2.2.2变频器频率指令信号
变频器的频率指令信号从变频器的模拟输入端子送入，进行变频器的无级调速。本次设计变频器模拟输入端子的信号是通过D/A转换芯片DAC0832和放大器将单片机输出的指令信号转变成0~10V的模拟信号，连接到变频器的13引脚。电路连接图如下：
DAC0832是双列直插式20引脚集成电路芯片，它的内部有一个T型电阻网络，用来实现D/A转换。它需要外接运算放大器，才能得到模拟电压输出。在DAC0832中有两级锁存器，第一级为8位输入寄存器，它的锁存信号为ILE，第二级8位DAC寄存器，它的锁存信号也称为通道控制信号/XFER。因为有两级锁存器，所以DAC0832可以工作在双缓冲工作方式，即在输出模拟信号的同时可以采集下一个数字，先存入输入寄存器而不影响此时的模拟电压的输出，可有效地提高转换速度。
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3.2.2.3 PG速度卡的连接
本设计由于要测量并显示提升物的速度和位置，需要用到光电编码器来进行速度检测。
光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，其基本原理就是在特制的码盘上按一定规律编排光栅图案，将这些图案用光电头读取，转变为高低有序排列的电平信号。光电编码器输出信号为A , B , Z 3个信号,其中A , B为相位差90°的方波信号, Z为过零脉冲信号。光电编码器每旋转一周,A、B相输出同样数量的脉冲, Z相输出一个脉冲，脉冲的个数和电机旋转角度，电机的运行距离成正比关系，因此通过计算脉冲数就能计算出电机在实际运行中所运行的距离。
安川变频器本身附带有速度控制卡，即PG卡。编码器和变频器之间用屏蔽电缆相连。电缆连接于变频器PG-A2卡上的的TA1端子上，该屏蔽端接在
PG-A2卡上的TA2端。PG卡接收来自光电编码器的两相脉冲，并将其转换为与实际转速相应的数字信号送给变频器，同时，将两相脉冲分频后作为监视输出。本设计中，将A相脉冲接到单片机的P3.5端，当有脉冲进入端子时，使计数器T1开始计数，同时T0开始定时，当定时时间到，T1停止计数，并将计数值送到相应的存储单元，为下部计算提升物速度和位置做准备。速度控制卡PG-A2与变频器的接线如图所示。可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。具体的测速测速原理是在规定的检测时间T内，对光电编码器输出的脉冲信号计数的测速方法，例如光电编码器是N线的，现在假设检测时间是T，计数器的记录的脉冲数是M1，则电机的每分钟的转速为n= 。提升物的位置： H=SI， I-累计脉冲数 ，S-脉冲当量 S=πD/Ni
其中D-滚筒直径，米，i-减速比
本次设计选用欧姆龙光电编码器，由于PG卡只能提供12V电源，综合各方因素，选择E6B2-CWZ1X。
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3.2.2.4 制动电路
在变频调速系统中，电动机的降速和停机，是通过逐渐减小频率来实现的。这时，电动机的工作状态在频率刚减小的瞬间，电动机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电动机的转子转速未变。当同步转速低于转子转速时，转子电流的相位几乎改变了180°，电动机处于发电机状态。与此同时，电动机轴上的转矩变成了制动转矩，使电动机的转速迅速下降。从电动机的角度来看，处于再生制动状态。
由于采用交-直-交电压型变频器，在提升机位势负载作用下，电动机可能进入发电状态，电动机发出的交流电，经过逆变装置中续流二极管整流叠加到变频器的直流母线上，使母线电压产生“泵升”电压；母线电压的升高，将对蓄能电容器和电气元器件造成损坏。为保证变频器的安全，通用变频器将这部分电能通过“制动电阻”转变成热能消耗掉，提升机专用变频器是将这部分电能通过专用逆变电路回馈给电网。但为了降低工程造价，选用通用变频器加上制动单元的方案。
（1）制动电阻
能耗制动电路结构如图3-12所示，用于将电动机的再生电能转换成热能而消耗掉。设计中选用表面采用电子陶瓷棒芯，陶瓷外壳，阻燃耐高温的变频器
专用制动电阻。该型号电阻小、大功率，在大负荷下耐久性优良，具有阻燃作
用，耐热、耐湿、绝缘性能好，有较高的稳定性和可靠性，使用寿命长。根据
