电机控制器范文

时间:2023-10-13 17:17:23

电机控制器

电机控制器篇1

引言

现代自动控制设备中,都存在一个电子电路一电气电路的互相连接问题,一方面要是电子电路的控制信号能够控制电器电路的执行元件(电动机、电磁铁、电灯等),另一方面又要为电子线路的电器电路提供良好的电隔离,以保护电子电路和人身的安全。电子继电器便能起到这一桥梁作用。 本实验基于AT89S51所设计的,通过单片机的P2.0和P2.1引脚输出低(高)电平时,三极管Q1和Q2饱和导通(截止),+5V电源加到继电器线圈两端,继电器吸合(释放),同时状态指示灯发光二极管也点亮(熄灭),继电器的常开触点闭合(释放),相当于开关闭合(断开)。 关键词:AT89S51 HK4100F电磁继电器 是为了探索以若空强的道路,我们的课题选定为单片机控制电动机正反转的设计题目.

硬件部分结构功能简介: 用单片机控制与三极管相连的I/O口的输出电平,接通或关闭相应的三极管,达到使继电器吸合或断开。从而起到以弱控强的目的。 单片机介绍 将为处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应的实时控制器件集成在一块芯片上的单片机微型计算机,简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。 AT89S51是低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4Kbytes的可系编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程(ISP)也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器与单片芯片中,ATMEL公司的功能强大,低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性能价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。

51单片机的基本结构1.2-3主电源引脚 VCC(40脚):接+5V电源正极。 VSS(20脚):接地端。 电源电压范围是4 ~ 5.5V,最高电源电压为6.6V。任何引脚对地的电压范围是-1~7V。1.2-4外接晶体引脚 XTAL1(19脚):接外部石英晶体的一端。在单片机内部,它是相反放大的输入端,这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部的时钟时,该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2(18引脚):接外部石英晶体的另一端。在单片机内部,它是反向放大的输出端。1.2-5输入/输出引脚(1)P0口(P0.0~P0.7)(引脚39~32) P0口具有漏极开路结构,还具有双重功能。 作为输出使用时,需要外接上拉电阻(在作为I/O口使用时,T1管夹断)。若作为输入端使用,需要先将“1”写入端口(使T2管夹断)。P0口可作为地址总线(AB0~AB7),也可作为数据总线(DB0~DB7)。P0口可驱动8个LSTTL(低功耗肖特基TTL),其他端口可以驱动4个LSTTL。1个LSTTL负载为0.4mA。(2)P1口(P1.0~P1.7)(引脚1~8)P1口内部具有上拉电阻,因此可以作为准双向I/O使用。 作为输入端使用时,需要先将“1”写入端口(使T2管夹断)。 (3)P2口(P2.0~P2.7)(引脚21~28) P2口内部具有上拉电阻,因此可以作为准双向I/O口使用。作为输入端使用时,需要先将“1”写入端口(使T2管夹断)。在将有片外存储器时,P2口作为8位地址总线(AB8~AB15)。(4)P3口(P3.0~P3.7)(引脚10 ~17) P3口具有上拉电阻,可作为准双向I/O口使用。作为输入端使用时,需要先将“1”写入端口(使T2管夹断)。P3口的每个引脚还有第2个功能:P3.0:为串行输入端口(RXD); P3.1:为串行口输出端口(TXD); P3.2:为外部中断0(INT0); P3.3:为外部中断1(INT1); P3.4:为定时/计数器0的外部输入口(T0); P3.5:为定时/计数器1的外部输入口(T1); P3.6:为外部数据存储器写选通(WR); P3.7:为外部数据存储器写选通(RD); 1.2-6RST(引脚9)

继电器介绍 本设计是用单片机控制继电器达到以弱控强的电路,下面再来介绍一下单片机和强电之间的桥梁----电磁继电器。 电磁继电器是有触点电继电器是有触点电继电器的一种。它是利用电磁效应实现电路开、关控制作用的原件,广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中。在各种自动设备中,都要求用一个低电压电路提控制一个高电压的电器电路。这样不仅可以为电子线路和电器电路提供良好的电隔离,还可以保护电子电路和人员安全。

下面是我们这个设计的电路部分

原理搞清楚了,下面我们就来做PCB板子了。

参考文献:

[1]马忠梅.单片机C语言应用程序应用设计。北京:北京航天航空大学出版社,2007.

[2]陈明莹.8051单片机基础教程。北京:科学出版社,2003.

[3]刘昌华.易逵.8051单片机C语言应用程序设计与实践。北京:国防工业出版社,2007。

电机控制器篇2

关键词:AT89C51单片机 电热水器 远程控制

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)07(a)-0036-02

随着社会的发展,嵌入式家用电器由于单片机有体积小、功能强、可靠性高的明显特点,因而可以构成一个体积很小的控制器并嵌入到家用电器内部。以单片机为核心所构成的控制器可以看作是家用电器的一个零件,这种结构方式就产生了嵌入式家用电器。本文采用单片机AT89C51设计了温度实时测量及控制系统。单片机AT89C51能够根据温度传感器DS18B20 所采集的温度在液晶屏上实时显示,通过控制从而把温度控制在设定的范围之内。所有温度数据均通过液晶显示器LCD显示。

1 硬件电路的设计

1.1 系统设计的框架

本课题设计的是一种以AT89C51单片机为主控制单元,以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。其主要包括:电源模块,单片机模块,键盘模块,数码管及指示灯显示模块,加热报警输出模块,水位检测模块,漏电检测模块,远程控制以及单片机最小系统。

1.2 振铃检测电路

振铃检测电路,二极管有两个作用:第一,的正,负电源线变得不确定的,固定的正和负输出,第二个是成一个直流脉冲进行检测的AC振铃信号。线路电源上的电压为48V(老式开关60V)时,有没有振铃信号,构成由四个二极管全桥整流器,稳压器是不够的打开的振铃信号输出电压接近0V,当振铃信号到达90V AC振铃信号的线被转换的全桥整流为90V的DC脉冲,峰值足够的击穿电压为62V的稳压器,由五个。220U1K的电阻对电容器充电,输出电压增加振铃,CPU可以检测的电平是否振铃信号的振铃。电路的电压为4。 3V稳压器限制振铃信号的幅度不超过允许的电压CPU端口保护CPU。

1.3 模拟摘挂机电路

图17中所示的模拟摘瓜机电路。通常电话,两条电话线,在开启状态下,两条电话线电压为48V(老式电话60 V),加上两端的电话振铃电路,手机振铃电路断开时,两个电话线的连接,约300Ω的电阻。拨打一个电话号码,当从电话线压力信号铃,铃流检测电路,形成一个方波脉冲信号,以AT89C51单片机P3.5,P3.5双振铃脉冲进行计数,当环比上涨6倍,由内部单片机的控制软件程序到P0.0输出一个较低的水平,那么P0.0高送MC1413集成开关驱动电路放大脚16英尺高的输出9013的晶体管的基极,晶体管的饱和导通,这时,5V电源,通过继电器线圈,然后通过晶体管,继电器线圈通电时,继电器常开触点闭合,电路连接300Ω电阻,在电话接通。当用户输入的密码错误,或操作结束后,系统控制由P0软件。0输出高的水平,MC1413驱动电路,16脚输出低电平,控制9013的最后期限,继电器线圈通电,常开触点断开的电话线,并在开放的状态下,实现了模拟挂断。

1.4 DTMF解码电路

DTMF(双音多频)双音多频信号的解码电路是目前在按键电话(固定电话,移动电话),PABX系统和无线通信设备被广泛应用于集成电路。它包括双音多频DTMF发射器和接收器,前者主要用于使按键式电话的双音频信号发射器,发送双音多频信号的一组,使音频拨号。双音多频信号是一组高频信号和低频信号叠加组合的信号,电话键盘上的按钮和表1中所示的双音多频信号。电话远程控制系统使用敏迪生产的MT8870 DTMF接收DTMF信号解码为核心器件。MT8870主要用于程控交换机,远程控制,无线通信和广播系统中,DTMF信号的滤波和解码功能时,输出频率16种的组合的各自的4位并行二进制代码的分离。

2 软件设计

3 结论

利用智能电话远程控制系统可以实现固定电话和移动电话对空调器、电灯、电饭煲等家用电器设备的远程控制,如可以提前将居室的空调打开,一进家门便享受清凉世界;用户外出旅游或出差时,通过本系统开关居室的电灯、电视,造成有人在家的假象,提高家居安全。本系统可以扩展用于数据通信量不大,速率要求不高的远程通信场合。可应用于自动防盗报警装置、公话集中管理系统以及远程分布式数据采集系统等,实现对无人值守岗位的远程控制。该系统软硬件实现技术具有接口电路简单、可靠性高、成本低、灵活性强等优点。

总之,电话远程控制系统设计采用了AT89C51单片机作为系统的中央控制单元,并结合软件编程,实现了语音界面及安全认证机制,丰富了系统功能,符合未来家电的智能化、网络化发展方向。

参考文献

[1] 于志赣.LCD1602模块的应用[J].机电技术,2009(3).

[2] 白延敏.51单片机典型系统开发实例精讲[M].电子工业出版社,2009.

电机控制器篇3

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计算机理论直流电机速度控制器设计

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电机控制器篇4

[关键词]变频器;电机控制;应用

中图分类号:TN773 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)34-0246-01

一、变频器工作原理

变频器的核心是电力电子器件及控制方式。电力电子器件就是在电路中起通断作用并实现各种变流的器件,变频器就是这种变流的装置,它随着逆变器件的发展而发展。变频器用不同的控制方式得到的调速性能特性及用途是不同的。控制方式大体分为开环和闭环控制,开环控制有u/f(电压与频率)成正比例的控制方式;闭环有转差频率控制和各种矢量控制。

变频器电路方式有交―交变频和交一直一交变频两种电路。基本工作原理为整流器将交流变为直流,平滑波电路将直流电平滑,逆变器将直流电逆变为频率可调的交流电。

1.交一交变频器是指无直流中间环节,直接将电网频率的电压变换为频率比电网频率低而可变的输出电压的变换器。

2、交一直一交变频器的工作原理。目前应用最广泛的是交一直一交变频器。其工作原理是先将三相或单相不可调工频电源经过整流桥整流成直流电,再经过逆变桥把直流电逆变成频率任意可调的交流电,以实现无级调速。交一直一交变频器的主电路有电压型变频和电流型变频。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器;电流型是指将电流源的直流变换为交流的变频方式。控制方式也分为电压控制和电流控制两种。这两种方式不管主电路方式是电压型还是电流型都可以适用。

二、变频器的应用及效能

目前,变频器适用领域不断扩大,所采用的技术也不断拓宽,主电路采用了栅极一控制极新技术,集电极一射极问的饱和电压Uce(sat)大为降低,从而开发出第四代IGBT,即使普通的通用变频器也进入了矢量控制的新时代。只要用户选用一种备用电路板,就可使通用变频器变成一个带速度传感器PG(脉冲发生黝的矢量控制变频器。传感器装置多采用高分辨率的16位数字编码器,信号的并行传送方式改为串行传送。在智能化方面,新开发的变频器可以事先对变频器的一些部件,如电容的电容量、总运行时问及环境湿度进行测定,综合评估来预告该部件的寿命等,一般通用变频器都装备有带RS- 485的标准功能,通过专用的开放总线方式运行。

采用变频器对机械设备变频调速运转可以达到节能效果,采用多台电动机以比例速度运转可以达到省力自动化的效果,对电动机增速运转可以达到提高产量的效果,采用高频电动机进行高速运转可以达到提高产量的效果,在恶劣的环境中可以取代直流电动机减少维修,选择无级的最佳速度运转可以提高产品的质量,采用空调压缩机调速运转来进行连续温度控制,可以达到提高舒适性的效果。

三、变频器在电机控制中工作原理

一般来说,变频技术应用于电机的控制中,这样可以使系统达到稳定系统速度,电流流量负荷降低。采用变频控制技术不仅有利于电机的稳定运行,更可以得到较好的节能效果。

通常,变频控制系统的硬件组成主要有以下几个部分:智能PID控制器、电源切换柜、变频器和异步电机组成。在变频系统中安装电源切换柜,主要是为了加大系统安全系数。当变频系统出现故障时,仍能保证电机的正常运行;变频器的主要作用就是控制电机的转速,实现变频节能技术;智能PID控制器卞要作用是,通过相关算法保持电机输出的转速恒定。

变频控制系统是通过安装在压缩空气系统总管上的速度传感器检测到电机速度的变化传给PID控制器,PID控制器按照设定电机速度输出一个电流信号送到变频器。当速度传感器检测到的电机速度信号大于电机速度设定值时,PID控制器输出的信号减弱,使变频器输出频率降低,异步电机转速降低;当速度传感器检测到的电机速度信号小于目标速度设定值时,PID控制器输出的信号增强,使变频器输出频率增加,异步电机速度转速上升,从而达到稳定电机输出速度的目的。电机变频控制电动机转速和电源频率的关系为:。其中:为电动机转速;为电动机转差率;为电源频率;为电动机极对数。

PID控制器由比例单元,积分单元,和微分单元组成,其控制规律为:

其中,为积分时间和微分时间,为比例系数。这三个参数的取值优劣将影响到PID控制系统的控制效果的好坏。比例增益的作用是为了及时的反映控制系统的偏差信号,一旦系统出现了偏差,比例调节作用立即产生调节作用,使系统偏差快速减小;积分环节的引用是为了消除系统稳态误差,提高系统的无差度,以保证实际值对设定值的无静差跟踪;微分环节作用的引入,主要是为了改善控制系统的响应速度和稳定性。微分作用能反映系统偏差的变化规律,预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用。

四、变频器在电机控制中功能特点

变频器功能是在大功率整流元件的基础上发展起来的,将变频、微电子、机电结合起来它先把50HZ的交流电整流成直流电,然后通过可控整流元件把直流电变成可控的交流电,以驱动电机运转,达到控制电机启、停及故障报警输出等目的。

1、变频器的启动频率可调启动时,电机频率从0.02HZ-50HZ缓慢启动,启动电流从0到额定电流时也缓慢变化,大大降低了电机的启动电流通过试验及调整。

2、加速时间任意设定。加速时间指电机启动从转速为0到额定转速所用的时间,可调范围为0-6500s加速时间越长,启动越平稳,但到达额定电流所用时间就越长。通过加速时间设定后,在电机启动时,声音从小到大,转速平稳通过采用变频器这种启动方式,对电机启动非常有好处,大大延长了电机的使用寿命;无变频器,电机自启动时,启动瞬间声音较大,发出尖锐的噪声同时转速也不稳定,这种启动方式将会造成电机损坏并降低电机的使用寿命。

3、基准电压和基准频率可调变频器输出电压可在50-460V之间任意选择;运行频率可在30-120HZ之间任意选择,输出电压和运行频率可以在特定条件和特定要求下运行。

4、运行指令选择共有操作面板控制、外部端子信号操作控制(外部命令)、串行通信(远方命令)控制3种运行指令。

5、频率指令设定方法的选择。有操作面板外部模拟信号((0―5V)外部模拟信号(0-10V或电位器),外部模拟信号(4-20mA)、步进设定、二进制设定、装置内部设定、串行设定等,特别是外部模拟信号控制非常有用。电机频率可以根据被控制设备的变化而变化,如有些压力要求特别严格的条件下,保持某一特定压力,变频器会在外部模拟信号控制命令下变频运行,常用的外部信号为4-20 mA电流。

五、变频器在电机保护方面的主要功能

应该说,变频器的变频启动和变频运行,本身就是对电机最好的保护,另外,它还有二次保护系统所具有的所有保护,主要包括以下几项。

1、过电流限制(防止失速)。当电流超过设定的电流值时,可改变频率的变化率来限制电流的增加。加速时,当输出电流达到设定值,暂时降低频率的上升或降低频率变化率,防止失速,以限制电流值来进行加速;恒速时,若电机过载,输出电流达到设定值,就进行频率的降低,当过载状态解除以后就返回到设定的频率。

2、过电流保护。当电流过大,超过变频器的容许值范围时,保护电路就发生动作,使变频器停机(变频器自动判断,不需用户设定)。

3、过电压保护。因电机反馈的再生能量过大而使变频器的直流环路电压超过规定值时,保护电路动作,使变频器停机如果电机减速中的再生能量过大,超过制动电阻的消费量,使变频器直流电压进一步上升,此时就会截止频率的下降而让频率上升,以防止过电压跳闸;再生能量开始减少时,率则变缓,并再次开始减速。

另外还有欠压保护、过载保护、进线断相保护、外部热敏器动作保护、CPU异常保护等,这些都能起到保护电机的作用。

六、结语

变频技术随着微电子学、电力电子技术、电子计算机、自动控制理论的发展已经进入一个崭新的时代,特别是在节能领域的应用更是一枝独秀。变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术,在电机控制的应用,大大延长了电机的使用寿命,提高了设备安全稳定运行的可靠性。

参考文献:

[1] 黄运.基于DSP的交流异步电机调速控制器的研究「D].武汉理工大学,2009.

[2] 翟红存.基于DSP的交流电机变顿调速系统研究和实现[D].南京航空航天大学,2009.

[3] 温江,张忠海.变频器在交流电机调速系统中的应用[J].一重技术,2006 (6).

[4] 文方,姜孝华.多级电机同步驱动控制系统[J].电气传动,2000(30).

电机控制器篇5

【关键词】机器人;控制系统;模块

1.系统运动简介

本系统是一个游戏类机器人模仿现实运动系统,模仿内容要求如下:

几个人抬着kago(轿)轿子远行到目的地击一面鼓。其中一个自动机器人在前面,另一个手动机器人在后面配合,用kago(轿)抬着一个旅行机器人在其他队伍之前到达目的地,完成旅程。

在路上会有各项任务,包括翻越高山和穿越森林。旅客自动机器人在到达的目标区时击打3面胜利之鼓,三个鼓垂直安排于一个平台上。行进的途中kago(轿)和旅行机器人不能掉落。目标区为黑色部分,一部分是台阶区,台阶区中有特定的灰色的鼓区,安放着胜利之鼓。

2.约束条件

旅客自动机器人登上kago(轿)。

翻越山路。

穿过森林。

旅客自动机器人从kago(轿)下轿。

旅客自动机器人击打三个鼓。

旅客自动机器人和鼓槌都不能接触自动或手动轿夫的机器人。

3.方案分析设计

要实现上述运动动作,完成运动的可靠性,灵活性,必须使两机器人和轿子之间进行配合协作,涉及到自动控制系统中的多个关键模块的设计。如控制系统的处理结构,如何选用单片机,电源稳压模块的设计,继电器控制模块设计,电机功率放大驱动模块设计以及方向控制的舵机设计等等。在此只对电源稳压模块和继电器控制模块的设计进行阐述。

(1)电源稳压模块电路设计

由于供能的需要,需分别对单片机系统和外部辅助元件进行供电,采用双电源配置,这样才能使整个控制系统更稳定、可靠。而电源在使用过程中电压会降低,那就必须把电源的稳压电源调低,使之相匹配,并使单片机获得稳定的直流供电电压,这样就必须给系统设计好一个稳压电路,保证系统的平稳运行。

1)选择集成稳压器件

集成稳压器种类多样,可根据外在形状作用不同分为三端集成稳压器和多端集成稳压器。其中三端稳压器件外接元件少、造价便宜,便于使用、维护,安全稳定,满足要求。因此,在此选取最大输出电流可达1A三端串联型稳压器来作为电压稳定器。

2)设计稳压电路

LM7805稳压器作为一种常用的三端固定正电压稳压器,由于性能良好,使用较广。其外部结构图如图1所示,引脚1为电源输入,引脚2为电源地,引脚3为电源输出。

利用此集成稳压器,8V的锂电池通过LM78O5稳压到5V,给74HC04、LM324、74LS86、74LS74、单轴倾角传感器以及光隔供电,而29V锂电池,给直流电机、继电器等器件供电。

除此之外,为提高电路的安全可靠性,还需在芯片增加电容。综合电路如图2所示。

各元件功能:D为二极管,当输入端短路时,通过C3放电,避免C3两端电压过高击穿发射结,起保护作用。Cl、C2用于频率补偿,防止自激振荡、抑制高频千扰和改善负载的瞬态响应;C3采用电解电容,以减少电源引入的低频干扰对输出电压的影响。

(2)继电器控制模块电路设计

在本系统中,气动设备的控制,是通过气阀来实现。要控制气阀的“打开”和“关闭”,就必须使用继电器元件。利用继电器“通”和“断”来控制气阀的同时“开、关”响应。从而有效的驱动机械结构部分实现预定的功能动作。

在电路实际设计中,为了增加电路的可靠性,常常需要加上一些附加电路,以改善继电器的工作特性或起到保护继电器的作用。常见的有继电器并联RC电路,继电器串联RC电路,继电器并联二极管三种电路。

不同的电路有不同的功能和特点。继电器串联RC电路主要应用于继电器的额定工作电压低于电源电压的电路中。主要利用电容两端不可能突变,形成(视为)短路的情况下加快了线圈中电流增大的速度,使继电器迅速吸合。电源稳定之后电容不再起作用,电阻起限流作用。继电器并联RC电路闭合以后,RC电路不起作用;断开电路时,继电器线圈由于自感而产生感应电动势,经RC电路放电,使线圈中电流衰减放慢,延长了继电器衔铁的释放时间,从而起到延时作用。

继电器并联二极管电路,如图3所示。此电路主要是为了保护晶体管等驱动元件。当晶体管由导通变为截止时,流经继电器的电流迅速减少,这时线圈会产生很高的自感电动势与电源电压叠加后加在Q的C,E两级,会使晶体管击穿。并联上二极管之后,可将线圈的自感电动势钳位于二极管的正向导通压降,约为0.7v(硅管),从而避免击穿晶体管等驱动元件。

对于本控制系统,电源电压与继电器额定工作电压相同,且不需要延长继电器衔铁的释放时间,故在设计中主要采用的是第三种辅助电路,以起到保护集成驱动CI芯片安全的作用。整个电路如图4所示:

I/O口信号输出后经过线缓冲驱动器74LS04输入到光耦,对于驱动普通继电器是足够的。值得注意的是,二极管必须要反向连接,否则线圈上产生的较高的反向电动势很容易击穿集成驱动芯片。改电路可以用来控制电机的正反转及转速。

工作过程分析:

图4中,PWM1信号是用来控制电机转速的信号,当输入信号为PWM的高电平状态时,信号经74LS04反向,变为低电平;使得光隔3、4端导通,29V的电源经R13、R14分压,给N沟道增强型MOS场效应管的栅极和源极加上导通电压,使得Q11导通,给电机提供负极输出端。反之,电机会因为没有负极输出端而停止转动。PWM信号正是这样,通过占空比来实现对电机转速的控制。

在PWM1有PWM信号输入的前提下,当direction1信号为高电平时,经过74LS04反向后,变为低电平,光隔工作导通,使得继电器吸合,此时继电器3脚为正,6脚为负,电机两端加上了29V电压正转;反之易得3脚为负,6脚为正,此时为反转。

4.结语

自动机器人的控制系统设计有很多不同的方案,本文在完成运动特性要求的前提下,采用的电源稳压模块设计电路和继电器模块设计电路,比较通俗易懂,简单易行,机器人运动过程的实验证明,采用此方案的效果良好,运动稳定可靠,具有较高的实用价值和参考价值。

参考文献

[1]刘祚时,邱小童,林桂英.竞赛机器人控制系统研制[M].机电工程学院出版,2005.

[2]邓星钟.机电传动控制[M].华中科技大学出版社,2000.

[3]柳欣.第四届CCTV机器人电视大赛控制系统的研制[D].合肥工业大学硕士论文,2006.04

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[6]王水平等.线性稳压器集成电路及应用[M].西安电子科技大学出版社,2006.

[7]杨帮文.新型继电器实用手册[M].人民邮电出版社,2004.

电机控制器篇6

【关键词】水轮机调速系统;比例伺服阀;紧急停机阀

1.我国调速器产品发展回顾

解放初期,我国水轮机调速器事业一片空白,少量制造亦是照搬苏联图纸生产。50~60年代,我国水轮机调速器大部分系机械液压型调速器。60年代初,研制了我国第一台晶体管电液调速器, 70年代至80年代初,大中型水电站较多地采用了电子管、晶体管或小规模集成电路电液调速器,一些小水电站也少量采用了电液调速器。 80年代初国内拥有了采用适应式变参数PID调节模式的调速器。90年代以来,随着可编程控制器(PLC)技术的不断完善,PLC型电液调速器已成为我国微机电液调速器的主导产品。

2.调速器电器控制

350MW水轮机组调速器型号为PFWT-200-6.3-STARS微机调速器,调速器采用三个独立的微机控制器A、B及C套组成,A套和B套实现自动控制,C套实现电手动控制,三套间的数据实现交叉冗余冗错,无扰动切换。调速器设置有三种调节模式:频率调节模式、开度调节模式及功率调节模式。在同种模式下均有对其它模式给定值的跟踪功能,三种模式间可以实现无扰动切换。调速器测频采用齿盘和残压测速的方式。齿盘和残压测速信号均传送至微机调节器A和B控制器,独立电手动通道只采用齿盘测频。调速器A、B机cpu均故障,能自动切到C机电手动运行,调速器稳定在故障前状态。调节器C机为主机时,控制系统不能自动切换至调节器A机或B机。紧急停机可以手动操作、电动操作、液动操作,液动紧急停机阀是由机械过速保护装置的液压阀控制。调速器电气柜电源采用两路交流AC220及一路直流DC220供电,其中一路交流与公用直流电源专供紧急停机电磁阀用电,交直流均互为热备用。分段关闭装置实现接力器的二段关闭功能。

2.1 自动调节通道

微机自动调节器(A和B)工作。自动调节通道工作时,电手动装置完全不影响自动调节通道的工作,电手动控制器跟踪导叶接力器实际开度,使其导叶开度给定Yc等于导叶开度实际值Y,以实现自动调节通道/电气手动通道的无扰动切换。

2.2 电手动控制通道

自动通道故障时,可靠地实现自动工况到电气手动工况的无扰动切换。电气手动装置工作时,微机调节器A和B跟踪接力器实际开度,以实现电气手动装置/自动通道的无扰动切换;可通过面板上的增加/减少旋钮实现对导叶开度的增加和减少控制;当机组甩负荷时,能将导叶关闭到与运行水头相适应的空载开度附近。

2.3 独立的双微机调节器冗余控制结构

(1)全冗余双PLC调节器:CPU、输入模块、输出模块、传感器、测频单元、电源均为冗余结构,实现“主机/热备”功能。

(2)微机调节器自动调节通道采用两个独立的微机调节器A和B,通过现场总线MB+实现双机状态和数据一致;

(3)每一个微机调节器与相应的机械液压系统相配合,均能独立实现全部控制功能和保证达到全部调节性能要求;

(4)当微机调节器A或B之一故障时,可发出故障信号并自动、无扰动地切换到正常机工作,故障机可在线更换模块、检修。

(3)比例伺服阀微机调速器构成:

位移变送器把接力器位移y变换成数字量Nf送入微机调节器,与微机调节器数字输入Ny在微机内进行比较并将其差值作为微机调节器与比例伺服阀执行机构的前向联接信号。在这种系统中,电液随动系统的闭环是在微机调节器内实现的。这种系统的优点为:水轮机接力器位移y经位移变送器后直接进入微机调节器内,便于实现对电液执行机构工作的监视和诊断;易于采用数字式位移变送器。

3.调速器液压系统

3.1 组成

350MW水轮机组调速器FC阀组的液压系统组成为:双精滤油器、比例伺服阀A、B、手自动切换阀、液动紧急停机阀、电动紧急停机阀、手动紧急停机阀、主配位移传感器、主配压阀、分段关闭电磁阀以及管路等。

3.2 工作原理

调速器正常运行是比例伺服阀控制回路,两个并联的比例伺服阀分别对应于自动和电手动两种运行方式。调速器紧急停机功能是紧急停机阀组控制回路实现的,紧急停机可以手动操作、电动操作、液动操作;而液动紧急停机阀是由机械过速保护装置的液压阀控制。分段关闭装置实现接力器的二段关闭功能。主配压阀中的分段关闭装置可以限制主配活塞的位移量,减小主配压阀开启的工作窗口,从而达到减小主配压阀的流量,减慢接力器的关闭速度,实现接力器第二段关闭速度。

4.总结

水电机组一直向高参数、大容量方向发展。水轮机调速器是保证水电厂发电机组稳定运行的重要控制设备,直接关系到机组的安全稳定运行。因此提高对水轮机调速系统的学习与研究,真正掌握调速系统的功能、作用,将能提高水轮发电机的运行稳定性,提高电站可靠性,从而保障公司集团的经济性。

参考文献

[1]周泰经,吴应文.水轮机调速器实用技术[M].中国水利水电出版社.

[2]东北电网有限公司.水轮机调速器检修[M].中国电力出版社.

[3]谢卓建,陈江峰,吴小林,等.培训材料汇编.重庆大唐国际彭水水电开发有限公司.

电机控制器篇7

[关键词] PLC 变频调速器 多电机控制 网络 通讯协议

一、引言

以变频调速器为调速控制器的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例,一般的系统构成如图1 所示。 

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工作时操作人员通过控制机(可为PLC或工业PC)设定比例运行参数,然后控制机通过D/A转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多,电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线,一方面电机数目较多,另一方面电机分布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰,使整个系统的工作稳定性和可靠性降低;同时大量D/A转换模件使系统成本增加。为此我们提出了PLC与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强,尤其适合远距离,多电机控制。 

二、系统硬件构成

系统硬件结构如图2 所示,主要由下列组件构成;

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1、FX0N—24MR为PLC基本单元,执行系统及用户软件,是系统的核心。

2、FX0N—485ADP为FX0N系统PLC的通讯适配器,该模块的主要作用是在计算机—PLC通讯系统中作为子站接受计算机发给PLC的信息或在多PLC构成n:n网络时作为网络适配器,一般只作为规定协议的收信单元使用。本文作者在分析其结构的基础上,将其作为通讯主站使用,完成变频调速器控制信号的发送。

3、FR—CU03为FR—A044系列比例调速器的计算机连接单元,符合RS—422/RS—485通讯规范,用于实现计算机与多台变频调速器的连网。通过该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制(如启动、停止、运行频率设定)、参数设定和状态监控等功能,是变频器的网络接口。

4、FR—A044变频调查器,实现电机调速。

在1:n(本文中为1:3)多分支通讯网络中,每个变频器为一个子站,每个子站均有一个站号,事先由参数设定单元设定。工作过程中,PLC通过FX0N—485ADP发有关命令信息后,各个子站均收到该信息,然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息;若不一致则放弃该信息的处理,这样就保证了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。 

三、软件设计

1、通讯协议

FR—CU03规定计算机与变频器的通讯过程如图3 所示,

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该过程最多分5个阶段。?、计算机发出通讯请求;?、变频器处理等待;?、变频器作出应答;?、计算机处理等待;?、计算机作出应答。根据不同的通讯要求完成相应的过程,如写变频器启停控制命令时完成?~?三个过程;监视变频器运行频率时完成?~?五个过程。不论是写数据还是读数据,均有计算机发出请求,变频器只是被动接受请求并作出应答。每个阶段的数据格式均有差别。图4 分别为写变频器控制命令和变频器运行频率的数据格式。

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2、PLC编程

要实现对变频器的控制,必须对PLC进行编程,通过程序实现PLC与变频器信息交换的控制。PLC程序应完成FX0N—485ADP通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换及变频器应答信息的处理等工作。PLC梯形图程序(部分程序)如图5 所示。

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程序中通讯发送缓冲区为D127~D149;接受缓冲区为D150~D160。电机1启动、停止分别由X0的上升、下降沿控制;电机2启动、停止分别由X1的上升、下降沿控制;电机3启动、停止分别由X2的上升、下降沿控制。程序由系统起始脉冲M8002初始化FX0N—485ADP的通讯协议;然后进行启动、停止信号的处理。以电机1启动为例,X0的上升沿M50吸合,变频器1的站号送入D130,运行命令字送入D135,ENQ、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先写入D131、D132、D133;接着求校验和并送入D136、D137;最后置M8122允许RS指令发送控制信息到。变频器受到信号后立刻返回应答信息,此信息FX0N—485ADP收到后置M8132,PLC根据情况作出相应处理后结束程序。 

四、结语

1、实际使用表明,该方案能够实现PLC通过网络对变频调速器的运行控制、参数设定和运行状态监控。

2、该系统最多可控制变频调速器32台,最大距离500m。

3、控制多台变频器,成本明显低于D/A控制方式。

电机控制器篇8

发展电动汽车被世界各国确立为保障能源安全和转型低碳经济的重要途径,据法国著名咨询公司Yole推测,到2020年全世界电动汽车产销量将达到2000万辆,我国也制定了到2020年实现累计产销量500万辆的目标。作为电动汽车的核心技术,电机及其驱动系统的发展趋势是高集成度、轻量化、功能安全化和低成本化。

本书展现了电动汽车和混合动力汽车中电机及其驱动器的最新发展,可以为读者提供全面的参考。本书的主要研究对象是电动汽车的驱动器,首先介绍了该领域的基本概念、重要技术和具体应用,并强调了各种设计标准。本书通过性能分析和应用实例为读者阐述了各种电机和驱动系统的性能,并在与本书配套的网站上公开了包括仿真模型和结果在内的各种补充材料。

本书分为13章:1.基础知识,介绍了电动汽车的分类、电机控制技术、能源储存技术、充电技术和微电网互连技术;2.直流电机驱动,介绍了直流电机的结构和模型、直-直变频器的拓扑结构、直流电机的控制方法和具体应用实例;3.异步电机,介绍了异步电机的结构和模型,逆变器拓扑、异步电机的控制和电动车中的具体应用;4.永磁电机,介绍了永磁电机的结构和模型,相应变频器拓扑、永磁电机的控制和电动汽车中的具体应用;5.开关磁阻电机,介绍了磁阻电机的结构和模型,专用变频器器拓扑、磁阻电机的控制和电动汽车中的具体应用;6.外转子永磁电机,分析了相关的各种电机以及电动车中的应用;7.磁齿轮复合电机,绍了磁齿轮复合电机的结构、相关变频器、控制方法和应用;8.永磁游标电机,介绍了永磁游标电机的结构、相关变频器、控制方法和应用;9.多种可应用于电动汽车的无永磁体电机;10.启动/发电一体机,介绍了该种电机的结构、运行模式和控制方法;11.基于行星齿轮传动系统的电机驱动,介绍了其基本运行原理、能量的分配和控制、混合动力汽车中的应用;12.双转子电机及其传动系统,介绍了双转子电机的结构、运行模式和控制方法;13.磁齿轮复合传动系统,介绍了该种传动系统的运行原理和控制方法。

本书的对象为电机专业、电力电子专业、电动汽车专业,以及能源政策制定领域的学生、研究人员和工程人员。

宁圃奇,博士,研究员

(中国科学院电工研究所)

Puqi Ning, Associate Professor

(Institute of Electrical Engineering, CAS)Herbert Gross et al

Handbook of Optical Systems-Volume 3

Aberration Theory and Correction of Optical Systems

2015

http:///book/

10.1002/9783527699254

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