【正文】 以 Atmel 公司為代表的 FLASH 時(shí)代和以 Silicon Laboratories 公司為代表的 SOC 時(shí)代。從最近的統(tǒng)計(jì)數(shù)字可以看出，世界上每年有 25 億片各種單片機(jī)投入使用，單片機(jī)是目前世界上使用量最大的微處理器。但由于 人機(jī)界面和網(wǎng)絡(luò)功能不強(qiáng)， 構(gòu)成不靈活，成本高 ，所以一般只用于電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單控制。 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)功能最為強(qiáng)大，它有極高的速度、強(qiáng)大的數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算能力、豐富的接口功能和方便的軟件環(huán)境。 無(wú)零點(diǎn)漂移，控制精度高 ： 數(shù)字控制不會(huì)出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇到的零點(diǎn)漂移問(wèn)題。它有如 下 特點(diǎn) ： 使電路更簡(jiǎn)單 ： 在模擬電路中，為了實(shí)現(xiàn)控制邏輯需要采用許多電子元件，電路比較復(fù)雜 ， 采 用 單片機(jī)后，絕大多數(shù)控制邏輯可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。當(dāng)分離機(jī) 工作在三段 升速 度范圍 內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)處 于電 動(dòng)狀態(tài) ，當(dāng)電 動(dòng) 機(jī)降 速時(shí)處 于 發(fā)電狀態(tài)，把機(jī)械能變 成電 能回饋 到 電網(wǎng) 中 去 。 二 、 TF一 1350型 糖 分離機(jī) 控 制系統(tǒng) TF1350型 糖分離機(jī)系統(tǒng) 工作 原理如圖 12 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 3 計(jì)算機(jī)控制單元自 動(dòng) 控 制顯 示傳 感 器信 號(hào)控 制 接 口工 作 參 數(shù)設(shè) 定系 統(tǒng) 保 護(hù)報(bào) 警邏 輯 控 制接 口雙 閉 環(huán) 直 流調(diào) 速 系 統(tǒng)電 機(jī)輔 助 控 制電 磁 閥 組執(zhí) 行機(jī) 構(gòu)分 離 機(jī) 圖 12 TF1350 型糖分離機(jī)控制系統(tǒng)框圖 整 個(gè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī) 管理控制。 當(dāng) 主 機(jī)升至 1000prm時(shí)，進(jìn)行糖水分離 。進(jìn)行 下 料時(shí)、電機(jī)轉(zhuǎn)速升至 180prm。國(guó)外如丹麥DDN系統(tǒng)，英國(guó)的 THOMAS BROADENTamp。這些設(shè)備中絕大多數(shù)采用的是直流電動(dòng)機(jī) 。實(shí)際上，現(xiàn)在國(guó)外已將電動(dòng)機(jī)控制改名為運(yùn)動(dòng)控制。 我們知道，動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)是可以相互轉(zhuǎn)換的。無(wú)論是在 工 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)與辦公設(shè)備中 ， 還是在日常生活中的家用電器中，都大量地使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在有 90%以上的動(dòng)力源來(lái)自于電動(dòng)機(jī)。從這個(gè)意義上講，電動(dòng)機(jī)是最常用的運(yùn)動(dòng)源 。 對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制一般可分為簡(jiǎn)單控制和復(fù)雜控制兩種 ： 簡(jiǎn)單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、制動(dòng)和順序控制，這類控制可通過(guò)繼電器、可編程控制器(PLC)和開關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn) ； 復(fù)雜控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩、電壓和電流等物理量進(jìn)行控制，而且有時(shí)往往需要非常精確。 糖分離機(jī)是糖廠生產(chǎn)最后一道 工 藝的所需設(shè) 備 ，當(dāng)含有 結(jié)晶 體的甲糖 膏流入分離機(jī)后經(jīng)高速分離，就生產(chǎn)出食用糖。SONS公司的制糖機(jī)技術(shù)含量高，能耗小，生產(chǎn)成本低，但直接購(gòu)買國(guó)外設(shè)備，價(jià)錢則明顯偏高，且備件不易購(gòu)買，所廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 2 以我們走國(guó)產(chǎn)化道路，在吸收國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)同時(shí)， 自 行研發(fā)糖分離機(jī)。此時(shí)防滴門打開，加料門按設(shè)定的開度打開，糖膏流入分離機(jī)內(nèi)， 并 在離心力的作用 下 均勻地附加在篩網(wǎng)壁仁。 分離時(shí)間結(jié)束 主 電機(jī)快速制動(dòng)降速 至 50prm， 進(jìn)入卸料過(guò)程，卸料完 畢 ，開始 下 一次分糖準(zhǔn)備。 分離機(jī) 工作 前， 首先 沒(méi)定 工作 參數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)所設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制 。 系統(tǒng)采 用 速 度 和電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高精度快速調(diào)節(jié)。 可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制 ： 單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯運(yùn)算功能 、 運(yùn)算速度快 、 精度高， 一般都有大容量的存儲(chǔ)單元，因此有能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，如模糊控制等 靈活性和適應(yīng)性 ： 單片機(jī)的控制方式是由軟件完成的。無(wú)論被控量的大或小，都可以保證足夠的控制精度。但由于成本高、體積大。 單片機(jī)介于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和 PLC 之間，它有較強(qiáng)的控制功能和低廉的成本。 在工業(yè)控制領(lǐng)域大量使用的是低端的 8 位單片機(jī)。片上系統(tǒng) (System On Chip, SOC)是追求系統(tǒng)最大包容的集成器件，具有極高的綜合性。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 6 第二章 可控整流電路原理及單片機(jī)的選擇 自從大功率整流二極管以及半控型和全控型晶閘管等電力電子器件問(wèn)世后，由于這些器件具有體積小、重量輕、效率高和控制靈敏等優(yōu)點(diǎn)，今天工業(yè)上應(yīng)用的絕大多數(shù)直流電源和交流變頻電源都是采用整流二極管和各種晶閘管組成的不可控或可控整流電路和逆變電路。 第一節(jié) 晶閘管的工作原理和特性 一、 晶閘管的工作原理 晶閘管的最大特點(diǎn)是具有截止和導(dǎo)通這兩種穩(wěn)定狀態(tài)。關(guān)斷條件 ： 是晶閘管從導(dǎo)通到截止所需的條件，即在晶閘管的陽(yáng)極施加反向電壓，或者去掉或降低施加在陽(yáng)極的正向電壓，使通過(guò)晶閘管的電流小于保持晶閘管導(dǎo)通所需的最小電流。實(shí)際應(yīng)用中的晶閘管是在一定條件下按需要不斷地進(jìn)行導(dǎo)通和關(guān)斷，其導(dǎo)通和關(guān)斷兩個(gè)狀態(tài)是由其上的陽(yáng)極電壓、陽(yáng)極電流、門極電壓和門極電流共同決定的。隨著門極電流 IG的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓 UBO不斷降低 。晶閘管承受反向電壓時(shí)，晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)，只有很小的反向漏電流通過(guò)。單相可控整流電路可分為單相半控整流電路和單相全控整流電路兩類，這種電路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，但是只適用負(fù)載功率較小的場(chǎng)合。本課題要求適應(yīng)負(fù)載的范圍比較寬，所以采用三相橋式全控整流電路 ?？刂平?? 的改變范圍為 0π 。 對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eL的極性，當(dāng)電流在增加時(shí)， eL的極性與 Ud的極性相反 ； 當(dāng)電流在減小時(shí)，eL的極性與 Ud的極性相同 ， 當(dāng)電流達(dá)到極值時(shí)， eL為零。 二、 整流電路對(duì)電網(wǎng)影 響 的分析 隨著整流裝置 容量的不斷增大和技術(shù)水平的不斷提高，在各個(gè)工業(yè)部門應(yīng)用的整流裝置的數(shù)量正在快速增長(zhǎng)，但是整流裝置對(duì)電網(wǎng)以及電網(wǎng)上的其它負(fù)載的危害也在不斷加大 。 整流裝置輸出的電壓發(fā)生變化時(shí)，若輸出的負(fù)載電流不變，則變壓器原邊的電流基本不變。電網(wǎng)電壓的波動(dòng)無(wú)疑地會(huì) 對(duì)電網(wǎng)中的其它負(fù)載產(chǎn)生不良影響可以在負(fù)載端并聯(lián)電容器抑制電壓波動(dòng)，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無(wú)功功率的沖擊。 變流裝置實(shí)質(zhì)上是一個(gè)非線性系統(tǒng)，交流側(cè)電流是變流裝置對(duì)直流電流進(jìn)行調(diào)制的結(jié)果，直流側(cè)電壓是 變流裝置對(duì)交流電壓進(jìn)行調(diào)制的結(jié)果。這樣，既提高了指令執(zhí)行速度，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強(qiáng)了功能；又減少了對(duì)外設(shè)管理的開銷，相對(duì)簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。 工作于空閑模式 時(shí) CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 SRAM、 T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU 和除了異步定時(shí)器與 ADC 以外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng) 能力；擴(kuò)展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。 第一節(jié) 直流調(diào)速原理簡(jiǎn)介 一、直流電機(jī)工作原理 我們知道直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程為 ： 2N a s eme N e T NU R RnTC C C????? 31 由 此 可 知 ， 當(dāng)我們改變電樞電 壓大 小，即 可 達(dá)到 調(diào) 速效果 。當(dāng)減速時(shí)系統(tǒng)處于逆變狀態(tài) (第 二 象限 )，能將電動(dòng)機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑厮偷诫娋W(wǎng)上。 調(diào)速系統(tǒng)是采用了 二 組橋式全控整流電路，分別處于整流 (第一象限 )和逆變 (第二象限 )狀態(tài)。 一 、 速度環(huán)工作原理 在 主 電機(jī)上安裝一直流測(cè)速發(fā) 電 機(jī)，發(fā)出 正 比 于主 電機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓，此電 壓 Unf與給定 電壓 U*n相比較，其偏差 ?Un送到速度 調(diào) 節(jié)器 ASR中去，如欲調(diào)整，可以改變給定 電壓。 比如，當(dāng)電機(jī)負(fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)速 下 降，平衡狀態(tài)被破 壞， 調(diào) 節(jié) 器輸出電 壓 增加，觸發(fā)脈沖前移 （ ? 變小 )， Ud提高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR作用如 下： 1) 使轉(zhuǎn)速 n跟隨給定電壓 Un*變化，保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無(wú)靜 差 2） 對(duì)負(fù)載變化起抗干擾的作用 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 14 3） 輸出限幅值決定電樞主回路的最大允 許 電流值 Idm 二 、電流環(huán)工作原理 電流調(diào)節(jié)器也有兩個(gè)輸入信號(hào)。 同樣， 如 果機(jī)械負(fù)載或電樞電流突然發(fā)生很 大 的變化，由 于 采用了頻率響 應(yīng)較好的快速電流負(fù)反饋，當(dāng)整流器直流側(cè)發(fā)生類似短路的嚴(yán) 重故障 時(shí)，電流負(fù)反饋也及時(shí)地把電流故障反饋到電流控制 回 路 中 去，以便迅速減 小 輸出電 壓 ，從 而 保護(hù) 晶 閘管和 直 流電動(dòng)機(jī) 不 致 因 電流過(guò)大而損壞 。 在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)被控對(duì)象的特性和控制要求，可 靈活地改變 PID 的結(jié)構(gòu)。故而，比例系數(shù) Kp必須選擇適當(dāng)，才能取得過(guò)渡時(shí)間少、靜差小而又穩(wěn)定的效果。 (3) KD越 大 ，則它抑制偏差 e(t)變化 的作用越強(qiáng)， KD越小，它反映偏并e(t)變化的作用越弱，微分部分顯然對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定有很 大 作用 。 速度反饋環(huán)節(jié)把測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓變換為適合控制系統(tǒng)的電壓信號(hào)。 速度 PI調(diào) 節(jié) 器 PI調(diào) 節(jié) 器的原理電路圖 ， 如圖 32所 示 調(diào) 節(jié) 器的傳遞函數(shù) sTsTKUUUsW nfnn 222* /)1()/()( ???? 33 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 16 當(dāng)我們調(diào) 節(jié) R2， C2，的值，可得到不同的積分時(shí)間常數(shù)，即 T2值 T2 = C2〔微法 〕 * R2（千歐） *103 34 當(dāng)調(diào)整 RI， C2的值可得到調(diào)節(jié)的傳遞系數(shù) KI )(/)( 12 ??? kRkRK I 35 在 TF– 1350型糖分離機(jī) 中， R2=390?k ， C2=10μ F 在電路的輸入端還反并聯(lián)了一對(duì)二極管 D D2， 使調(diào)節(jié)器輸入到運(yùn)算放大器的最 大 差值電壓不超過(guò)二極管的壓降值即 ，從而可起到保護(hù)作用 。 電流檢測(cè)電路 電流檢測(cè)電路如圖 33所 示： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 17 D1 D3 D5D2 D4 D6D7R1C1 C2R2R3T1T R A N S 3321411U 2 AL M 3 2 4GNDGNDOUTA B CR?R E S 2R?R E S 2 圖 33 電流檢測(cè)電路 電流檢測(cè)電壓是通過(guò)一個(gè) 400:1的電流互感器從 主 電源上獲取。 在 TF– 1350型糖分離機(jī) 中： R2=39?k C2=1μ F 542312AU A 7 4 1D2D1R1R2R3 C1UnGNDU n *U n fD1 D3 D5D2 D4 D6D7R1C1 C2R2R3T1T R A N S 3321411U 2 AL M 3 2 4GNDGNDOUTA B C321411AU A 74 1OUTGNDR1R2R3 C1UnU i fR1R2R3R4321411U 1 AL M 32 4 D1UiV C CV C CU0 圖 34 電流調(diào)節(jié)器原理圖 第四節(jié) 晶閘管觸發(fā) 裝置 調(diào) 速系統(tǒng)采 用 邏輯無(wú)環(huán)流 調(diào) 速系統(tǒng) ， 用 2組 12只 400A晶閘管 作 為整流逆變 元 件。邏輯控制器又包括 ：邏輯判斷電路、延時(shí)電路、連鎖保護(hù)。本觸發(fā)電路分成三個(gè)基本環(huán)節(jié)：同步電壓形成、移相控制、脈沖形成和輸出。000amp。 同步變壓器 BT 和主回路整流變壓器接在同一交流電源上，具有相同頻率。寬的方波 S1,S2,S3送到單片機(jī)，S1