【文章內(nèi)容簡介】 以下基本原則 : ①根據(jù)攪拌設(shè)備的負載性質(zhì)和工藝條件對電動機的啟動、制動、運轉(zhuǎn)、調(diào)速等的要求 ,選擇電動機類型。 ②根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化范圍和啟動頻繁程度等要求 ,考慮電動機的溫升限制、過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩 ,合理選擇電動機容量 ,并確定冷卻通風方式。同時選定的電動機型號和額定功率應(yīng)滿足攪拌設(shè)備開車時啟動功率增大的要求。 ③根據(jù)使用場所的環(huán)境條件 ,如溫度 ,溫度 、灰塵、雨水、瓦斯和腐蝕及易燃易爆氣體等 ,考慮必要的防護方式和電動機的結(jié)構(gòu)型式 ,確定電動機的防爆等級和防護等級。 ④根據(jù)企業(yè)電網(wǎng)電壓標準和對功率因數(shù)的要求 ,確定電動機的電壓等級。⑤根據(jù)攪拌設(shè)備的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程的性能要求 ,以及機械減速的復雜程度 ,選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速。 除此之外 ,選擇電動機還必須符合節(jié)能要求 ,并綜合考慮運行可靠性、供貨情況、備品備件通用性、安裝檢修難易程度、產(chǎn)品價格、運行和維修費用等因素。 綜上所述，可以選用 YVF 系列 三相異步電動機 該系列電機是在 Y2 系列電機的基礎(chǔ) 上，開發(fā)設(shè)計的通用型變頻調(diào)速電機 ， 能與目前市場上不同廠家的變頻器良好地匹配，變頻范圍 5100Hz 或 3100Hz。 YVF 系列頻調(diào)速電機和變頻器配套使用，具有效率高，噪聲低，節(jié)能效果明顯，驅(qū)動平穩(wěn)，變速范圍廣，快速響應(yīng)性能優(yōu)良等特點，可廣泛應(yīng)用于數(shù)控，紡織，冶金等要求高精度調(diào)速的場合，也可應(yīng)用于以節(jié)能為目的的風機水泵類負載，單機平均節(jié)電率可達 3060。 山東科技大學 19 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速并配合 PWM 技術(shù)可以實 現(xiàn)快速調(diào)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電 脈沖 以數(shù)字量輸出（ REP）。它分為 單路 輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組 脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組 A/B 相位差 90 度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。 旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。 旋轉(zhuǎn)編碼器直接與旋轉(zhuǎn)軸連接時，可以測定旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，即每轉(zhuǎn)一圈會發(fā) 出 一 定 數(shù)目的脈沖信號，這樣就可以根據(jù)脈沖數(shù)的多少計算出旋轉(zhuǎn)的圈數(shù) 。 它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有）山東科技大學 20 和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差 90 度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向 。其 工作原理 由一個中心有軸的光電 碼盤 ，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取 ,獲得四組正弦波信號組合成 A、 B、 C、 D,每個正弦波相差 90 度相位差（相對于一個 周波 為360 度），將 C、 D 信號反向，疊加在 A、 B 兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個 Z 相 脈沖 以代表零位參考位。 由于 A、 B 兩相相差 90 度，可通過比較 A 相在前還是 B 相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。 編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低， 但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。分辨率 — 編碼器以每旋轉(zhuǎn) 360 度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度 5~10000 線。 本 次設(shè)計采用旋轉(zhuǎn)編碼器來采集攪拌機電動機的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速傳給數(shù)據(jù)采集卡。 數(shù)據(jù)采集卡 山東科技大學 21 數(shù)據(jù)采集卡 采集卡主要是捕獲外界光電、視頻、音頻等模擬信號并將其數(shù)字化導入計算機進行數(shù)字處理的捕獲設(shè)備，主要用 圖像采集 卡 、 視頻采集卡 、音頻采集卡（比如 聲卡 ）、 數(shù)據(jù)采集卡 等。由于數(shù)據(jù)采集卡等工業(yè)采集卡并不常用，因此，一般采集卡默認為靜態(tài)圖像采集 卡、動態(tài)視頻采集卡。所以采集卡又稱 視頻捕捉卡 ，用它可以獲取數(shù)字化視頻信息，并將其存儲和播放出來。很多視頻采集卡能在捕捉視頻信息的同時獲得伴音，使音頻部分和視頻部分在數(shù)字化時同步保存、同步播放。 視頻采集卡，英文全稱為：“ Video Capture Card” ，其功能是將視頻信號采集到電腦中，以數(shù)據(jù)文件的形式保存在硬盤上。數(shù)據(jù)采集 (DAQ)，是指從 傳感器 和其它待測設(shè)備等 模擬 和 數(shù)字 被測單元中自動采非電量或者電量信號，送到 上位機 中進行分析，處理。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 是結(jié)合基于 計算機 或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的 測量系統(tǒng) 。 數(shù)據(jù) 采集卡 ，即實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 (DAQ)功能的 計算機 擴展卡，可以通過 USB、 PXI、 PCI、 PCI Express、山東科技大學 22 火線 (1394)、 PCMCIA、 ISA、 Compact Flash、 48 23 以太網(wǎng) 、各種 無線網(wǎng)絡(luò) 等總線接入 個人計算機 。 本次設(shè)計采用 PCI1710UDE 采集卡 ,其基本特點有 : 100KS/s， 12 位高增益， PCI 總線數(shù)據(jù)采集卡 16 路單端或 8 路差分模擬量輸入 , 或組合方式輸入 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 , 采樣數(shù)率可達 100 kS/s 板載 4K 采樣 FIFO 緩沖器 每個輸入通道的增益可編程 在本次設(shè)計中，采集卡是最核心的硬件，選用研華公司的PCI1710UDE。它將采集旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出值作為其輸入值，可以選擇輸出數(shù)字量，通過 PC 機的程序轉(zhuǎn)換成電壓值從而與實際電壓值一起作為 PID控制器的輸入。 采集卡接線盒 采集卡接線盒 NI CB68LP 作為帶有 68 個螺栓端子的低價位終端附件 ，能輕松連接現(xiàn)場 I/O 信號和 68 針數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。該附件包括一個 68 針公口 SCSI 連接器，可直接連接于 68山東科技大學 23 針電纜。接線盒提供支架，方便桌面使用，或安裝在用戶自制的面板上。 CB68LP 有一個垂直放置的 68 針連接器。 硬件接線圖 首先將 PCI1710UDE 安裝好，連接好接線盒，通過查取 PCI 采集卡相關(guān)資料可知：輸出電壓信號為 56 和 22 端口， 56 接變頻器端口 5， 22 接變頻器端口 2， Y0 接變頻器端口 STF， Y0 端 COM 口接變頻器端口 SD， X0接旋轉(zhuǎn)編碼器端口 A， X0 端 COM 口接旋轉(zhuǎn)編碼器端口 0，旋轉(zhuǎn)編碼器端口 24V 接電源 24V 端口，計算 機監(jiān)控軟件直接與采集卡通信 ，用導線把變頻器、 交流異步電機 和電源相連便組成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。 4 系統(tǒng)軟件介紹 虛擬儀器簡介 PC 機監(jiān)控軟件 并插 入采集卡 FRS500 變頻器 攪拌機電機 旋轉(zhuǎn)編碼器 PID 控制器 山東科技大學 24 虛擬儀器的 90 年代提出的新概念。虛擬儀器（ Virtual Instrument,縮寫為 VI）就是在通用計算機上加上一組軟件或硬件，使得使用者在操作這臺計 算機時，就像是在操作一臺自己設(shè)計的專用的傳統(tǒng)的電子儀器，其實質(zhì)是 充分利用計算機來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器功能。 虛擬儀器 技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高 效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應(yīng)用的需求。這也正是 NI 近 30年來始終引領(lǐng)測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在 。 在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器的關(guān)鍵。任何一個使用者都可以通過修改軟件，很方便地改變或增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有 “ 軟件就是儀器 ” 之說。虛擬儀器又被稱為繼電磁式儀器、智能儀器之后的第 3 代儀器。第 1 代電磁式儀器的原理只要以電磁 感應(yīng)和機械傳動為主；第 2 代智能儀器的主要標志是含有單片機等計算機硬件設(shè)備或一些固化的軟件，而虛擬儀器是以軟件開發(fā)儀器為主，硬件只是一個安插在計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡，起到模 /數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù) /模轉(zhuǎn)換的作用，儀器的其他顯示、分析、計算等數(shù)據(jù)處理功能全部通過軟件編程來實現(xiàn)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)儀器開始向計算機化的方向發(fā)展。 虛擬儀器技術(shù)的提出與發(fā)展，標志著二十一世紀自動測試與電子測量儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。虛擬儀器技術(shù)綜合運用了計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、標準總線技術(shù)和軟件工程方法，代表了測量與控制技術(shù)的 未來發(fā)展方向。虛擬儀器技術(shù)利用一種硬件投資，開發(fā)多種功能，實現(xiàn)一機多用與功能復合。美國 NI 公司，作為虛擬儀器的倡導者，其軟件產(chǎn)品為虛擬儀器技術(shù)提供可強大的支持。虛擬儀器圖形化開發(fā)環(huán)境 LabVIEW，集成了對硬件產(chǎn)品的強大支持，數(shù)據(jù)流驅(qū)動方式的軟件結(jié)構(gòu)，便于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的快速并行開發(fā)。 山東科技大學 25 傳統(tǒng)臺式儀器是由儀器廠家設(shè)計并定義好功能的有一個封閉結(jié)構(gòu)，他有固定的輸入輸出接口和儀器操作面版，每種儀器實現(xiàn)一類特定的測量功能，并以確定的方式提供給用戶。從一般的儀器設(shè)計模型看，一種儀器無非是由數(shù)據(jù)采集、分析處理、人機交互和顯 示等幾部分功能模塊組成的整體。因此，可以設(shè)想在必要的數(shù)據(jù)采集硬件和通用計算機支持下，通過軟件設(shè)計實現(xiàn)儀器的全部功能，這就是虛擬儀器設(shè)計的核心。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器除了在性能、易用性、用戶可定制性等方面具有更多優(yōu)點外，在工程應(yīng)用和社會經(jīng)濟效益方面也具有突出優(yōu)勢。一方面，目前我國高檔臺式儀器如數(shù)字示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀等還主要依賴進口，這些儀器加工工藝復雜、對制造水平要求高，生產(chǎn)突破有困難，采用虛擬儀器技術(shù)可以通過只采購必要的通用數(shù)據(jù)采集硬件來設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)；另一方面，用戶可以將一些先進的數(shù)字信 號處理算法應(yīng)用于虛擬儀器設(shè)計，提供傳統(tǒng)臺式儀器不具備的功能，而且完全可以通過軟件配置實現(xiàn)多功能集成的儀器設(shè)計。 虛擬儀器技術(shù)目前在國外發(fā)展很快，從簡單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測試和工業(yè)自動化，虛擬儀器技術(shù)廣泛應(yīng)用于測試與自動化的各個領(lǐng)域。 目前，比較流行的虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境大致有兩類：一類是基于文本的編程語言，如 C， Visual C++, Labwindows/CVI, LabVIEW, HP VEE 是針對虛擬儀器和測控領(lǐng)域?qū)ｉT設(shè)計，編程直觀、開發(fā)效率高。 虛擬儀器內(nèi)部功能 山東科技大學 26 圖 35 內(nèi)部功能 虛擬儀器系統(tǒng)框圖 計算機上開發(fā)虛擬儀器的軟件開發(fā)環(huán)境包括 NI 的 LabVIEW、 LabWindows/CVI ， Microsoft 的 Visual Basic(VB) 、 Visual C/C++(VC/VC++)， HP 公司（現(xiàn)在的 Agilent 公司）的 HP VEE 等 系統(tǒng)框圖 山東科技大學 27 labview 概述 美國 NI 公司的創(chuàng)新軟件 LabVIEW，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境，并已發(fā)展成為測試與測量領(lǐng)域的工業(yè)標準。 LabVIEW 整合了與 GPIB， VXI， RS232， RS485 以及數(shù)據(jù)采集卡等硬件通訊的全部功能，可以方便的構(gòu)建基于上述硬件設(shè)備的實際數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。同時 LabVIEW 內(nèi)置了 TCP/IP， ActiveX 軟件標準庫函數(shù)，使其與其他系統(tǒng)的交互簡單易行。 LabVIEW 開發(fā)的程序之所以被稱為“虛擬儀器”（ Vis， Virtual Instrumengts），是因為它能夠很容易地開發(fā)出形如傳統(tǒng)儀器面版的界面，并通過數(shù)據(jù)接口卡完成傳統(tǒng)儀器的功能，人們通過操作計算機界面上的旋鈕或開關(guān)，就可以實現(xiàn)各種功能的控制，就象操作真實的儀器一樣。 由于 LabVIEW 的廣泛 應(yīng)用，大部分硬件廠商的產(chǎn)品都針對 LabVIEW 提供了專門的應(yīng)用接口， 使得應(yīng)用 LabVIEW 可以方便的同其他廠商的硬件產(chǎn)品進行交互。而 LabVIEW 與一般硬件的交互，主要是通過數(shù)據(jù)采集驅(qū)動軟件（ NI DAQ Driver Software）得以實現(xiàn)的。 LabVIEW 程序，即虛擬儀器 (VIs)，主要包括三個部分：程序前面板、框圖程序和圖標 /連接器。程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實儀表的前面板。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（ Controls），輸出量被稱為顯示（ Indicators） ?？刂坪惋@示是以各種圖標形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使這得前面板直觀易懂。每一個程序前面板都對應(yīng)著一段框圖程序?？驁D程序用 LabVIEW 圖形編程語言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼?？驁D程序由端口、節(jié)點、山東科技大學 28 圖框和連線構(gòu)成，其中端口被用來同程序前面板的控制和顯