【正文】 對(duì)晶閘管的溫 度監(jiān)測(cè) ， 防止晶閘管因溫度過高而燒毀 ； 采用 無線模塊 24L01 對(duì)控制系統(tǒng)的信息進(jìn)行遠(yuǎn)程 無線 傳輸，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控 ； 采用LCM12864 作為人機(jī)交互界面的顯示部分，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)， 界面清晰直觀， 方便用戶操作。 mechanical work: lathes, milling machines, automatic CNC bed, special etc.。 using DS18B20 as temperature monitoring devices, to achieve a Abstract III temperature monitoring thyristor, thyristor due to high temperature to prevent burning。 using LCM12864 interactive interface as part of the display, realtime display system status, the interface is clear and intuitive, userfriendly operation. Keywords Microcontroller。 industrial electromagic brakes。具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，響應(yīng)靈敏，壽命長(zhǎng)久，使用可靠 ， 易 于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制等優(yōu)點(diǎn) 。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，火電廠、冶煉廠、水泥廠、港口、礦山的建設(shè)如火如荼 ， 其所需的散狀物料如煤炭、焦炭、礦砂的用量大幅增長(zhǎng) ，鐵路運(yùn)輸與其它各種現(xiàn)在運(yùn)輸方式相比較，具有運(yùn)輸能力大、速度快、單位能源消耗少、受氣候的影響小、安全上可靠以及環(huán)境污染程度小等優(yōu)點(diǎn)，因此這些散裝物料主要由鐵路運(yùn)輸承擔(dān)。 而隨著科技的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，運(yùn)輸散裝物料的火車的卸載不再是過去人工一鍬一鍬地將散裝 物料 從車廂里卸下，而是由專用的翻車機(jī)對(duì)車廂里的散裝物料進(jìn)行翻卸， 因而對(duì)翻車機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越來越高。翻車機(jī)一般分定位車和推車機(jī)兩部分。液壓制動(dòng)器存在制動(dòng)器打開動(dòng)作緩慢、液壓包漏油，液壓系統(tǒng)溫升較大等問題，影響著作業(yè)效率的進(jìn)一步提升和設(shè)備完好率。 控制系統(tǒng)是電磁制動(dòng)器的核心，它的性能直接決定了電磁制動(dòng)器的性燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 能。制動(dòng)器控制器的工作過程分為兩個(gè)階段：吸合階段和吸持階段。但是如果電流過小的話就有可能造成電磁吸力過小，吸合失敗，造成電磁制動(dòng)器的誤動(dòng)。另外，制動(dòng)器工作現(xiàn)場(chǎng)可能工況條件很差，其供電電源可能會(huì)有較大的電壓波動(dòng)、電流諧波等電能質(zhì)量問題。 目前的研究現(xiàn)狀 制動(dòng)器根據(jù)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式的不同大致分為電磁制動(dòng)器、電力液壓制動(dòng)器和圓盤式制動(dòng) 器三種。 制動(dòng)器在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用于起重機(jī)械，礦山機(jī)械、港口設(shè)備、建筑機(jī)械及各種自動(dòng)化設(shè)備中，是大型可移動(dòng)設(shè)備不可缺少的組成部分。隨著電子器件的飛速發(fā)展和成熟應(yīng)用，電磁式制動(dòng)器日 益取代了液壓式制動(dòng)器，并應(yīng)用于各種設(shè)備中 [1315]。其中一些電磁制動(dòng)勵(lì)磁線圈工作在不變的電壓下。并且更重要的是，制動(dòng)器的工作電流大，儲(chǔ)存了較多的電磁能，斷電后銜鐵不能快速脫開制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)間幾乎全部不合格。這無疑給用戶增加了麻煩，更主要的是易拉長(zhǎng)電弧和引起較大的觸點(diǎn)燒損，即使切斷較小的電流，也往往要有較大的觸點(diǎn)，要求動(dòng)、靜觸點(diǎn)有較大的距離。 目前國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者對(duì)電磁制動(dòng)器的控制方法進(jìn)行了相關(guān)的研究，大致分為 四 個(gè)研究方向： 1 利用單片機(jī)等可編程器件做主控器件 ， 對(duì)晶閘管或 IGBT 進(jìn)行程序控制，通過靈活、精確地控制晶閘管的導(dǎo)通角或 IGBT 的占空比來調(diào)節(jié)電磁線圈中電流的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)電 磁制動(dòng)器的數(shù)字化控制。 2 利用運(yùn)算放大器、三極管、邏輯門電路等數(shù)字、模擬器件組成的硬件電路作為控制電路，主回路由整流二極管、晶閘管、續(xù)流二極管組成。 3 對(duì)于穩(wěn)定性、節(jié)能性和功率器件產(chǎn)生的 “電力公害 ”的研究，主要是針對(duì)工業(yè)電磁制動(dòng)器在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能控制以及減少器件產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)的影響所進(jìn)行的研究 [1920]。保護(hù)、監(jiān)測(cè)和控制逐步達(dá)到自動(dòng)化，對(duì)于工業(yè)電磁制動(dòng)器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的，且其重要性和作用正逐漸增大。實(shí)現(xiàn)工業(yè)電磁制動(dòng)器自動(dòng)化控制 就是 采用現(xiàn)代電子、通信和計(jì)算機(jī)等技術(shù)和裝備對(duì)工業(yè)電磁制動(dòng)器 實(shí)行自動(dòng) 控制 ， 方便用戶對(duì)工業(yè)電磁制動(dòng)器在正常運(yùn)行和事故情況下進(jìn)行監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制和 管燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 理，大大提高 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、 可操作性，提高了工作效率。 2 闡述了 “電力公害 ”的產(chǎn)生原因以及 常用的抑制方法。 通過實(shí)際調(diào)試總結(jié)了裝置存在的硬件原因，并提出了修改方案 ， 提出 了人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)方案，包括 LCM12864 液晶的控制、主從機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)方案。 4 介紹了電路仿真軟件 Multisim，并用 Multisim 進(jìn)行了主控電路的仿真，通過反復(fù)調(diào)節(jié)電路參數(shù)得到了 理想的 仿真數(shù)據(jù) 及其圖像。 第 2 章 系統(tǒng)方案的選擇與論證 5 第 2章 系統(tǒng)方案的選擇與論證 設(shè)計(jì)要求 產(chǎn)品 應(yīng)用于 工業(yè)控制場(chǎng)合，要求具有較高的穩(wěn)定性，因此在選用器件時(shí)要注意預(yù)留一定的余量。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，系統(tǒng)的電源要求用市電即220V 交流電，其電源質(zhì)量一定要符合工業(yè)要求。為了 監(jiān)測(cè) 主控芯片的 狀態(tài)，需要設(shè)計(jì)溫度 監(jiān)測(cè) 模塊，防止芯片因溫度過高而燒毀。 工業(yè)電磁制動(dòng)器控制方案的 選擇 工業(yè)電磁制動(dòng)器的控制規(guī)律是 高電壓或大電流啟動(dòng)，低電壓或小電流維持。因此決定采用晶閘管作為主控器件，在工業(yè)電磁制動(dòng)器開始啟動(dòng)時(shí)給予晶閘管一個(gè)大的導(dǎo)通角， 后在給予晶閘管一個(gè)較小的導(dǎo)通角，讓其維持運(yùn)行狀態(tài)。 1 采用模擬器件組成控制電路 模擬電路具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)， 在可編程數(shù)字器件廣泛應(yīng)用之前都是應(yīng)用模擬器件搭建控制電路， 但其缺點(diǎn)是 電路復(fù)雜， 修改參數(shù)困難，開發(fā)周期長(zhǎng)，控制精度不高、易受溫度漂移的影響。與模擬方式相比，其控制精度高，但其主要缺點(diǎn)是穩(wěn)定性較差，在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中，程序容易出現(xiàn)跑飛現(xiàn)象，因此采用可編程數(shù)字器件組成的控制電路需要充分考慮電磁兼容的問題，提高 可編程數(shù)字器件的 穩(wěn)定性。晶閘管的移相觸發(fā)方式具有調(diào)節(jié)周期短，調(diào)節(jié)分辨率高的特點(diǎn)。為了減小晶閘管產(chǎn)生的電流諧波問題，決定采用雙向晶閘管，根據(jù)仔細(xì)分析比較決定采用BTA40600B， 其中 BT 的含義是雙向可控硅系列， A 的含義是絕緣， 40 的含義是可流過的最大電流為 40A， 600 的 含義是耐受電壓為 600V， B 的含義是觸發(fā)電流 50mA， BTA40 適用于通用交流電源，可以很好的對(duì)抗沖擊電流， 器件溫度范圍為 40~+150℃ ，封裝類型為 TOP3，可以加裝散熱片。晶閘管是一種大功率的半導(dǎo)體器件，具有弱電控制，強(qiáng)電輸出的特點(diǎn)，只需要很小的功率，就可以控制較大的電流。 1 使用光 耦隔離器的觸發(fā)方案 在要求觸發(fā)脈沖較寬的晶閘管控制系統(tǒng)中，常用光耦合器組成晶閘管觸發(fā)電路。 因此決定采用 MOC3041 作為觸發(fā)器件。 MOC3041 作用是隔離單片機(jī)系統(tǒng)和觸發(fā)外部的雙向晶閘管。在阻斷的狀態(tài)下，晶閘管的 PN 結(jié)相當(dāng)于一個(gè)電容，如果突然收到正向電壓，充電電流 流過門極第 2 章 系統(tǒng)方案的選擇與論證 7 PN 結(jié)時(shí)，起到了觸發(fā)電流的作用。因此，在 MOC3041 的輸出回路中加入電阻和電容組成的 RC 回路，降低電壓上升率 dtdv ， 使 dtdv 在允許的范圍內(nèi)。結(jié)溫上升時(shí) ， dtdv 下降，在極端的工作條件下， dtdv =。 2 使用脈沖變壓器的觸發(fā)方案 脈沖變壓器觸發(fā)方式可以減少晶閘管門極的功耗以及觸發(fā)信號(hào)放大電路的功耗。使用 脈沖變壓器，可以把脈沖電壓升高或降低，改變脈沖的極性以及使阻抗匹配。普通變壓器一次側(cè)加的是正弦電壓，而脈沖變壓器一次側(cè)加的是周期脈沖電壓。 脈沖變壓器在傳送脈沖信號(hào)時(shí)，脈沖波形不應(yīng)發(fā)生畸變，因此對(duì)于傳送一定寬度矩形脈沖的脈沖變壓器，在矩形脈沖電壓作用期間，鐵心不能飽和。脈沖變壓器工作時(shí)，加在脈沖變壓器上 的電壓 為單向脈沖電壓。鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量為 cB? = mB rB 因此 脈沖變壓器工作期間，其鐵心中磁 感應(yīng)強(qiáng)度變化范圍較窄，鐵心利用率不高。為了保證觸發(fā)晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖具有一定 寬度。對(duì)于感性負(fù)載，觸發(fā)脈沖寬度還應(yīng)加大，否則在脈沖終止時(shí)，主回路電流還未上升到晶閘管的維持電流以上，則晶閘管又重新關(guān)斷，故脈沖寬度不應(yīng)小于 100us，一般用 1ms。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 電力公害的 產(chǎn)生 原因 及其抑制方法 電力公害的產(chǎn)生原因及其分類 電力電子裝置如整流器、逆變器和斬波器等對(duì)于電網(wǎng)來說屬于非線性負(fù)載，它產(chǎn)生的有害高次諧波電流 “注入 ”電網(wǎng)，造成電網(wǎng) 的 嚴(yán)重污染。整流器等電力電子裝置往往使網(wǎng)側(cè)電流滯后于網(wǎng)側(cè)電壓，造成電力電子裝置功率因數(shù)降低，使電網(wǎng)無功功率增加，給電網(wǎng)帶來額外的負(fù)擔(dān)，并影響供電質(zhì) 量。 2 電磁干擾公害：高頻開關(guān)變換器工作時(shí)，內(nèi)部的高電壓或大電流波形以極短的時(shí)間上升或下降，這些具有陡變沿的脈沖信號(hào)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)。 3 功率因數(shù)公害： 按照定義，功率因數(shù)是變流裝置電網(wǎng)側(cè)有功功率與視在功率之比。在三相四線制整流電源中不但使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)降低，而且由于它的三次諧波電流在零線中相位相同，這些諧波電流合成后使零線電流增大，有時(shí)可能超過各相相電流。 諧波的產(chǎn)生 機(jī)理 在電力電子變換電路中存在著周期性非正弦電流，它使得供電系統(tǒng)中不僅有基波電流，而且還有大量諧波電流，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，采用晶閘管作為控制電流的器件其產(chǎn)生的主要電力公 害就是諧波公害。當(dāng)觸發(fā)角為 α 時(shí)，變壓器次級(jí)電壓和電流波形如圖 21 所示，對(duì)次級(jí)電流波形 2i 進(jìn)行傅里葉分解，得 2 4 1 1(si n s i n 3 s i n 5 ... )35di I t t t? ? ??? ? ? ? (21) 基波電流有效值為： 21 224 2d dIII???? (22) 所以： 21222 ??? ? ? (23) 式中 ： 21I / 2I 為電流基波有效值同變壓器次級(jí)電流有效值之比，它表示了電流波形含高次諧波的程度，稱為畸變因數(shù)，用 ? 表示。在諧振頻率上電路的阻抗最小，而非諧振頻率上，阻抗增大。 LC 無源濾波器如圖 22 所示，圖中包含有 5 次諧波濾波器， 7 次諧波濾波器， 11 次諧波濾波器。 L r5 次諧波濾波器 7 次諧波濾波器 11 次諧波濾波器 圖 22 LC 無源濾波器 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2 靜止無功補(bǔ)償器 在網(wǎng)側(cè)設(shè)置無功補(bǔ)償裝置 (Static Var Compensator， SVC)用于 補(bǔ)償諧波造成 的無功功率，以提高功率因數(shù)。 L電力電子設(shè)備或其他諧波源TCR TSC FC（ 可兼作諧波濾波器 ）MS CC C C 圖 23 SCV 類型 本章小結(jié) 本章主要論述系統(tǒng)方案的選擇與論證，介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。確定了所使用晶閘管的型號(hào)。 第 3 章 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 11 第 3章 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 處理器 電路 的設(shè)計(jì) 123456781011121314151617RESET9XTAL218XTAL119VSS2032333435363738392122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VDD31VCC4080C51U2RST12Y1XTALC622pfC522pfGNDVCCC7104S2SWPB10KR12Res1VCCRSTAt89S52 單片機(jī)復(fù)位電路VCCC77104GND圖 31 處理器模塊電路原理圖 At89S52 單片機(jī)是一款 美國(guó) ATMEL公司生產(chǎn)的基于 51 內(nèi)核的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)。 ⑵ 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 。 ⑷ 與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容 。 ⑹ 具有 1000 次擦寫周期 。 ⑻ 32 個(gè)可編程 I/O 口線 。 ⑽ 8 個(gè)中斷源 。 單片機(jī)復(fù)位電路 的作用是 使單片機(jī) 有效 復(fù)位，此款單片機(jī)的復(fù)位 方式燕山大學(xué)本科生畢 業(yè)