单片机在直线电机控制中的应用
张小军
(陕西省煤炭科学研究所,陕西西安 710001)
摘 要:介绍使用单片机对直线电机在工作过程中缺相、过流、掉电等故障的判断,以及报警、电机保
护的设计和工作原理。
关键词:单片机;直线电机;原理图
中图分类号:TM301.2 文献标识码
:B
直线电机是一种直接传动的特种电机,无中间转换机构,速度控制比较困难,生产中电网、粉尘、湿度对电机的可靠工作都有很大的影响。
随着直线电机在煤矿生产中的不断发展和应用,其工作时的稳定性、抗干扰能力就成为安全生产的重要问题。
本文着重介绍降低电网对直线电机的影响,以AT2 ME L89C51单片机为中央处理器,结合高精度的采样电路,方便地实现电机工作中缺相、过流、掉电等故障的判断,以及报警、电机保护的设计。
实验时主要技术指标如下:
额定电压:380V/50Hz
额定电流:160A
起动推力:3000N
相对湿度:60%(20℃)
1 系统结构
控制系统采用AT89C51为控制核心,由模数转换电路、故障显示、报警、驱动等电路组成,系统框图如图1所示。
系统通过模数转换来连续检测直线电机电流值,当出现异常情况时,电机停止工作,系统分析、显示故障原因,并发出报警声音,避免了不必要的经济损失。
图1 系统结构原理图
89C51单片机指令系统与MCS51完全兼容,且片内带有4K B的E2PROM,可以方便地构成一个最小测量系统。
1.1 模数转换电路
模数转换电路决定了系统故障判断的精度,为保证控制系统的精度,应用中专门制作了高分辨率的互感器,作为控制系统的传感器。
并采用ADC0809来转换电压值。
图2是模数转换原理图。
直线电机驱动电源输入线穿过互感器后,互感器输出电流经电阻桥转换为电压,再经放大器LM324放大、隔离,从ADC0809的IN0、IN1、IN2通道进入A/D转换器,经转换后的电压数字量在89C51内进行信号处理。
互感器采用交流电流型,是一种高度集成,能准确测量交流电流,并将其变换为直流输出的功能模块。
其输出值与被测电流成线性比例,输出、输入高精度隔离,频带宽、响应快,动态性能好。
从图2中可知,交流互感器输出的电流I A(以一相为例),经电阻桥转换后,进入放大器LM324的电压:
V1=R3×R1×I A/(R2+R3)
LM324共模抑制比为70dB,输入失调电压、电流小,输入阻抗大,完全可应用于工业生产实践中。
图2中LM324的接法为比例放大形式,电路具有相当好的线性放大特性。
那么,ADC0809的IN0输入电压为:
V0=R f×V I/R I
ADC0809是逐次逼进式的8位A/D转换芯片,其精度、速度和价格都适中,是工业生产中常用的芯片。
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第2期 张小军 单片机在直线电机控制中的应用
图2 模数转换原理图
数据在内部经过比较器、控制逻辑、输出所存缓冲器、
开关、梯型电阻器等变换后,数据送入CPU 中。
其他两相亦同。
CPU 在接收到三组数据后,
结合系统设定值进行比较。
在一定的容差范围内有以下几种情况:
(1)若相同,电机正常工作;
(2)若一相或几相无数据,电机缺相;(3)若不同(三相都有数据),三相不平衡
;
(4)若数据值过大,电机过载。
当电机负载增大时,电流也在增加,直线电机的电磁场上升,从而推车机的加速度也在改变。
从这一点可以看出,通过检测电机电流的大小来改变直线电机的推力大小,负载的速度也可以得到控制,今后直线电机的调速可从这里入手。
1.2 显示、报警与控制
当直线电机工作出现故障状况时,系统将自动
图3 显示、报警与控制原理图
显示故障原因,发出报警声音并及时地切断电源保护
电机。
控制原理图如图3(其中省略了一部分)。
图3中J 为交流接触器,额定电压/电流为:380V/160A 。
S 1为+5V 蜂鸣器。
显示部分用电阻、发光二极管、三极管组成四组电路,分别为P 1.0显示工作正常、P 1.1显示电机缺相、P 1.2显示三相不平衡、P 1.3显示电机过载等状态。
报警使用蜂鸣器,当有故障时蜂鸣器鸣叫。
电机保护控制使用12V 的继电器和交流接触器组成。
2 系统软件
系统软件采用模块化设计,包括采样、数字滤波、显示报警和驱动几个部分。
同时还包括软件看门狗、硬件喂狗信号的设计。
程序框图如图4。
图4 系统软件流程图
44陕 西 煤 炭 2001年
智能网及其应用浅析
侯志刚,宁林林,张立功,杨晓军
(煤炭工业西安设计研究院,陕西西安 710054)
摘 要:介绍智能网提供新业务的优势;智能网与现有网络之间的关系;智能网的体系结构。
同时以实例介绍其具体应用。
关键词:智能网;智能业务;虚拟专用网;业务数据;业务逻辑;智能外设
中图分类号:TN913.2 文献识码:B
20世纪80年代以来,我国的电信事业处于蓬勃发展时期。
程控交换机的出现,极大地提高了交换机的处理能力,同时也提高了通话质量,话音清晰,接续速度快,接通率高,故障率低。
满足了用户的需求,给我国的政治、经济、文化和生活等各方面都带来了很大的方便。
进入90年代以后,随着微电子技术的日益更新,移动通信、数据交换等各种受用户喜爱的新业务层出不穷,提高了现代化的通信能力。
智能网也是90年代初在中国电信市场上出现的一项新技术。
本文对我国的智能网业务作以简要介绍。
1 智能网IN(Intelligent Network)简介
智能网是一个网络体系,是为增强网的智能化程度而在现有网上设置一些网络单元(即设备),使网能灵活方便地提供新业务,以适应用户对电信业务的需求。
该体系不仅能适应现有的普通电话网(PSTN),而且能用于移动通信网、公众分组交换数据网、窄带ISDN网及以后的宽带ISDN网络。
智能网1967年在美国出现,当时产生的是被叫付费业务(FPH),也就是我们目前使用的800业务, 1993年初被引入中国。
1.1 智能网的优点
智能网能快速、方便、经济地提供业务平台,它与传统的程控交换机提供业务的方法不同。
它具有以下优点:
1.1.1 可以适应多种业务的需求
在PSTN或ISDN网中所提供的多种补充业务,都是在现有网业务中增加相应的软件,有时还需要增加相应的硬件后才能提供。
这样做周期长,耗费大。
而在智能网中业务处理和呼叫处理是分开的,把业务逻辑从普通的网络(交换设备)节点上分离出来放到智能网中。
每一个节点与智能网的业务逻辑挂钩,以获得各项智能业务。
这种方法更灵活方便,更有利于快速提供各种新业务。
1.1.2 可以方便的生成新业务
智能网采用了模块化的设计思想,将一个基本功能分成小块,在智能网中称为“独立于业务的积木块”SI B,如需生成新的业务,只要根据新业务的属性,运用已有的SI B设计新的业务逻辑,构成一个新的SI B 链,就可以获得新的业务。
1.1.3 可以使客户自己管理业务
由客户自己管理业务是通信市场的一个特点,比如“虚拟专用网”业务,是专用系统利用公用网资源建立自己的专用网,可以有自己的编号计划,并规定网
3 结论
综上所述,本文设计的直线电机控制系统具有很高的实用价值,并且投资小,可替代同类电控柜。
本系统已在实践中使用,经过长时间的实际测试,系统性能表现良好。
文中没有介绍硬件看门狗的设计。
如果该系统能同直线电机调速结合起来,有广阔的市场前景。
(收稿日期:2000212225)
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第2期 侯志刚等 智能网及其应用浅析。