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1、. . . . . 摘摘要要 随着变频调速技术的发展，变频器调速已成为交流调速的主流，在化纤、 纺织、钢铁、机械、造纸等行业得到广泛的应用。变频器控制面板上配有键盘 及液晶显示窗口，但只能实现手工操作，为了进行自动化控制，因此引进单片 机技术，实现单片机与变频器之间的数据通信，提高变频器的控制能力和控制 围。 利用单片机组成的变频调速控制器，可以实现从低频(12Hz)起动到 50Hz，可以消除以往工作频率 50Hz 直接起动对电机的冲击，延长电机的使用 寿命，同时由于变频器的输出电压可以自适应调节，使负载电机可以工作在额 定电压以下，不仅节能且可延长电机的使用寿命。 本文将介绍基于单片机控制的
2、变频调速系统的设计，通过此系统控制变频 器，由变频器去控制电机的转动，实现对矿井中主、副井提升机的模拟，以便 演示矿井的工作过程，能够以手动和自动两种方式实现一次过程的五个状态， 实时显示主、副井的深度。 关键词关键词：变频调速，单片机，电机，提升机 . . . . . AbstractAbstract With VVVF technology development, the frequency converter adjust velocity in exchange has become the mainstream, and it obtains the widely applicat
3、ion in some professions, such as chemical fiber, textile, steel and iron, machinery, papermaking and so on. There are keyboard and liquid crystal to demonstrate window on the frequency converters control of face, but it can only realize manual operation, for realize the automatic control so we intro
4、duce SCM technology, as the result, between MCU and the frequency changer data communication can enhance the control ability and area of the frequency changer. Composed with SCM of the VVVF controller being able to start from low frequency (12Hz) to 50Hz.It can remove the working band in the past 50
5、 Hz start the impingement to the electric motor directly. At the same time, since the frequency converter can adjust output voltage fit in with itself, making loads motor can work under fixed voltage, which not only energy conservation but also prolong the life time of the motor. The paper will desc
6、ribe the design of the VVVF system based on the SCM controlled, and through this systems control frequency converter, then control the motor rotating, realization simulation to mine pit in host and vice well, in order to demonstrate the process of mine pit, it can achieve a process of the five state
7、s by both manual and automatic way, real time display host and vice well depth. Keywords:Keywords: VVVF，Single-Chip Computer，Motor，Elevator . . . . . 目目 录录 1 1绪绪论论 1 1 1.1选题的目的和意义1 1.2国外研究综述2 1.3需求分析3 1.4可行性分析4 1.5开发工具简介5 1.5.1 KEIL Cx51 6 1.5.2 PROTEUS 7 2 2 系统硬件设计系统硬件设计9 9 2.1单片机控制系统9 2.2变频器电路 12
8、2.3数/摸转换电路14 2.4信号检测电路 15 2.5电源电路 17 3 3 系统软件设计系统软件设计 1818 3.1 主控制模块设计18 3.2 键盘模块设计18 3.3 显示模块设计19 3.4 16 进制转十进制 BCD 的算法 22 3.5 频率计算程序23 3.6 速度计算程序24 3.7 深度计算程序24 4 4 系统测试系统测试 2525 4.1 硬件测试25 4.2 软件测试26 5 5 问题及展望问题及展望 3131 . . . . . 5.1 已经解决的问题及解决方案31 5.2 系统中的不足及展望32 致致 3333 参考文献参考文献3434 附录附录 1 1 35
9、35 附录附录 2 2 3636 . . . . . 1 1绪绪论论 1.1 选题的目的和意义 随着变频调速技术的发展，变频器调速已成为交流调速的主流，在化纤、 纺织、钢铁、机械、造纸等行业得到广泛的应用。变频器是基于电子技术、计 算机技术和自动控制理论发展起来的电子电气设备，用户可以直接操作变频器 上配有的手工操作键盘，设定运行参数，发出命令，但毕竟操作复杂，容易出 错。为了方便大数用户的使用，必须寻求另外的解决方式，采用单片机对电动 机进行控制成为实现电动机数字控制的最常用的手段。随着单片机技术的日新 月异，特别是高性能价格比的单片机涌现，使得许多控制功能及算法可以采用 软件技术来完成，为
10、电动机的控制提供了更大的灵活性。 随着电力电子技术的日益发展和 PWM 控制技术的成熟，利用单片机组成的 变频调速控制器可以实现从低频(12Hz)起动到 50Hz，可以消除以往工作频 率 50Hz 直接起动对电机的冲击，延长电机的使用寿命，同时由于变频器的输 出电压可以自适应调节，使负载电机可以工作在额定电压以下，不仅节能且可 延长电机的使用寿命。 基于单片机控制的变频调速系统是理工大学工矿技术开发公司委托开发的 一个项目，这个项目主要用于对矿井中主、副井提升机的模拟，以便演示矿井 的工作过程，要求以手动和自动两种方式实现，并能实时显示主、副井提升机 的深度。为此设计的控制系统，以单片机为核心
11、，在键盘、显示和数-模转换 当中采用模块化设计，这样不但易于编程，而且方便对系统的整体调试。 项目的开发目的主要是用作教学模型，如果实现的效果好，会非常便于演 示，能够很好的配合教师教学，也能帮助学生更好地理解矿井中主、副井提升 机的工作过程，如果效果不好，也会影响教学。 通过此项目的研究，理论联系实际，丰富了自己项目开发的经验，也为社 会做出了一定的贡献，缓解教师的教学压力，活跃了课程气氛。 1.21.2 国外研究综述国外研究综述 . . . . . 在提升机机械和电气传动技术飞速发展的同时，电子技术和计算机技术的 发展，使提升机的电气控制系统更是日新月异。早在七十年代，国外就将可编 程控制
12、器应用于提升机控制，八十年代初，计算机又被用于提升机的监视和管 理。此时期一些著名的提升机制造公司，如西门子、ABB、ALSTHOM 都利用新 的技术和装备，开发或完善了提升的安全保护和监控装置，然而，国在提升机 电控技术方面没有多少进展，曾以很昂贵的价格从国外引进一些提升机电控设 备，有的是晶闸管数字直流调速系统，有的是交交变频的现代交流调速系统。 随着变频调速技术的发展，目前，对矿井中提升机的控制主要是通过变频器。 国外交流变频调速技术正处于高速发展阶段，法国阿尔斯通已能提供单机 容量达 3 万 kW 的电气传动设备用于船舶推进系统；意大利 ABB 公司提供了单 机容量为 6 万 kW 的
13、设备用于抽水蓄能电站；德国西门子公司 Simovert A 电流 型晶闸管变频调速设备单机容量为 102600kVA 和 Simovert P GTO PWM 变频 调速设备单机容量为 100900kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机 车、风机、水泵传动；日本富士 BJT 变频器最大单机容量可达 700kVA，IGBT 变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。然而，从总体上看我 国电气传动的技术水平较国际先进水平差距 1015 年，国只有少数科研单位 有制造大功率变频器的技术，在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。 在中小功率变频技术方面，国几乎所有的产品都是普通的 V
14、/f 控制，仅有少量 的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年大量进口。 随着计算机技术的发展，无论是生产还是生活当中，人们对数字化信息的 依赖程度越来越高。如果说计算机是大脑，网络是神经，那么电机传动系统就 是骨骼和肌肉。它们之间的完美结合才是现代产业发展方向。为了使交流调速 系统与信息系统紧密结合，同时也为了提高交流调速系统自身的性能，必须使 交流调速系统实现全数字化控制。 单片机已经在交流调速系统中得到了广泛地应用。例如由 Intel 公司 1983 年开发生产的 MCS-96 系列是目前性能较高的单片机系列之一，适用于高 . . . . . 速、高精度的工业控制。其高档型：8196KB、8196KC、8196MC 等在通 用开环交流调速系统中的应用较多。 由于交流电机控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂。扩展 卡尔曼滤波、FFT、状态观测器、自适应控制、人工神经网络等等均应用到了 各种交流电机的矢量控制或直接转矩控制当中。因此，DSP 芯片在全数字化的 高性能交流调速系统中找到施展身手的舞台。如 TI 公司的 MCS320F240 等 DSP 芯片，以其较高的性能价格比成为了全数字化交流调速
