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1、广西大学毕业设计 单片机在糖厂直流调速系统中的应用第一章绪论第一节 选题背景在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备中，还是在日常生活中的家用电器中，都大量地使用着各种各样的电动机。据资料统计，现在有90%以上的动力源来自于电动机。我国生产的电能大约有60%用于电动机。可见，电动机与人们的生活息息相关、密不可分。我们知道，动力和运动是可以相互转换的。从这个意义上讲，电动机是最常用的运动源。对运动控制的最有效方式是对运动源的控制。因此，常常通过对电动机的控制来实现运动控制。实际上，现在国外已将电动
2、机控制改名为运动控制。对电动机的控制一般可分为简单控制和复杂控制两种：简单控制是指对电动机进行启动、制动和顺序控制，这类控制可通过继电器、可编程控制器(PLC)和开关元件来实现；复杂控制是指对电动机的转速、转角、转矩、电压和电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确。以前对电动机简单控制的应用比较多，但是现在人们对电动机控制的水平要求越来越高，使电动机的复杂控制逐渐成为应用主流，其应用领域极为广泛。例如：军事和宇肮方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航、卫星姿态的控制等；工业生产中的各种加工中心、专用加工设备、数控机床、工业机器入、塑料机械、印刷机械、纺织机械、新型制衣机械、泵和压缩机、工业轧
3、机等设备的控制；办公和商务设备中的磁带机、绘图仪、扫描仪、打印机、传真机、复印机等设备的控制；家用电器中的DVD、DC、DV、音响、洗衣机、冰箱、空调、电动由行车、家用汽车等设备的控制。这些设备中绝大多数采用的是直流电动机。糖分离机是糖厂生产最后一道工艺的所需设备，当含有结晶体的甲糖膏流入分离机后经高速分离，就生产出食用糖。因此糖分离机是生产成品糖的关键设备。目前大多数国内糖厂使用的糖分离机都是六七十年代产品。国外如丹麦DDN系统，英国的THOMAS BROADENT&SONS公司的制糖机技术含量高，能耗小，生产成本低，但直接购买国外设备，价钱则明显偏高，且备件不易购买，所以我们走国产化道路，
4、在吸收国内外产品优点同时，自行研发糖分离机。下面将简单介绍一种糖分离机TF-1350型糖分离机。第二节 TF-1350型糖分离机简介一、 TF - 1350型糖分离机生产工艺当需要分糖时，控制系统给主机加电，计算机对分离机的工作条件自动循回检查，如果检查正常，系统进入工作准备状态，由控制台启动主机，电机以50prm速度旋转并清洗筛网。进行下料时、电机转速升至180prm。此时防滴门打开，加料门按设定的开度打开，糖膏流入分离机内，并在离心力的作用下均匀地附加在筛网壁仁。此刻测厚系统根据糖层的厚度发出测厚信号，关闭主门。在关闭加料门的同时，电机升速，升速过程伴随蜜洗、水洗过程。当主机升至1000p
5、rm时，进行糖水分离。分离时间结束主电机快速制动降速至50prm，进入卸料过程，卸料完毕，开始下一次分糖准备。TF-1350型糖分离机生产工艺曲线图1-1。图1-1 TF-1350型糖分离机生产工艺曲线TF - 1350型分离机的工艺流程要求糖分离机要有良好的动态响应，即应有足够的动态稳定性和快速性，要求起、制动和调速迅速平稳，有较小的动态速度误差，可靠性高，这样就可以提高砂糖一级品率和降低能源消耗。二、TF一1350型糖分离机控制系统TF-1350型糖分离机系统工作原理如图1-2图1-2 TF-1350型糖分离机控制系统框图整个系统由计算机管理控制。分离机工作前，首先没定工作参数，计算机根据
6、所设定的参数进行实时控制。工作参数是根据制糖工艺和原科成分及煮糖工艺提供的糖膏粘稠等一系列参数综合设定的。 主要参数如下：卸料速度 50prm 卸料时间 20s上料速度 180prm 下料限定时间 20-30s 可预置分离速度 1000prm 分离时时间 10-60s 可预置洗水时间 10-20s 分蜜时间 20-30s这些参数实际也是控制直流电机驱动糖机工作的主要参数三、双闭环直流调速系统分离机主轴电机为 220kW直流电机，采用双闭环直流调速系统。当分离机工作在三段升速度范围内时，系统处于电动状态，当电动机降速时处于发电状态，把机械能变成电能回馈到电网中去。系统采用速度和电流双闭环系统，实
7、现了高精度快速调节。双闭环直流调速系统原理框图如图1-3。图1-3 双闭环直流调速系统框图第三节 选题的科学依据、意义一、 单片机对电动机控制所起的作用以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在单片机己经开始取代模拟电路作为电机控制器。它有如下特点： 1、使电路更简单：在模拟电路中，为了实现控制逻辑需要采用许多电子元件，电路比较复杂，采用单片机后，绝大多数控制逻辑可以通过软件实现。2、可以实现比较复杂的控制：单片机有更强的逻辑运算功能、运算速度快、精度高， 一般都有大容量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制，如模糊控制等3、灵活性和适应性：单片机的控制方式是由软件完成的。如果需要修
8、改控制规律，一般不需要改变系统的硬件电路，只需要修改程序即可。在系统调试和升级的时候，可以不断尝试选择不同的参数，非常方便。4、无零点漂移，控制精度高：数字控制不会出现模拟电路中经常遇到的零点漂移问题。无论被控量的大或小，都可以保证足够的控制精度。5、可多机联网工作，提供人机界面：新型单片机内多嵌有各种总线，可以方便地进行联网通信，实现多机联网工作:还能够和上位机进行通信，提供可视化人机界面，方便进行控制和调节。二、 单片机和工控机、PLC应用比较除了采用单片机作为电动机的控制器外，可以作为电动机控制器的新型设各还有多种，例如工业控制计算机、可编程控制器(PLC)和数字信号处理器(DSP)等。
9、工业控制计算机功能最为强大，它有极高的速度、强大的数学逻辑运算能力、丰富的接口功能和方便的软件环境。但由于成本高、体积大。所以一般只用于大型控制系统。PLC则正好相反，它只能完成逻辑判断、定时、计数和简单的运算。但由于人机界面和网络功能不强，构成不灵活，成本高，所以一般只用于电动机的简单控制。单片机介于工业控制计算机和PLC之间，它有较强的控制功能和低廉的成本。人们在选择电动机控制器时，常常是在满足设计需求的前提下，优先选择低成本的控制器。因此，单片机往往成为优先选择的目标。从最近的统计数字可以看出，世界上每年有25亿片各种单片机投入使用，单片机是目前世界上使用量最大的微处理器。在工业控制领域
10、大量使用的是低端的8位单片机。从上世纪70年代开始，在我国应用的8位单片机经历了Z80时代和MCS-51时代。现在最初的MCS-51单片机己经逐步退出了应用，但由于其生产厂商Intel公司采取了技术开放政策，其它厂商可以生产指令系统兼容的芯片。这样，MCS-51系列单片机得以不断被升级改造，先后经历了以Philips公司为代表的MCU时代、以Atmel公司为代表的FLASH时代和以Silicon Laboratories公司为代表的SOC时代。片上系统(System On Chip, SOC)是追求系统最大包容的集成器件，具有极高的综合性。用户不需要再像传统的系统设计一样，绘制和制造庞大复杂的
11、电路板，只需要综合时序设计，直接在SOC中调用内嵌的各种通用器件。然后通过系统仿真之后就可以直接交付厂家印制电路板。由于绝大部分的系统构件都在系统内部，整个系统特别简洁，不仅减小了系统的体积与功耗，而且极大提高了系统的可靠性和鲁棒性。第二章 可控整流电路原理及单片机的选择自从大功率整流二极管以及半控型和全控型晶闸管等电力电子器件问世后，由于这些器件具有体积小、重量轻、效率高和控制灵敏等优点，今天工业上应用的绝大多数直流电源和交流变频电源都是采用整流二极管和各种晶闸管组成的不可控或可控整流电路和逆变电路。近几十年来电力半导体制造与应用技术发展迅速。目前己经大规模生产和使用各种类型的电力电子器件，
12、单个普通晶闸管的容量已达12000V和1000A以上。由晶闸管构成的整流电路可以在交流电压不变的情况下，方便地调整输出直流电压的大小，所以可控整流技术是实现从交流电源到直流可调电源的理想方法。第一节 晶闸管的工作原理和特性一、 晶闸管的工作原理晶闸管的最大特点是具有截止和导通这两种稳定状态。它的工作原理可以用两个条件加以说明：导通条件和关断条件。导通条件：是晶闸管从截止到导通所需的条件，即在晶闸管的阳极施加正向电压，同时在门极施加正向电压。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。关断条件：是晶闸管从导通到截止所需的条件，即在晶闸管的阳极施加反向电压，或者去掉或降低施加在阳极的正向电压，使通过晶闸管
13、的电流小于保持晶闸管导通所需的最小电流。在晶闸管的阳极施加交流电压，只是电压在正半波时，晶闸管才有可能导通；而电压在负半波时，晶闸管就会关断。而且电源电压在过零时，就会因为正向电压太小而使晶闸管关断。二、 晶闸管的特性晶闸管相当于一个由门极电压控制的无触点单向开关。实际应用中的晶闸管是在一定条件下按需要不断地进行导通和关断，其导通和关断两个状态是由其上的阳极电压、阳极电流、门极电压和门极电流共同决定的。如不在门极施加正向电压，只让晶闸管承受正向阳极电压UA,则晶闸管处于正向阻断状态，只流过很小的正向漏电流。当UA从零开始逐渐上升时，阳极电流了，也从零逐渐上升，但其数值很小，上升也很缓慢。只是当
14、UA超过临界极限即正向转折电压UBO时，则漏电流急剧上升，晶闸管由关断变成导通。随着门极电流IG的增大，正向转折电压UBO不断降低。晶闸管导通后的伏安特性与二极管的正向特性相似，即通过较大的阳极电流，晶闸管本身的压降却很小。导通期间，如果门极电流降为零并且阳极电流降到维持电流IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。当晶闸管加反向阳极电压时，其伏安特性与一般二极管的反向特性相似。晶闸管承受反向电压时，晶闸管处于反向阻断状态，只有很小的反向漏电流通过。反向电压增加时，反向漏电流略有增加，但是总的来说很小。当反向电压增加到一定限度后，反向漏电流急剧增加，会导致晶闸管反向击穿而损坏。第二节 可控整流电路
15、简介一、 三相桥式全控整流电路简介可控整流电路基本可分为单相可控整流电路、三相可控整流电路以及由此发展来的大功率6相、12相整流电路等几类。单相可控整流电路可分为单相半控整流电路和单相全控整流电路两类，这种电路简单、调整方便，但是只适用负载功率较小的场合。当负载功率较大时，考虑到三相负载的平衡，应采用三相可控整流电路。三相可控整流电路也分为三相半控整流电路和三相全控整流电路两类。三相半控整流电路一般只采用三个晶闸管，只需要三套触发电路，不需要宽脉冲或双脉冲触发，因此在要求不高的场合中，可采用三相半控整流电路。本课题要求适应负载的范围比较宽，所以采用三相桥式全控整流电路。图2-1 三相桥式全控整流电路如图 2.1 所示，三相桥式全控整流电路是由一组共阴极的三相半波可控整流电路与一组共阳极的三相半波可控整流电路串连而成，控制角完全相同。在感性负载时有：输出整流电压Ud的波形是两组半波整流电压的波形叠加。通过改变晶闸管的控制角，可以获得的直流电压。控制角的改变范围为0-。直流电动机负载除了本身的感性阻抗外，还有一个反电动势E。因此晶闸管在施加触发脉冲后可导通的必要条件是，电动机的反电动势E和电感中的感应电动势eL的代数和应小于变压器二次绕组的瞬时电压。在整流情况下，电动
