基于PIC16F877的软起动控制器的研制
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摘要
交流电动机在国民生产中起着不可或缺的作用,若直接加额定电压起动,电动机的起动电流可达额定电流的4-7倍,对电动机、电网电压以及其它设备都会造成很大影响。“软起动”的概念就应运而生,现已形成了限流软起动、电压斜坡起动等几种起动方式。在控制手段上随着电力电子技术和单片机技术的发展,交流电动机软起动控制装置开始出现并逐步取代传统的起动方式。
济源市作为我国煤炭电气的生产基地,厂家多、产品多,要求相关的技术支持也多,本文以与济源科灵电器有限公司的新产品合作开发为背景,开发完成了《QJR-400矿用隔爆兼本质安全型交流电动机软起动装置》,并且顺利地通过了国家级检测中心检验。本文的重点是设计交流电动机软起动装置中的核心控制器件――软起动控制器。
本文第一章首先阐述了电动机的软起动技术及电动机软起动技术的现状与发展趋势。进一步提出电动机软起动装置中的核心控制器件――软起动控制器的基本功能和设计过程中要解决的问题。
本文第二章从理论上分析了交流异步电动机的起动过程,及电机在运行中的短路、断相、过载等常见故障的电气特性和保护原理。提出了采用双闭环PID调节器,用转速和电流构成双闭环控制来控制电机的软起动过程,为软起动控制器的设计提供了理论依据。
本文第三章着重分析了软起动控制器的硬件设计思路。介绍了硬件的整体设计及其各组成单元的设计。详细阐述了MUC控制系统的硬件设计、A/D转换模块的设计、数据存储的设计、液晶显示模块的设计、通信接口的设计、三相同步信号的采集与晶闸管相位触发电路的设计、电流信号的采集与电流保护、硬件保护电路的设计以及输入输出接口电路的设计,并给出了相应的设计电路。
本文第四章着重分析了软起动控制器的软件设计思路。根据电流信号的采样及算法分析确定了交流采样方法。在此基础上提出了主程序的设计思路并给出了软起动控制器的软件流程图,并对初始化、A/D转换、按键设置、电压同步信号的检测、液晶显示、故障处理、抗干扰措施等提出相应的设计思路和流程图。
本文第五章介绍了针对本装置进行的起动特性试验和保护性能试验的检测方法及相关的检测数据和结论。
以该软起动控制器为核心的QJR-400矿用隔爆兼本质安全型交流电动机软起动装置性能稳定,动作可靠,起动过程平稳,且操作简便,显示明了,价格便宜,安装调试方便,后期维护简单,具有传统起动器无法比拟的实用性和可靠性。
AC motor plays an important role in the national product.The motor current can be 4-7 times without any device if we use the rated voltage direct starts.This will influence the motor, the voltage and other equipments.With the concept of soft start coming intobeing, we can see several ways control start: the current limit, voltage slope sart. AC motor control device of soft start is replacing the traditional starting way with the development of electronic technology.
This thesis puts forward an ideal design on the flameproof and safe AC motor sort start . The author forms the thesis based on the background of cooperation with Jiyuan kolding Electric Co.Ltd. In this program, we developed the“QJR-400 mine–flameproof and safe AC motor soft start device”. This technology has passed the examination by National Examination center. The key point of thesis is to design the core control device in AC motor sort start device, it is sort start controller.
In chapterⅠ,the thesis describes the status and developing trend of the sort start motor technology, it puts forward the basic function of sort start controller and some problems solved in design process.
In chapterⅡ, the thesis analys the starting process of AC induction motor, at the same time, it analyses protection principle on the operation of the motor shorled circuit a commom fanlt of the set. It also provides a the oretical basis for the design of sorf start controller by using double-loop PID with a double-speed controlling the soft start motor process.
In chapterⅢ,it analyses the hardware design ideas of soft start controller,introducing the whole design of hardware and module design.it also introduces the design about the hardware of MUC control system,A/D converter module, the data storage,the LED module, communication interface design, three-phase synchronous signal acquisition and accompanying triggered thyristor circuit design, signal acquisition and current-current protection, the hardware protection circuit design and input-output interface circuit design, and gives the corresponding circuit design.
In chapterⅣ,it analyses the software design ideas of soft start controller. It gives the methods of exchanges sampling. Accofding to the current signal sampling and algo rith analysis. The thesis puts forwards the whole design of soft ang makes sure the software structure diagram.It gives the relative design idea ang software block siagram on the initialization, A/D conversion, key settings, voltage synchronous signal detection.Liquid crystal display, fault handling, anti-jamming measures.
In chapterⅤ, the thesis gets conclusion of the relative data and the method of examination on the protection performance and the performance of starting.
The soft start device’s performance is very stable,which core is soft start controller. Its action is reliable the process of starting is stable and smoth,lower price,display clearly, installation is convenient, maion tenance is very simple . it’s better than traditional start in practicability and reliability.
济源市作为我国煤炭电气的生产基地,厂家多、产品多,要求相关的技术支持也多,本文以与济源科灵电器有限公司的新产品合作开发为背景,开发完成了《QJR-400矿用隔爆兼本质安全型交流电动机软起动装置》,并且顺利地通过了国家级检测中心检验。本文的重点是设计交流电动机软起动装置中的核心控制器件――软起动控制器。
本文第一章首先阐述了电动机的软起动技术及电动机软起动技术的现状与发展趋势。进一步提出电动机软起动装置中的核心控制器件――软起动控制器的基本功能和设计过程中要解决的问题。
本文第二章从理论上分析了交流异步电动机的起动过程,及电机在运行中的短路、断相、过载等常见故障的电气特性和保护原理。提出了采用双闭环PID调节器,用转速和电流构成双闭环控制来控制电机的软起动过程,为软起动控制器的设计提供了理论依据。
本文第三章着重分析了软起动控制器的硬件设计思路。介绍了硬件的整体设计及其各组成单元的设计。详细阐述了MUC控制系统的硬件设计、A/D转换模块的设计、数据存储的设计、液晶显示模块的设计、通信接口的设计、三相同步信号的采集与晶闸管相位触发电路的设计、电流信号的采集与电流保护、硬件保护电路的设计以及输入输出接口电路的设计,并给出了相应的设计电路。
本文第四章着重分析了软起动控制器的软件设计思路。根据电流信号的采样及算法分析确定了交流采样方法。在此基础上提出了主程序的设计思路并给出了软起动控制器的软件流程图,并对初始化、A/D转换、按键设置、电压同步信号的检测、液晶显示、故障处理、抗干扰措施等提出相应的设计思路和流程图。
本文第五章介绍了针对本装置进行的起动特性试验和保护性能试验的检测方法及相关的检测数据和结论。
以该软起动控制器为核心的QJR-400矿用隔爆兼本质安全型交流电动机软起动装置性能稳定,动作可靠,起动过程平稳,且操作简便,显示明了,价格便宜,安装调试方便,后期维护简单,具有传统起动器无法比拟的实用性和可靠性。
AC motor plays an important role in the national product.The motor current can be 4-7 times without any device if we use the rated voltage direct starts.This will influence the motor, the voltage and other equipments.With the concept of soft start coming intobeing, we can see several ways control start: the current limit, voltage slope sart. AC motor control device of soft start is replacing the traditional starting way with the development of electronic technology.
This thesis puts forward an ideal design on the flameproof and safe AC motor sort start . The author forms the thesis based on the background of cooperation with Jiyuan kolding Electric Co.Ltd. In this program, we developed the“QJR-400 mine–flameproof and safe AC motor soft start device”. This technology has passed the examination by National Examination center. The key point of thesis is to design the core control device in AC motor sort start device, it is sort start controller.
In chapterⅠ,the thesis describes the status and developing trend of the sort start motor technology, it puts forward the basic function of sort start controller and some problems solved in design process.
In chapterⅡ, the thesis analys the starting process of AC induction motor, at the same time, it analyses protection principle on the operation of the motor shorled circuit a commom fanlt of the set. It also provides a the oretical basis for the design of sorf start controller by using double-loop PID with a double-speed controlling the soft start motor process.
In chapterⅢ,it analyses the hardware design ideas of soft start controller,introducing the whole design of hardware and module design.it also introduces the design about the hardware of MUC control system,A/D converter module, the data storage,the LED module, communication interface design, three-phase synchronous signal acquisition and accompanying triggered thyristor circuit design, signal acquisition and current-current protection, the hardware protection circuit design and input-output interface circuit design, and gives the corresponding circuit design.
In chapterⅣ,it analyses the software design ideas of soft start controller. It gives the methods of exchanges sampling. Accofding to the current signal sampling and algo rith analysis. The thesis puts forwards the whole design of soft ang makes sure the software structure diagram.It gives the relative design idea ang software block siagram on the initialization, A/D conversion, key settings, voltage synchronous signal detection.Liquid crystal display, fault handling, anti-jamming measures.
In chapterⅤ, the thesis gets conclusion of the relative data and the method of examination on the protection performance and the performance of starting.
The soft start device’s performance is very stable,which core is soft start controller. Its action is reliable the process of starting is stable and smoth,lower price,display clearly, installation is convenient, maion tenance is very simple . it’s better than traditional start in practicability and reliability.
引文
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[3] Tallam R.M.Habetler T.G.Harley R.G.Gritter D.J.Burton B.H.Neural network based on-line stator winding turn fault detection for induction motors.Conference Record of the 2000 IEEE.Vol.l.375-380.
[4] 中华人民共和国能源部制定.煤矿安全规程.2005
[5] 武叶凯等. 适用于输电线路的单片机反时限过流保护.电力系统及其自动化,2004
[6] 中华人民共和国煤炭行业标准.2005.
[7] Chen B K,Chen M S,Shoults R R,etal.Hybrid three phase load flow.IEE Proceedings, 1999,137(3):177～185
[8] 柳春生,焦留成. 小型隔爆电动机过载断相保护技术及其微机算法研究,煤炭学报.2003.28
[9] 武叶凯等. 适用于输电线路的单片机反时限过流保护.电力系统及其自动化,2004
[10] Farag W.A.Kamel M.I.Microprocessor-based protection system for three-phase induction motors.Electric Machines and Power System.1999.27(5):453～464.
[11] 张连斌,蔡泽祥. 微机型异步电动机综合保护装置的研制. 北京.机械工业出版社
[12] PID 单片机选型英文指南.pdf.
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[17] 李学海. PIC 单片机实用教程.北京.北京航空航天大学出版社.2007.2:45～55
[18] ST7920 中文字型点陈 LCD 控制驱动器.pdf.台湾.
[19] 陈新建. PIC 系列单片机程序设计与开发应用. 北京.北京航空航天大学出版社.2007.5:62～69
[20] 石东海. 单片机数据通信技术从入门到精通.西安.西安电子科技大学出版社,2002.
[21] RS-485 英文技术手册.paf.MAXIM 公司使用说明书
[22] Cunkas M.Akkaya R.Ozturk A.Protection of AC motors by means of microcontrollers.10th Mediterranean Electrotechnical Conference.29-31May 2000.Vol.3.1093～1096.
[23] 胡天禄. 矿井电网的漏电保护[M].北京:煤炭工业出版社,2005.8
[24] Benbouzid M.E.Vieira M.Theys C.Induction motors'faults detection and localization usingstator current advanced signal processing techniques. IEEE Trans on Power Electronics. 1999.14(1):14～20.
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[27] 李华 .MCS-51 单片机实用接口技术.北京:北京航空航天学院出版社.2000.10
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[32] 林潮宇. 用于计算机实时控制的一种滤波算法[M].电力系统自动化,2000.2.
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[36] 李维缇.最新液晶显示应用.北京.电子工业出版社.2006.10
[37] 谢剑英.微型计算机控制技术.上海:国防工业出版社,2001.4
[38] 王幸之,王雷,翟成,王闪. 单片机应用系统抗干扰分析。北京:北京航空航天大学出版社,2003.12
[39] 刘光斌,刘冬. 单片机系统实用抗干扰技术.人民邮电出版社.2003.10
[40] 何立民.MCS-51 系列单片机系统及应用.北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[41] 王幸之,王雷,翟成,王闪. 单片机应用系统抗干扰分析。北京:北京航空航天大学出版社,2006.12
[42] 煤矿安全规程. 北京:煤炭工业出版社,2005.10
[43] 中华人民共和国煤炭行业标准 MT871-2005,矿用隔爆型低压交流软起动器.北京:国家煤炭工业局.
[44] QJR-400?1140(660)矿用隔爆兼本质安全型交流电动机软起动器检验报告.上海:国家防爆检验中心,2007.2
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