一種異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的數(shù)字控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器，尤其是涉及一種異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的數(shù)字控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電機(jī)電壓和容量的增加，直接起動(dòng)引起的大電流對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)造成沖擊也越來(lái)越大，嚴(yán)重影響電機(jī)使用壽命，并給電網(wǎng)帶來(lái)較大危害。晶閘管軟起動(dòng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并取得長(zhǎng)足發(fā)展。通過(guò)晶閘管相控調(diào)壓技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電壓平滑上升，從而減小起動(dòng)過(guò)程中電流沖擊，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)。電機(jī)軟起動(dòng)過(guò)程，控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算觸發(fā)脈沖的相控角和脈沖寬度，并輸出穩(wěn)定的觸發(fā)脈沖，才能保證晶閘管相控調(diào)壓的可靠性?，F(xiàn)有的異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器存在以下缺陷:
[0003]I)利用主控芯片軟件生成觸發(fā)脈沖，需占用多個(gè)捕獲中斷和定時(shí)器中斷，頻繁進(jìn)出中斷，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，影響主程序算法的運(yùn)行。
[0004]2)市場(chǎng)上不少軟起動(dòng)器為8段數(shù)碼管顯示，當(dāng)需要設(shè)置較多參數(shù)時(shí)，操作繁瑣，容易出錯(cuò)，也不利于讀取系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息。中低壓異步電機(jī)軟起動(dòng)器常采用光耦或脈沖變壓器作為晶閘管驅(qū)動(dòng)，高壓軟起動(dòng)器則需要采用光電隔離的光纖觸發(fā)方式，光耦驅(qū)動(dòng)需要寬觸發(fā)脈沖，脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)則需要高頻脈沖列作為觸發(fā)脈沖，以防止變壓器飽和，光纖觸發(fā)可使用雙窄脈沖觸發(fā)脈沖，以降低對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的功率要求。
[0005]3)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，需要根據(jù)的驅(qū)動(dòng)方式，來(lái)設(shè)計(jì)不同的硬件電路和軟件，
通用性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的數(shù)字控制系統(tǒng)，將DSP和CPLD相結(jié)合，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和控制精度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、抗干擾能力和保密性，具有較強(qiáng)的通用性和可操作性。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]一種異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的數(shù)字控制系統(tǒng)包括:
[0009]同步信號(hào)檢測(cè)電路，設(shè)于三相電源上，采集三相電源的電壓電流；
[0010]晶閘管控制模塊，分別連接三相電源和電動(dòng)機(jī)，根據(jù)晶閘管觸發(fā)脈沖對(duì)電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)；
[0011 ] 接觸器，分別連接三相電源和電動(dòng)機(jī)，接觸器閉合時(shí)，結(jié)束軟起動(dòng)；
[0012]電動(dòng)機(jī)信號(hào)檢測(cè)模塊，連接電動(dòng)機(jī)，采集電動(dòng)機(jī)的電壓電流并進(jìn)行信號(hào)調(diào)理；
[0013]CPLD觸發(fā)脈沖生成電路，分別連接同步信號(hào)檢測(cè)電路和晶閘管控制模塊；
[0014]DSP主控電路，分別連接CPLD觸發(fā)脈沖生成電路、接觸器和電動(dòng)機(jī)信號(hào)檢測(cè)模塊；
[0015]DSP主控電路根據(jù)輸入的控制參數(shù)和電動(dòng)機(jī)的電壓電流生成觸發(fā)脈沖信息，CPLD觸發(fā)脈沖生成電路接收觸發(fā)脈沖信息和三相電源的電壓電流并生成晶閘管觸發(fā)脈沖，軟起動(dòng)完成后，DSP主控電路輸出接觸器控制信號(hào)，使得接觸器閉合。
[0016]還包括按鍵輸入與液晶顯示電路，所述按鍵輸入與液晶顯示電路連接DSP主控電路，按鍵輸入與液晶顯示電路向DSP主控電路輸入控制參數(shù)，并接收DSP主控電路反饋信息實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
[0017]還包括上位機(jī)，所述上位機(jī)連接DSP主控電路，上位機(jī)向DSP主控電路輸入控制參數(shù)，并接收DSP主控電路反饋信息實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
[0018]所述上位機(jī)設(shè)有:
[0019]參數(shù)設(shè)置界面，用于進(jìn)行串口設(shè)置、軟起動(dòng)器基本參數(shù)設(shè)置、斜坡電壓軟起動(dòng)參數(shù)設(shè)置和限流軟起動(dòng)設(shè)置，并對(duì)設(shè)置參數(shù)進(jìn)行保存；
[0020]運(yùn)行狀態(tài)顯示界面，用于顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和故障類型，并提供操作按鈕；
[0021]實(shí)時(shí)波形顯示界面，用于實(shí)時(shí)顯示軟起動(dòng)過(guò)程中三相電源的電壓電流波形和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩波形。
[0022]還包括保護(hù)電路，所述保護(hù)電路分別連接DSP主控電路和晶閘管控制模塊，保護(hù)電路根據(jù)DSP主控電路給定的保護(hù)信號(hào)對(duì)晶閘管控制模塊進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作。
[0023]所述晶閘管控制模塊包括三相反并聯(lián)晶閘管組和晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，三相反并聯(lián)晶閘管組分別連接三相電源、電動(dòng)機(jī)和晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，晶閘管驅(qū)動(dòng)電路連接CPLD觸發(fā)脈沖生成電路。
[0024]所述電動(dòng)機(jī)信號(hào)檢測(cè)模塊包括電壓電流轉(zhuǎn)速傳感器和信號(hào)調(diào)理電路，電壓電流轉(zhuǎn)速傳感器分別連接電動(dòng)機(jī)和信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)調(diào)理電路連接DSP主控電路。
[0025]所述DSP主控電路采用型號(hào)為TMS320F2812的DSP芯片。
[0026]所述CPLD觸發(fā)脈沖生成電路采用型號(hào)為EPM570T100C5的集成電路。
[0027]系統(tǒng)上電后，可通過(guò)按鍵輸入與液晶顯示電路設(shè)置軟起動(dòng)系統(tǒng)控制參數(shù)，也可通過(guò)上位機(jī)程序設(shè)置控制參數(shù)。
[0028]配置完參數(shù)，系統(tǒng)進(jìn)入故障自檢程序，若發(fā)生故障(如錯(cuò)相等)，按鍵輸入與液晶顯示電路和上位機(jī)均顯示故障類型。保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作。若無(wú)故障，單擊啟動(dòng)按鈕，電機(jī)進(jìn)入軟起動(dòng)程序。
[0029]系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，若發(fā)生非故障中斷(如更新觸發(fā)脈沖信息中斷等)，DSP主控電路運(yùn)用相應(yīng)程序和接口，檢測(cè)出電機(jī)電壓電流及電機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算出此時(shí)晶閘管觸發(fā)脈沖信息(相控角、脈沖寬度等)，并傳送給CPLD觸發(fā)脈沖生成電路，CPLD觸發(fā)脈沖生成電路生成相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)脈沖，再經(jīng)晶閘管驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)三相反并聯(lián)晶閘管組，利用相控調(diào)壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。按鍵輸入與液晶顯示電路和上位機(jī)可顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)。
[0030]若發(fā)生故障中斷(過(guò)壓、過(guò)流等)，則進(jìn)入故障處理程序，按鍵輸入與液晶顯示電路和上位機(jī)顯示故障類型，保護(hù)電路進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。
[0031]軟起動(dòng)完成后，DSP主控電路控制接觸器閉合，將三相反并聯(lián)晶閘管組短接，完成起動(dòng)全過(guò)程。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0033]I)將高性能處理器DSP(TMS320F2812)為主控芯片和CPLD (EPM570T100C5)相結(jié)合，充分發(fā)揮DSP高速高精度的優(yōu)勢(shì)和CPLD可定制性的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和控制精度。DSP與CPLD采用串行數(shù)據(jù)接口，節(jié)約1資源。
[0034]2)選用高性能處理器DSP(TMS320F2812)為主控芯片外設(shè)豐富、運(yùn)算準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性高。運(yùn)用內(nèi)部ADC能精確檢測(cè)電壓電流轉(zhuǎn)速等信息，方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜主程序算法，能快速計(jì)算出觸發(fā)脈沖的相控角和脈寬。
[0035]3)基于CPLD平臺(tái)設(shè)計(jì)觸發(fā)脈沖生成電路，減輕主控芯片DSP負(fù)擔(dān)，避免了 DSP頻繁進(jìn)中斷，使得主控芯片專注于主程序算法，加強(qiáng)系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抗干擾能力和保密性。
[0036]4)基于CPLD平臺(tái)設(shè)計(jì)觸發(fā)脈沖生成電路，可通過(guò)DSP給定選擇信號(hào)，控制CPLD輸出寬脈沖、雙窄脈沖、高頻脈沖列等三種不同的觸發(fā)脈沖。使得系統(tǒng)適用于光耦驅(qū)動(dòng)電路(寬脈沖觸發(fā))、光纖驅(qū)動(dòng)(雙窄脈沖觸發(fā))和脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)電路(高頻脈沖列觸發(fā))等各型常用晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，具有較強(qiáng)的通用性。
[0037]5)上位機(jī)上設(shè)計(jì)了基于VB的監(jiān)控軟件，為系統(tǒng)提供友好的人機(jī)交互界面，便于監(jiān)測(cè)軟起動(dòng)器運(yùn)行狀態(tài)，提高系統(tǒng)可操作性。
[0038]6)DSP和CPLD的可編程硬件平臺(tái)的運(yùn)用，減小系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期，提高可移植性。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)框圖；
[0040]圖2為本發(fā)明中DSP主控電路的主程序流程圖；
[0041]圖3為本發(fā)明中CPLD觸發(fā)脈沖生成電路的串行輸入接口圖；
[0042]圖4為本發(fā)明中CPLD觸發(fā)脈沖生成電路的頂層原理圖；
[0043]圖5為本發(fā)明中上位機(jī)的參數(shù)設(shè)置界面示意圖；
[0044]圖6為本發(fā)明中上位機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)顯示界面示意圖；
[0045]圖7為本發(fā)明中上位機(jī)的實(shí)時(shí)波形顯示界面示意圖。
[0046]圖中，1、DSP主控電路，2、CPLD觸發(fā)脈沖生成電路，3、同步信號(hào)檢測(cè)電路，4、晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，5、三相反并聯(lián)晶閘管組，6、接觸器，7、電壓電流轉(zhuǎn)速傳感器，8、保護(hù)電路，9、信號(hào)調(diào)理電路，10、按鍵輸入與液晶顯示電路，11、上位機(jī)，12、三相電源，M、電動(dòng)機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0048]如圖1所示，一種異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的數(shù)字控制系統(tǒng)包括:
[0049]同步信號(hào)檢測(cè)電路3，設(shè)于三相電源12上，采集三相電源12的電壓電流；
[0050]三相反并聯(lián)晶閘管組5，分別連接三相電源12和電動(dòng)機(jī)M，對(duì)電動(dòng)機(jī)M軟起動(dòng)；
[0051]晶閘管驅(qū)動(dòng)電路4，連接三相反并聯(lián)晶閘管組5，根據(jù)晶閘管觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)三相反并聯(lián)晶閘管組5的開(kāi)關(guān)，晶閘管驅(qū)動(dòng)電路4和三相反并聯(lián)晶閘管組5構(gòu)成晶閘管控制模塊；
[0052]接觸器6，分別連接三相電源12和電動(dòng)機(jī)M，接觸器6閉合時(shí)，結(jié)束軟起動(dòng)；
[0053]電壓電流轉(zhuǎn)速傳感器7，連接電動(dòng)機(jī)M，采集電動(dòng)機(jī)M的電壓電流；
[0054]信號(hào)調(diào)理電路9，連接電壓電流轉(zhuǎn)速傳感器7，對(duì)電動(dòng)機(jī)M的電壓電流進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，電壓電流轉(zhuǎn)速傳感器7和信號(hào)調(diào)理電路9構(gòu)成電動(dòng)機(jī)信號(hào)檢測(cè)模塊；
[0055]CPLD觸發(fā)脈沖生成電路2，分別連接同步信號(hào)檢測(cè)電路3和晶閘管驅(qū)動(dòng)電路4 ;
[0056]DSP主控電路1，分別連接CPLD觸發(fā)脈沖生成電路2、接觸器6和信號(hào)調(diào)理電路9，DSP主控電路I根據(jù)輸入的控制參數(shù)和電動(dòng)機(jī)M的電壓電流生成觸發(fā)脈沖信息，CPLD觸發(fā)脈沖生成電路2接收觸發(fā)脈沖信息和三相電源12的電壓電流并生成晶閘管觸發(fā)脈沖，軟起動(dòng)完成后，DSP主控電路I輸出接觸器控制信號(hào)，使得接觸器6閉合；
[0057]按鍵輸入與液晶顯示電路10，連接DSP主控電路1，按鍵輸入與液晶顯示電路10向DSP主控電路I輸入控制參數(shù)，并接收DSP主控電路I反饋信息實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；
[0058]上位機(jī)11，連接DSP主控電路1，上位機(jī)11向DSP主控電路I輸入控制參數(shù)，并接收DSP主控電路I反饋信息實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；
[0059]保護(hù)電路8，分別連接DSP主控電路I和晶閘管驅(qū)動(dòng)電路4，保護(hù)電路8根據(jù)DSP主控電路I