畢業(yè)設(shè)計--0.4kv mcc系統(tǒng)智能測控保護單元驅(qū)動板的設(shè)計

1、<p>　　0.4KV MCC系統(tǒng)智能測控保護單元驅(qū)動板的設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在工礦企業(yè)中，為保證MCC系統(tǒng)生產(chǎn)過程的連續(xù)運行的可靠性，作為其重要組成部分的底層測控單元需要配置強大的保護、測量、遠動等功能。開發(fā)智能MCC系統(tǒng)保護單元對實現(xiàn)其功能發(fā)揮著舉足輕重的作用。本文首先對智能MCC系統(tǒng)保護單元進行了需求分

2、析，建立了控制系統(tǒng)各因素之間的邏輯關(guān)系模型，設(shè)計了系統(tǒng)總體框圖；其次，對智能MCC系統(tǒng)相關(guān)的理論知識進行了深入研究，掌握了異步電機運行的原理，合理選取了電氣所需的接觸器、無觸點開關(guān)、熔斷器等元器件；最后，基于MCC系統(tǒng)智能測控保護單元功能所需，從人機界面友好、功能完備、使用方便等原則出發(fā)，采用AutoCAD和DXP 2004開發(fā)工具，設(shè)計了0.4KV MCC系統(tǒng)智能測控保護單元驅(qū)動板。系統(tǒng)硬件電路完成信號的拾取、處理分析及顯示，將傳感器

3、測量得到的數(shù)據(jù)送入控制中心處理，并將處理得到的最終數(shù)據(jù)通過LCD顯示。經(jīng)對所設(shè)計的智能測控系統(tǒng)保護單元驅(qū)動板進行多方面考核，進行了相關(guān)的實驗，證明本設(shè)計具有一定的參考價值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：馬達控制中心，智能控制，保護驅(qū)動，單片機</p><p>　　0.4KV Intelligent MCC Measurement&Control System Protective

4、Unit-Driver Board</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In the industrial and mining enterprises, in the production process, to ensure continuous MCC system reliability, as an important

5、part of the bottom control unit need to configure a strong protection, measurement, remote functions.Development of intelligent MCC measurement&control system protective unit played a decisive role to achieve its fun

6、ction. To begin with, this paper analyzed the needs of intelligent MCC system protective unit, established a control system model of the logical relations</p><p>　　KEY WORDS: MCC, Intelligent Control, Protec

7、tion and Driver, MCU</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 智能MCC測控系統(tǒng)研究的背景和意義1</p><p>　　1.2 智能MCC測控系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 本課

8、題研究意義與目的3</p><p>　　第2章 智能MCC測控系統(tǒng)方案設(shè)計4</p><p>　　2.1 智能MCC測控系統(tǒng)的特點4</p><p>　　2.2總體系統(tǒng)設(shè)計方案5</p><p>　　2.2.1方案簡述5</p><p>　　2.2.2系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)理論5</p><p&

9、gt;　　2.2.3 MCC智能測控系統(tǒng)保護單元總框架介紹8</p><p>　　2.3 MCC智能測控系統(tǒng)保護單元操作面板設(shè)計方案15</p><p>　　2.4 MCC智能測控系統(tǒng)保護單元控制功能17</p><p>　　第3章 MCC驅(qū)動板硬件部分實現(xiàn)19</p><p>　　3.1.硬件系統(tǒng)說明19</p>

10、<p>　　3.2 MCC系統(tǒng)智能測控系統(tǒng)驅(qū)動板組成19</p><p>　　3.2.1 MCC系統(tǒng)智能測控驅(qū)動板時鐘及復(fù)位模塊設(shè)計19</p><p>　　3.2.2 MCC系統(tǒng)智能測控驅(qū)動板報警模塊設(shè)計21</p><p>　　3.2.3 MCC系統(tǒng)智能測控驅(qū)動板顯示模塊設(shè)計21</p><p>　　3.2.4 MCC系

11、統(tǒng)智能測控驅(qū)動板隔離模塊設(shè)計22</p><p>　　3.2.5 MCC系統(tǒng)智能測控驅(qū)動板驅(qū)動模塊設(shè)計24</p><p>　　第4章 MCC驅(qū)動板軟件部分實現(xiàn)26</p><p>　　4.1 程序設(shè)計語言與軟件開發(fā)環(huán)境26</p><p>　　4.2 軟件程序設(shè)計26</p><p>　　第5章 MC

12、C智能測控系統(tǒng)驅(qū)動板相關(guān)實驗29</p><p>　　5.1 實驗背景29</p><p>　　5.2 實驗?zāi)康?9</p><p>　　5.3 實驗過程29</p><p>　　5.4 實驗數(shù)據(jù)記錄30</p><p>　　5.5 實驗總結(jié)與收獲32</p><p>　　第6章

13、全文結(jié)論33</p><p><b>　　參考文獻34</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p>　　附錄一：原理圖36</p><p>　　附錄二：PCB圖37</p><p><b>　　第1章 緒 論</b&g

14、t;</p><p>　　1.1 智能MCC測控系統(tǒng)研究的背景和意義</p><p>　　在國民經(jīng)濟的各領(lǐng)域中，如電力、石油、化工、冶金、礦山、造紙、輕工、汽車、船舶工業(yè)、交通運輸、市政建設(shè)、食品飲料、水處理、垃圾處理、制藥等，電動機得到越來越廣泛的應(yīng)用。為了使電動機正常運行和可靠工作，需要對單臺電動機和一條生產(chǎn)線的電動機進行統(tǒng)一的控制和保護[1]。</p><p>

15、;　　因此，電動機控制中心MCC（Motor Control Center）的水平也得到迅速發(fā)展。MCC指將接于交流低壓回路的電動機全套控制和保護設(shè)備，按一定規(guī)格系統(tǒng)裝配成標準化的單元組件每臺組件控制相應(yīng)規(guī)格的一臺電動機，將此標準的單元組件裝成柜體實現(xiàn)多臺電動機的集中控制。</p><p>　　智能MCC系統(tǒng)以通信的方式提共全面的管理診斷信息，使系統(tǒng)的電氣設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)透明化，實現(xiàn)自動采集和分析，并提供各類報表[2

16、]；可對能源消耗情況進行測量、統(tǒng)計、分析，為電能消耗和成本結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)；可為電氣人員提供詳細、明確的電氣設(shè)備運行工況，使電氣管理維護人員通過設(shè)備運行的數(shù)據(jù)進行有計劃的設(shè)備維護和檢修工作，大大地提高設(shè)備的有效運行率，提高維護人員的工作效率，節(jié)約備品備件及保養(yǎng)維護費用，降低備件庫存及資金占用。</p><p>　　隨著科學技術(shù)的不斷進步 , 工業(yè)領(lǐng)域?qū)ψ詣踊扑降囊蟛粩嗵岣?,由智能 MCC構(gòu)成的控制統(tǒng)因其網(wǎng)

17、絡(luò)化、系統(tǒng)化、開放式的特點 ,及網(wǎng)絡(luò)結(jié)簡單、可靠等特性 ,具有廣泛的應(yīng)用前景[1]。</p><p>　　本課題研究的對象是MCC智能測控系統(tǒng)保護單元驅(qū)動板，目的是設(shè)計實現(xiàn)保護單元的驅(qū)動功能，通過選取各電氣元件實現(xiàn)其功能。驅(qū)動環(huán)節(jié)主要是完成控制指令的驅(qū)動和隔離，設(shè)計一高可靠性、短延時的驅(qū)動板對發(fā)揮智能測控保護單元的優(yōu)勢有重要的意義。</p><p>　　1.2 智能MCC測控系統(tǒng)國內(nèi)外研究

18、現(xiàn)狀</p><p>　　馬達控制設(shè)備和系統(tǒng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。長久以來 ,傳統(tǒng)的被動式馬達控制設(shè)備已經(jīng)不能適應(yīng)進一步降低系統(tǒng)運行成本的要求。眾所周知 ,三相交流異步馬達以其低成本、高可靠性和易維護等優(yōu)點在各行業(yè)中廣泛應(yīng)用。但是 ,它直接起動時存在著一些缺點:起動電流高 ,需要電網(wǎng)較大的裕量;減短了電器控制設(shè)備的使用壽命 ,增加了維護成本 ,甚至影響其他電氣設(shè)備的正常運行;起動轉(zhuǎn)矩大 ,會對負載

19、產(chǎn)生沖擊 ,增加傳動部件的磨擦和額外的維護。為改變上述局面 ,使馬達的控制更為有效 ,全球研發(fā)人員提出了專業(yè)化解決方案包括:通過采用分布式馬達控制系統(tǒng) ,更好地實現(xiàn)本地控制;智能化和為用戶定制的馬達控制中心 ,幫助用戶簡化安裝過程 ,節(jié)省時間和成本;對現(xiàn)有系統(tǒng)進行智能化改造和升級 ,使原有的馬達控制中心煥發(fā)新的活力 ,保護用戶的投資[2]。</p><p>　　隨著人們對于智能測控系統(tǒng)的重要性愈加的重視，開發(fā)研究

20、的投入資金也得以大為提升?，F(xiàn)今，MCC智能測控系統(tǒng)在以下幾個方面值得注意：</p><p>　　減少意外停機造成的損失。根據(jù)施耐德電氣刊發(fā)的一篇科技論文介紹“一天的停機損失可能達數(shù)千萬，嚴重的停機將帶來幾周的生產(chǎn)停頓[3]?！睓C器的連續(xù)運行，也就是說，智能控制設(shè)備的穩(wěn)定性值得相當大的關(guān)注。國內(nèi)外科技研發(fā)人員著重在這方面進行開發(fā)。其中，施耐德電氣將智能馬達保護器TeSys T和TeSys U集成到低壓開關(guān)柜Okke

21、n和Blokset中，構(gòu)成完整的智能馬達控制解決方案：MotorSys已投入到了市場。</p><p>　　2.減少人工干預(yù)次數(shù)和成本。人工干預(yù)次數(shù)愈少，說明馬達控制中心的智能化程度愈高。必然，設(shè)備的效率愈高，成本也就相應(yīng)減少。所以，這方面的研發(fā)關(guān)注度也較為明顯。羅克書爾自動化推出的IntelliCENTER產(chǎn)品帶先進的 DeviceNet 現(xiàn)場總線的智能型電動機控制中心[4]（如圖1-1），使得人工干預(yù)次數(shù)大為

22、減少。我國華章電氣公司研發(fā)的系列馬達控制中心（VPAK MCC ）取得了較為可喜的成績。</p><p>　　3.更為完美的保護功能。熱過載、電流缺相、過電流、接地故障、啟動時間過長、堵轉(zhuǎn)、欠電流、相序顛倒、頻繁啟動、負載自動切除、電壓相不平衡、電壓缺相、電壓相序顛倒、欠電壓、過電壓、功率過低、功率過高、功率因數(shù)過低等問題雖以得到重視，但隨著控制環(huán)節(jié)的不斷復(fù)雜，問題或多或少暴露出來。國內(nèi)外科技工作者沒有疏忽大意，

23、研究程度只增未減。</p><p>　　圖1-1　帶 DeviceNet 現(xiàn)場總線的智能型電動機控制中心控制原理圖</p><p>　　1.3 本課題研究意義與目的</p><p>　　現(xiàn)在人們對智能測控系統(tǒng)馬達控制中心的應(yīng)用還處于初步階段，沒有經(jīng)過長期的實際應(yīng)用，因而暴露出很多控制過程中的問題。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，要求我們提出新的控制方法，設(shè)計專門的儀器儀表完

24、成較為精密的測量控制工作，這會對人們的生活提供便利。</p><p>　　本文主要設(shè)計一個智能測控系統(tǒng)保護單元驅(qū)動板，通過硬件電路設(shè)計實現(xiàn)測控系統(tǒng)的驅(qū)動以及輸入信號的隔離工作。系統(tǒng)完成了控制信息的采集、處理以及顯示，將實際工作的檢測信息送入單片機處理，并將處理得到的最終數(shù)據(jù)通過顯示屏顯示；另一方面，采用全電壓驅(qū)動方式，實現(xiàn)控制中心的驅(qū)動。</p><p>　　我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，刺激了工礦

25、企業(yè)生產(chǎn)出更多的高質(zhì)量產(chǎn)品。目前我國的測控系統(tǒng)智能化程度還不夠高，這方面的科學研究亟待發(fā)展。預(yù)計未來的數(shù)十年，測控系統(tǒng)在我國將突飛猛進，智能化的應(yīng)用將解決目前的很多問題，我國在世界的競爭力將大為增強[5]。</p><p>　　第2章 智能MCC測控系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　2.1 智能MCC測控系統(tǒng)的特點</p><p>　　智能MCC測控系統(tǒng)是信息技術(shù)

26、、傳感技術(shù)、計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合的新型電氣自動化控制系統(tǒng)，其核心元件是帶通信功能的電機智能保護器，DCS的控制指令和電動機的相關(guān)運行信息均通過總線通信的方式進行，現(xiàn)場總線如Lonwbrks、PROFIBUS、Etllemet、TCP，可以根據(jù)需要配置備用通信接口(圖2-1)。其特點如下：</p><p>　?、贌o需DcS現(xiàn)場的柜，通常每根通信總線最多可控制100個電機回路</p><p&g

27、t;　?、诰€路接點少，抗干擾能力強，故障原因明確，便于查找排除；</p><p>　?、鄄捎每偩€通信方式，安裝、調(diào)試周期短；</p><p>　?、茉谠黾釉O(shè)備回路時，如系統(tǒng)允許，僅需在軟件中設(shè)置，擴展方便、靈活；</p><p>　　⑤運行管理信息豐富，可提供詳細的設(shè)備維護信息，可做到設(shè)備的預(yù)防性維護，最大限度地減少設(shè)備意外故障停機時間：</p>&l

28、t;p>　?、蘧哂袀浼芾砉δ埽瑐浼?shù)量少，可減少資金占用[6]。</p><p>　　圖2-1 智能MCC系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　2.2總體系統(tǒng)設(shè)計方案</p><p><b>　　2.2.1方案簡述</b></p><p>　　儀器儀表智能控制系統(tǒng)一般包括傳感器，信號調(diào)理，數(shù)據(jù)顯示和記錄三個主要的環(huán)

29、節(jié)，而且整個系統(tǒng)的設(shè)計要從精度要求，經(jīng)濟性要求， 效率要求，可靠性要求，壽命要求等幾個方面來考慮。</p><p>　　為了完成對故障保護的功能，所設(shè)計的整個系統(tǒng)包括機械和電路兩個主要的部分，基本的系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖2-2所示。</p><p><b>　　圖</b></p><p>　　2圖2-2 系統(tǒng)方案設(shè)計框圖</p><

30、;p>　　在本次控制系統(tǒng)設(shè)計中通過驅(qū)動板驅(qū)動控制電機，系統(tǒng)進入運行階段。分布各環(huán)節(jié)的傳感器實時監(jiān)控系統(tǒng)，傳感器輸出的是模擬信號，經(jīng)過單片機上的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。單片機把傳感器采集的數(shù)據(jù)進行處理，在液晶顯示器上顯示測量的結(jié)果。驅(qū)動板可以對故障保護命令進行隔離。這樣就使系統(tǒng)能根據(jù)工藝要求完成對啟?？刂啤⒐收蠄缶热蝿?wù)。</p><p>　　2.2.2系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)理論</p><p>

31、　　在表述本系統(tǒng)設(shè)計主回路之前，需要先介紹一下0.4KV異步電機工作原理，這是課題研究的理論基礎(chǔ)。</p><p>　　異步電機的工作原理如下:當導(dǎo)體在磁場內(nèi)切割磁力線時，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，“感應(yīng)電機”的名稱由此而來。感應(yīng)電流和磁場的聯(lián)合作用向電機轉(zhuǎn)子施加驅(qū)動力。我們讓閉合線圈ABCD在磁場B內(nèi)圍繞軸xy旋轉(zhuǎn)。如果沿順時針方向轉(zhuǎn)動磁場，閉合線圈經(jīng)受可變磁通量，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該電動勢會產(chǎn)生感應(yīng)電流(法拉第定律

32、)。根據(jù)楞次定律，電流的方向為:感應(yīng)電流產(chǎn)生的效果總是要阻礙引起感應(yīng)電流的原因。因此，每個導(dǎo)體承受相對于感應(yīng)磁場的運動方向相反的洛侖茲力F[7]。</p><p>　　圖2-3 感應(yīng)電機受力分析圖</p><p>　　確定每個導(dǎo)體力F方向的一個簡單的方法是采用右手三手指定則(磁場對電流作用將拇指置于感應(yīng)磁場的方向，食指為力的方向。將中指置于感應(yīng)電流的方向。這樣一來，閉合線圈承受一定的轉(zhuǎn)矩，

33、從而沿與感應(yīng)子磁場相同方向旋轉(zhuǎn)，該磁場稱為旋轉(zhuǎn)磁場。閉合線圈旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的電動轉(zhuǎn)矩平衡了負載轉(zhuǎn)矩。 </p><p>　　三組繞組問彼此相差120度，每一組繞組都由三相交流電源中的一相供電.</p><p>　　繞組與具有相同電相位移的交流電流相互交叉，每組產(chǎn)生一個交流正弦波磁場。此磁場總是沿相同的軸，當繞組的電流位于峰值時，磁場也位于峰值。每組繞組產(chǎn)生的磁場是兩個磁場以相反方向旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，

34、這兩個磁場值都是恒定的，相當于峰值磁場的一半。在此期間的任何時刻tl ..，每組繞組產(chǎn)生的磁場描述如下:</p><p>　　一磁場H1減弱，其中兩個磁場趨向于遠離OH1軸</p><p>　　一磁場H2增強，其中兩個磁場趨向于靠近OH2軸</p><p>　　一磁場H3增強，其中兩個磁場趨向于靠近OH3軸</p><p>　　第三相的磁通量

35、為負值，因此磁場沿與線圈相反的方向運動。</p><p>　　圖2-4 繞組產(chǎn)生的磁場示意圖</p><p>　　如果我們將三張圖重疊，則可以看出:二個逆時針方向的磁場呈120度分布，且彼此抵消.每個順時針方向的磁場彼此重疊，并形成了恒定幅度.為3Hmax/2的旋轉(zhuǎn)磁場。</p><p>　　只有當閉合線圈有感應(yīng)電流時，才存在驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩由閉合線圈的電流確定，且只

36、有當環(huán)內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時才存在。因此，閉合線圈和旋轉(zhuǎn)磁場之間必須有速度差。因而，遵照上述原理工作的電機被稱作“異步電機”。</p><p>　　同步轉(zhuǎn)速(ns)和閉合線圈速度(n)之問的差值稱作“轉(zhuǎn)差”，用同步轉(zhuǎn)</p><p><b>　　速的百分比表示。</b></p><p>　　s=[(ns-n)/ ns] x 100%

37、 （2.1）</p><p>　　運行過程中，轉(zhuǎn)子電流頻率為電源頻率乘以轉(zhuǎn)差率。當電動機起動時，轉(zhuǎn)子電流頻率處于最大值，等于定子電流頻率。轉(zhuǎn)子電流頻率隨著電機轉(zhuǎn)速的增加而逐步降低。處于恒穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)差率與電機負載有關(guān)系。它受電源電壓的影響，如果負載較低，則轉(zhuǎn)差率較小，如果電機供電電壓低于額定值，則轉(zhuǎn)差率增大。</p><p>　　三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速與電源

38、頻率成正比，與定子的對數(shù)成反比。</p><p>　　例如:ns=60 f/p （2.2）</p><p>　　式中ns—同步轉(zhuǎn)速，單位為r/lmin</p><p>　　f-頻率，單位為Hz</p><p><b>　　P磁極對數(shù)</b&g

39、t;</p><p>　　給出了在50Hz, 60Hz以及100Hz工業(yè)頻率下，對應(yīng)于不同磁極數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速或同步轉(zhuǎn)速。實際上，即使電壓.正確無誤，如果供電頻率高于異步電機的額定頻率，一也未必能夠提高電機轉(zhuǎn)速。必須首先確定其機械和電氣容量。</p><p>　　如上面所述，由于存在轉(zhuǎn)差率，帶負載的異步電機的轉(zhuǎn)速稍稍低于表格中給出的同步轉(zhuǎn)速。</p><p>　　以

40、上為異步電機工作的一些基本原理和相關(guān)概念，接下來，具體介紹本系統(tǒng)的設(shè)計思想。</p><p>　　2.2.3 MCC智能測控系統(tǒng)保護單元總框架介紹</p><p>　　如圖2-5所示，MCC智能測控系統(tǒng)保護單元有系統(tǒng)主板和驅(qū)動板構(gòu)成。系統(tǒng)</p><p>　　圖2-5MCC智能測控系統(tǒng)保護單元總框架</p><p>　　主板作用是實時控制被控

41、對象運行監(jiān)控以及系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)。驅(qū)動板設(shè)計的目的主要是實現(xiàn)保護單元的驅(qū)動功能，通過選取各電氣元件實現(xiàn)其功能。驅(qū)動環(huán)節(jié)主要是完成控制指令的驅(qū)動和隔離，設(shè)計一高可靠性、短延時的驅(qū)動板對發(fā)揮智能測控保護單元的優(yōu)勢有重要的意義。</p><p>　　接下來，對MCC智能測控系統(tǒng)保護單元電氣主回路元件經(jīng)行相關(guān)介紹</p><p>　?。?）接觸器 接觸器是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭

42、閉合，以達到控制負載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。其原理是當接觸器的電磁線圈通電后，會產(chǎn)生很強的磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作：常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原：常閉觸頭閉合；常開觸頭斷開[8]。 </p><p>　　在工業(yè)電氣中，接觸器的型號很多，電

43、流在5A-1000A的不等，其用處相當廣泛。 在電工學上，接觸器是一種用來接通或斷開帶負載的交直流主電路或大容量控制電路的自動化切換器，主要控制對象是電動機，此外也用于其他電力負載，如電熱器，電焊機，照明設(shè)備，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護作用。接觸器控制容量大。適用于頻繁操作和遠距離控制。是自動控制系統(tǒng)中的重要元件之一。</p><p>　　接觸器主要由驅(qū)動系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)及其它部

44、分組成。 </p><p>　?、衮?qū)動系統(tǒng)：驅(qū)動系統(tǒng)包括電子模塊、軟鐵、永磁體，是永磁式接觸器的重要組成部分，依靠它帶動觸點的閉合與斷開。 </p><p>　　②觸點系統(tǒng)：觸點是接觸器的執(zhí)行部分，包括主觸點和輔助觸點。主觸點的作用是接通和分斷主回路，控制較大的電流，而輔助觸點是在控制回路中，以滿足各種控制方式的要求。 </p><p>　?、蹨缁∠到y(tǒng)：滅弧裝置用來

45、保證觸點斷開電路時，產(chǎn)生的電弧可靠的熄滅，減少電弧對觸點的損傷。為了迅速熄滅斷開時的電弧，通常接觸器都裝有滅弧裝置，一般采用半封式縱縫陶土滅弧罩，并配有強磁吹弧回路。 </p><p>　?、芷渌糠郑河薪^緣外殼、彈簧、傳動機構(gòu)等。</p><p>　　如圖2-6所示，本系統(tǒng)選取交流接觸器型號CJ12-150A 線圈 380V（左圖），估價約為 58.00RMB。直流接觸器采用CZ0系列（

46、右圖）。</p><p>　　圖2-6 系統(tǒng)所使用的接觸器 </p><p>　　直流接觸器，主回路的電流是直流的，一般比較少用，主要用在精密機床上的直流電機控制中。 </p><p>　　交流接觸器，主回路的電流是交流的，應(yīng)用非常廣泛，大部分用電都是交流的。</p><p>　?。?）斷路器 斷路器按其使用范圍

47、分為高壓斷路器，和低壓斷路器，高低壓界線劃分比較模糊，一般將3kV以上的稱為高壓電器。本系統(tǒng)為0.4KV選用低壓斷路器。</p><p>　　斷路器的基本特性有: </p><p>　　額定電壓Ue；額定電流In；過載保護(Ir或Irth）和短路保護(Im)的脫扣電流整定范圍；額定短路分斷電流(工業(yè)用斷路器Icu;家用斷路器Icn)等。 </p><p>　　額定工

48、作電壓(Ue)：這是斷路器在正常(不間斷的)的情況下工作的電壓。 </p><p>　　額定電流(In)：這是配有專門的過電流脫扣繼電器的斷路器在制造廠家規(guī)定的環(huán)境溫度下所能無限承受的最大電流值，不會超過電流承受部件規(guī)定的溫度限值。 </p><p>　　短路繼電器脫扣電流整定值(Im) </p><p>　　短路脫扣繼電器(瞬時或短延時)用于高故障電流值出現(xiàn)時，使

49、斷路器快速跳閘。其跳閘極限Im： </p><p>　　額定短路分斷能力(Icu或Icn) </p><p>　　斷路器的額定短路分斷電流是斷路器能夠分斷而不被損害的最高(預(yù)期的)電流值。標準中提供的電流值為故障電流交流分量的均方根值，計算標準值時直流暫態(tài)分量(總在最壞的情況短路下出現(xiàn))假定為零。工業(yè)用斷路器額定值(Icu)和家用斷路器額定值(Icu)通常以kA均方根值的形式給出。 <

50、;/p><p>　　戶外斷路器的型號參數(shù)及含義：□□□—□□/□□□□</p><p>　　第一位：產(chǎn)品字母代號（S-少油斷路器，D-多油斷路器，K-空氣斷路器，L-六氟化硫斷路器、Z-真空斷路器、Q-產(chǎn)氣斷路器、C-磁吹斷路器）</p><p>　　第二位：裝置地點代號（N-戶內(nèi)，W-戶外）</p><p>　　第三位：設(shè)計序號（1，2，3……

51、）</p><p>　　第四位：額定電壓（KV）</p><p>　　第五位：其他補充工作特性標志（G-改進型，F(xiàn)-分相操作）</p><p>　　第六位：額定電流（A）</p><p>　　第七位：額定開斷電流（KA）</p><p>　　第八位、第九位：特殊環(huán)境代號（一般不標）</p><p&g

52、t;　　比如斷路器 DW17-400/3：DW-萬能自動空氣斷路器；17-設(shè)計代號；“-400”-額定電流(A)；“/3”-3極。</p><p>　　圖2-7 系統(tǒng)所使用的斷路器</p><p>　　本系統(tǒng)為5kw的電機，輸入電壓400v,功率因數(shù)0.85，效率是0.85 選用斷路器型號為DZ47－63 230／400V（DZ47－微型斷路器型號。63 --殼架等級63A。230／4

53、00V----耐壓（相電壓/線電壓）。電機的功率＝實測電壓×實測電流×電機的功率因數(shù)×1.732）</p><p><b>　　斷路器與接觸器區(qū)別</b></p><p>　　斷路器主要用作供電線路的保護開關(guān)、電動機及照明系統(tǒng)的控制開關(guān)，也可用于輸、配電系統(tǒng)的某些重要環(huán)節(jié)。當線路發(fā)生短路、過載、欠壓等故障時切斷故障電路。</p>

54、;<p>　　接觸器在機床中用于頻繁的接通和分斷大電流的電路，具有動作迅速、操作方便和便于遠距離控制的特點，但本身不具備短路保護和過載保護能力，因此必須與熔斷器、熱繼電器配合使用。</p><p>　　（3）熔斷器 本系統(tǒng)選用型號 NT2－100A 200A 400A 額定電壓 500（V） 額定電流 100-600（A） </p><p>　　0.4KV低壓電網(wǎng)戶外交

55、流熔斷保護器安裝在低壓臺區(qū)的變臺或分支線路上，其作用主要是當線路短路或過載時熔斷器熔斷，起到保護作用；其次保護器可以在一定的帶電負荷下拉合，方便線路的檢修和故障處理。</p><p>　　保護器由三部分組成：戶外殼體、熔裝置和連接裝置。</p><p>　　圖2-8 系統(tǒng)所使用的熔斷器</p><p>　　保護器的戶外殼體由堅固的抗紫外線及抗老化的優(yōu)質(zhì)玻璃纖維加強聚

56、合物制造，能夠抵抗外界各種惡劣環(huán)境的影響，殼體由基座和翻蓋組成，能夠打開和關(guān)閉，方便現(xiàn)場安裝和使用。熔斷裝置選用符合國家標準的熔斷器產(chǎn)品，有額定電流為100A、200A和400A等多種規(guī)格，熔斷裝置損壞后，能夠隨時更換。連接裝置包括熔斷器與殼體基座的固定件，熔斷器與殼體翻蓋連接件，該連接件由鍍鋅銅制造，方便拆卸和連接。</p><p><b>　　保護器配置</b></p>&

57、lt;p>　　連接板：用于將保護器固定在電桿上。絕緣套：用于絕緣保護器兩端的接線板。操作桿：用于取下和打開保護器蓋。</p><p><b>　　使用環(huán)境條件</b></p><p>　　工作環(huán)境溫度:上限:+55℃,下限:-30℃相對濕度:≤85%RH適合場所:低壓線路的分支保護,變臺的出現(xiàn)保護.</p><p><b>　　

58、引用技術(shù)標準</b></p><p>　　GB13539.1-1992低壓熔斷器 基本要求GB13539.2-1992低壓熔斷器 專職人員使用的熔斷器的補充要求GB14048.3-1993低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 低壓開關(guān)、隔離器、隔離開關(guān)及熔斷器組合電器</p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　保護器為

59、單相結(jié)構(gòu)，可以通過附件應(yīng)用于三相線路，用于架空集線束或架空導(dǎo)線上，標準型號為：</p><p>　　額定電壓 500V 額定電流 400A</p><p>　?。?）無觸點開關(guān) 無觸點開關(guān)分直流無觸點開關(guān)交和流無觸點開關(guān)兩類，下面分類介紹。</p><p>　　1.直流無觸點開關(guān) 直流元觸點開關(guān)電路如圖2-9所示。如果觸發(fā)單向晶閘管VS1，使其導(dǎo)通，

60、負載RL上則有電流流過，電容C經(jīng)R及VS1充電。若要關(guān)斷VS1 時，則可觸發(fā)VS2使其導(dǎo)通，此時電容C 兩端的電壓經(jīng)VS2加在VS1的A 、K 兩端。由于電壓極性對VS1來說是反向的， VS1被關(guān)斷。電路中，只要使用兩個弱信號去觸發(fā)VS1 及VS2，就可以控制大電流在負載RL中的流通與關(guān)斷.實現(xiàn)元觸點開關(guān)的作用。</p><p>　　2. 交流無觸點開關(guān) 交流無觸點開關(guān)電路如圖2-10所示。單向晶閘管K-

61、G 極間的電阻在300Ω - 500Ω之間，如果電路中的開關(guān)S閉合，當交流電的正半周到來時， VS1 的K-G 極間電阻向VS2提供觸發(fā)電壓和電流，并使其導(dǎo)通，交流電自A 端經(jīng)R L 、VS2 流向B 端。當交流電壓、電流過零時VS2由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)楦咦杞刂範顟B(tài)。當交流電的負半周到來時，如果開關(guān)S 閉合，VS1的K-G 極間電阻就向VS1提供觸發(fā)電壓和電流，并使其導(dǎo)通，交流電自B端經(jīng)VS1 、R L流向A 端。當交流電壓、電流再次過零時.

62、 VS1則從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)。就這樣，只要開關(guān)S 一閉合. VS1和VS2兩個單向晶閘管便互相觸發(fā)并交替導(dǎo)通與截止，使交流電得以</p><p>　　圖2-9 直流無觸點開關(guān) 圖2-10 交流無觸點開關(guān)</p><p>　　流通。當開關(guān)S關(guān)斷時，晶閘管得不到觸發(fā)電壓與電流，交流電路也就切斷了。</p><p>　　這種無觸

63、點交流開關(guān)電路僅有幾毫安的電流流過開關(guān)S ，但卻能控制幾百安、上千伏的大功率電路，而且無火花，動作迅速。</p><p>　　本系統(tǒng)采用KCS系列無觸點開關(guān)，KCS 系列容性無觸點開關(guān)是一種能夠?qū)﹄娏Σ⒙?lián)電容器進行快速投切的電子型功率器件，其電氣結(jié)構(gòu)主要由大功率反并連晶閘管模塊、隔離電路、觸發(fā)電路、同步電路、保護電路及驅(qū)動電路組成，并配有控制開關(guān)導(dǎo)通或截止的接線端子，控制邏輯電壓 OV（截止）12V（導(dǎo)通）。本開

64、關(guān)具有安裝簡單、維護方便、響應(yīng)速度快、投切無涌流、工作無噪聲穩(wěn)定可靠、缺相保護等特點。是無功功率動態(tài)補償裝置用投切電容器組的理想器件。 </p><p>　　圖2-11 系統(tǒng)所采用無觸點開關(guān)示意圖</p><p>　　2.3 MCC智能測控系統(tǒng)保護單元操作面板設(shè)計方案</p><p>　　圖2-12為本C系統(tǒng)的裝置面板，具體功能介紹如下：</p>&l

65、t;p>　　圖2-12 裝置面板示意圖</p><p><b>　　面板硬件設(shè)置及說明</b></p><p><b>　　LED顯示窗</b></p><p>　　6位LED顯示窗口，運行時顯示電機電流及電機的熱狀態(tài)，其中電機的熱狀態(tài)，以百分比形式顯示，當電機達到熱平衡狀態(tài)時，此值顯示為0，當此值為100時，表示電

66、機已達到設(shè)定的過熱狀態(tài)，過熱保護動作。</p><p><b>　　指示燈說明：</b></p><p>　　運行——電動機運行時常亮（紅色）；</p><p>　　停止——電動機停止時常亮（綠色）；</p><p>　　過熱——過熱保護動作后常亮（紅色），事故信號復(fù)歸后熄滅；</p><p>　

67、　接地——接地保護動作后常亮（紅色），事故信號復(fù)歸后熄滅；</p><p>　　裝置故障——裝置自身發(fā)生故障時，裝置故障燈常亮（紅色），裝置正常后，此燈自動熄滅；設(shè)有三個故障指示燈，根據(jù)客戶需求可以進行具體設(shè)置。</p><p>　　通訊——裝置在正常通訊方式下，通訊時此燈閃爍（紅色）；當裝置通信中斷時，此燈熄滅；當通訊故障時此燈點亮（紅色）。</p><p>　　

68、觸摸鍵盤說明:分別為：“+”、“-”、選擇、確認、取消、復(fù)位”?！?、-”鍵用來改變定值參數(shù)的大小，“選擇”鍵用來選擇不同的設(shè)定功能，“確認、取消”鍵用來確認或取消某項操作，“復(fù)位”鍵用來重新啟動裝置。另外“取消”鍵可以用來復(fù)歸事故信號，當電機發(fā)生故障時，事故信號將維持自保持狀態(tài)，只有復(fù)歸事故信號后，才能恢復(fù)對電機的正常操作功能，除此之外使用可編程輸入或現(xiàn)場總線的通訊功能也同樣能復(fù)歸事故信號。</p><p>　

69、　按鈕：裝置面板上設(shè)有就地控制按鈕，綠色：電動機啟動按鈕，紅色：電動機停止按鈕。</p><p>　　工作/備用轉(zhuǎn)換開關(guān)：裝置面板上設(shè)有工作/備用狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，用來設(shè)定電機為工作狀態(tài)或備用狀態(tài)。當兩臺電機或多臺電機存在工作和備用關(guān)系時，須要將電機設(shè)為工作或備用狀態(tài)。</p><p>　　遠方/就地切換開關(guān)：裝置面板上設(shè)有遠方/就地切換開關(guān)，用來進行遠方和就地的互為閉鎖的切換。當此開關(guān)打到“

70、就地”位置時,裝置面板上的控制按鈕可以用來控制電動機的啟動和停止，遠方控制功能失效（指裝置端子引出的外接控制按鈕和基于現(xiàn)場總線的控制功能，不包括可編程的輸入聯(lián)鎖功能），當此開關(guān)打到“遠方”位置時，裝置可以進行遠方控制（指裝置端子引出的外接控制按鈕和基于現(xiàn)場總線的控制功能），裝置面板上的控制按鈕失效。</p><p>　　圖2-13 就地控制示意圖</p><p>　　2.4 MCC智能測控

71、系統(tǒng)保護單元控制功能</p><p>　　2.4.1可編程邏輯控制功能</p><p>　　裝置可以實現(xiàn)豐富的可編程邏輯控制功能。裝置具有可編程輸入回路和可編程輸出回路。用戶可以根據(jù)自己的需要輸入相應(yīng)的邏輯，以實現(xiàn)相應(yīng)的輸出控制。</p><p>　　2.4.2自起動控制功能</p><p>　　自起動控制方式一： 運行中的電動機因失壓或欠壓

72、停車，當電源恢復(fù)到允許自起動電壓值后，產(chǎn)品可根據(jù)停車間隔時間長短實現(xiàn)不同方式的自起動控制功能：立即自起動、延時自起動、禁止自起動。 停車間隔時間在0.1S~0.5S之內(nèi)，裝置實現(xiàn)立即自起動；</p><p>　　自起動控制方式二：不考慮停車間隔的長短，裝置根據(jù)掉電前的記憶的電動機運行情況實現(xiàn)自起動功能。當電源恢復(fù)到允許自起動電壓值后，如果掉電前電動機為運行狀態(tài)，實現(xiàn)自起動功能；反之禁止自起動功能。</p&g

73、t;<p>　　2.4.3遠方和就地控制功能 </p><p>　　裝置可以通過面板按鍵實現(xiàn)對電機的就地操作，也可以通過通訊總線實現(xiàn)對電機的遠方控制。</p><p>　　2.5 MCC智能測控系統(tǒng)保護單元保護功能</p><p><b>　　2.5.1堵轉(zhuǎn)保護</b></p><p>　　由于各種原因（

74、機械故障，負荷過大，電壓過低）使轉(zhuǎn)子處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。在全電壓下堵轉(zhuǎn)的電動機，散熱條件急差，電流很大，特別容易燒壞，所以裝置設(shè)置了堵轉(zhuǎn)保護</p><p>　　圖2-14 堵轉(zhuǎn)保護的邏輯圖</p><p><b>　　2.5.2接地保護</b></p><p>　　裝置設(shè)置了單相接地保護，以保證當中性點為大電流接地系統(tǒng)的低壓電機機端發(fā)生單相接地時的

75、保護靈敏度。零序電流通過裝置內(nèi)部計算所得。當計算所得的零序電流大于整定值時，裝置動作。</p><p><b>　　2.5.3過熱保護</b></p><p>　　過熱保護實現(xiàn)了電動機堵轉(zhuǎn)、過載、缺相、不平衡等保護。裝置用數(shù)學方法建立電動機的發(fā)熱模型，在各種運行工況下，對電動機提供準確的過熱保護。具體如下：</p><p>　　根據(jù)正序電流和負

76、序電流計算出等效電流Ieq，從而獲得正序電流和負序電流總的熱效應(yīng)電流，Ieq的表達式如下：Ieq2=K1*I12+6*I22 ，電動機的運行時間/電流曲線由下式表示t=τ1/(（Ieq2 /Ie2）-1.052)，其中Ieq 運行的等效電流，I1為正序電流分量，I2為負序電流分量，Ie為額定電流，K1 在啟動時為0.5，正常運行時為1，τ1 為發(fā)熱時間常數(shù)。一旦電動機過熱，裝置可以按整定的范圍提前告警，如果繼續(xù)過熱，則時間到時動作出口。

77、當裝置判斷CT斷線時Ieq為最大的相電流。</p><p><b>　　2.5.4低壓保護</b></p><p>　　裝置中設(shè)置了低壓保護。當電源電壓短時降低或短時間中斷后又恢復(fù)時，為保證重要的電動機自啟動而需要斷開次要的電動機以及不需要自啟動的電動機應(yīng)裝設(shè)低壓保護</p><p>　　2.5.5起動時間過長保護</p><

78、;p>　　當電流從無到有（大于有流定值）時，判定電機進入啟動狀態(tài)，當啟動狀態(tài)時間達到啟動延時 時，若1.2額定電流 > max(Iap, Ibp ，Icp) ，則判定電機進入運行狀態(tài)，否則判定為啟動時間過長</p><p><b>　　2.5.6負序保護</b></p><p>　　由于供電變壓器原方或副方一相斷線以及電源電壓三相不平衡，都將使電動機三相電

79、流不平衡而產(chǎn)生負序電流，長時間不平衡運行將燒壞電動機，為此裝設(shè)負序（不平衡）保護。</p><p>　　2.6 MCC智能測控系統(tǒng)保護單元裝置的監(jiān)測功能</p><p>　　裝置可以采集計算的電動機的物理量如下：UA、UB、UC、IA、IB、IC等以實現(xiàn)對電機的運行工況的監(jiān)測。通過通訊總線，這些量可以傳到控制中心，實現(xiàn)遠方監(jiān)測的功能。</p><p>　　第3章

80、MCC驅(qū)動板硬件部分實現(xiàn)</p><p>　　3.1.硬件系統(tǒng)說明</p><p>　　系統(tǒng)采用51系列單片機AT89C51作為控制器的核心組成一個電機驅(qū)動系統(tǒng)</p><p>　　AT89C51是一種高性能的8位單片機。片內(nèi)帶有一個4KB的Flash可編程,可擦除只讀存儲器(EPROM)，它采用了COMS工藝和公司ATMEL的高密度非易失性存儲器(NURAM)技術(shù)

81、,而且其輸出引角和指令系統(tǒng)都與MSC－51兼容。片內(nèi)的Flash存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。因此AT89C51是一種功能強,靈活性高,且價格合理的單片機,可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域[9]。</p><p>　　3.2 MCC系統(tǒng)智能測控系統(tǒng)驅(qū)動板組成</p><p>　　3.2.1 MCC系統(tǒng)智能測控驅(qū)動板時鐘及復(fù)位模塊設(shè)計</p><

82、p>　　片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個時鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz～12MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，其值在5pF～30pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為12MHz。這樣就確定了單片機的4個周期分別是：</p><p>　　振蕩周期＝1/12 ；機器周期（SM）＝ ；指令周期＝。&l

83、t;/p><p>　　圖3-1 　時鐘產(chǎn)生電路</p><p>　　XTAL1和XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產(chǎn)生一定頻率的機械變形，而這種機械振動又會產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，無論是機械振動的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。但是，當交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，

84、稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。即用來連接AT89C51片內(nèi)OSC的定時反饋回路，如圖3-1所示。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，以便使MCS-51片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，OSC的輸出時鐘頻率fOSC為0.5MHz-16MHz，典型值為12MHz或者11.0592MHz。電容C1和C2可以幫助起振，典型值為30pF，調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào)fOSC的目的

85、。</p><p>　　圖3-2為單片機復(fù)位電路。單片機在開機時都需要復(fù)位，以便中央處理器CPU以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的復(fù)位后是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機器周期）以上的高電平，單片機便可實現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。MCS-51單片機的RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。例如：若MCS-51單片機時鐘頻率為12MHz

86、，則復(fù)位脈沖寬度至少應(yīng)該為2μs。</p><p>　　左圖為上電復(fù)位和按鍵復(fù)位電路。上電瞬間，RST端的電位與Vcc相同，隨著電容的逐步充電，RST端的電位逐漸下降，此時ζ=22×10-6×1×103=22ms.當按下鍵時，RST端出現(xiàn)5×1000／1200≈4.2V，使單片機復(fù)位。</p><p>　　圖3-2 復(fù)位電路</p>

87、<p>　　3.2.2 MCC系統(tǒng)智能測控驅(qū)動板報警模塊設(shè)計</p><p>　　圖3-3 報警模塊示意圖</p><p>　　通過P3.3口進行信號控制，故障報警信息接收于控制系統(tǒng)主板，保護項包含過電流保護、零流保護、電壓過低保護、電壓過高保護、合相負荷保護、電壓錯序、缺項保護。采用555芯片進行定時。</p><p>　　3.2.3 MCC系統(tǒng)智能測控

88、驅(qū)動板顯示模塊設(shè)計</p><p>　　(1)發(fā)光二極管顯示設(shè)計</p><p>　　設(shè)計中采用了2個二極管作為顯示燈，分別指示設(shè)備正常運行（綠）、出現(xiàn)故障（紅）。電阻是為了保護發(fā)光二極管，如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 調(diào)節(jié)時間顯示燈</p><p>　　(2)數(shù)碼管顯示設(shè)計</p><p>　　P

89、3.0、3.1口接四組數(shù)碼顯示管，由74LS164進行驅(qū)動。</p><p>　　圖3-5 數(shù)碼顯示管</p><p>　　3.2.4 MCC系統(tǒng)智能測控驅(qū)動板隔離模塊設(shè)計</p><p><b>　　(1)隔離目的</b></p><p>　　單片機工作在5V低壓，而電機工作在400V。一旦電動機的電壓串到單片機中，就

90、會損壞單片機。電動機的信號會干擾單片機，也可能導(dǎo)致系統(tǒng)工作失誤。因此，接口器件必須有隔離功能。驅(qū)動板的輸入端在電源上已完全隔離，只需要考慮驅(qū)動問題。光電開關(guān)只在信號上做了隔離，電源并沒有隔離。這種隔離方式是不徹底的，為避免信號間的干擾，應(yīng)考慮對他們進行再次隔離。</p><p><b>　　(2)器件選擇方法</b></p><p>　　對開關(guān)信號的隔離常用的方法是用

91、光電隔離（如圖3-6）。在選擇觀點耦合器件時，先要對信號的頻率進行估算，再估算的前提下，再留下一定余量，以此為依據(jù)選擇光電耦合器件。</p><p>　　實際工作時，單片機為驅(qū)動器提供的最高頻率在50kHz以下。這樣系統(tǒng)平動部分的最大速度為50mm/s對應(yīng)光尺信號A或B的頻率最高位12.5kHz。因此，要求光電耦合器件的頻率響應(yīng)特性優(yōu)于12.5kHz。為此，選用通用光電耦合器件PC817即可。</p>

92、<p>　　光電開關(guān)信號輸入到三態(tài)四重緩沖器74LS125，這個芯片用來提高信號的驅(qū)動能力，所以將每個緩沖器的控制端接地，使芯片各門處于直通狀態(tài)。3個光電耦合器件PC817采用同相隔離電路。</p><p>　　圖3-6 隔離電路設(shè)計</p><p><b>　　(3)電壓隔離</b></p><p>　　如圖3-7為電壓隔離模

93、塊電路設(shè)計示意圖，單片機輸出信號通過TTL門電路送到晶體管的基極，再由晶體管驅(qū)動光電耦合器件的發(fā)光二極管。發(fā)光二極管的光照到光電耦合器件內(nèi)部的光敏管上，轉(zhuǎn)換成電信號，再去驅(qū)除電動機的功率放大電路。</p><p>　　圖3-7 電壓隔離模塊電路設(shè)計</p><p>　　晶體管VT1是光電耦合器中發(fā)光二極管的驅(qū)動管，晶體管VT2是光電耦合器中光敏三極管的電流放大管。單片機輸出一個正脈沖信號時

94、，由I/O線送入7404中，再由7404反相之后成為低電平脈沖，晶體管VT1截止。+5V電源通過R25對光電耦合器U15中的發(fā)光二極管供電，二極管發(fā)光。U15中的光敏三極管導(dǎo)通，從而使晶體管VT2導(dǎo)通，輸出端就輸出了高電平。</p><p>　　3.2.5 MCC系統(tǒng)智能測控驅(qū)動板驅(qū)動模塊設(shè)計</p><p>　　單片機的輸出電壓和電流都很小，在許多的應(yīng)用場合單片機都不能驅(qū)動電動機。為此，

95、必須采用一些驅(qū)動芯片或者構(gòu)建驅(qū)動電路以驅(qū)動控制對象。本系統(tǒng)采用全電壓驅(qū)動方式。全電壓驅(qū)動是電動機在移步與鎖步時都加載額定電壓。在全電壓驅(qū)動方式下，為了防止電動機過流并改善動動特性，需加限流電阻。在電動機鎖步時，限流電阻需消耗大量電能，開關(guān)管的負載能力也應(yīng)較大。</p><p>　　圖3-8 全電壓驅(qū)動示意圖</p><p>　　MCC智能測控系統(tǒng)驅(qū)動部分通過驅(qū)動直流接觸器、交流接觸器以及無

96、觸點開關(guān)使得電機運行，圖3-9 圖3-10為驅(qū)動模塊示意圖。保護單元驅(qū)動板上設(shè)置4組繼電器開關(guān)，驅(qū)動板未接收信號時，開關(guān)常開；設(shè)置保護參數(shù)通電后，若符合驅(qū)動要求，開關(guān)閉合，電機運行；當電機運行過程中出現(xiàn)故障時，開關(guān)自動斷開，實現(xiàn)保護功能。本系統(tǒng)理論設(shè)計保護功能有過電流保護、零流保護、電壓過低保護、電壓過高保護、合相負荷保護、電壓錯序或缺項保護等。同時，驅(qū)動板可進行電機壽命統(tǒng)計。</p><p>　　圖3-9 驅(qū)動

97、直流接觸器</p><p>　　圖3-10 驅(qū)動交流接觸器、無觸點開關(guān)</p><p>　　第4章 MCC驅(qū)動板軟件部分實現(xiàn)</p><p>　　4.1 程序設(shè)計語言與軟件開發(fā)環(huán)境</p><p>　　本設(shè)計中采用的處理器是AT89C51單片機，由此可采用面向MCS-51的程序設(shè)計語言，包括ASM51匯編語言和C51高級語言，這兩種語言

98、各有特點。匯編語言更接近機器語言，常用來編制與系統(tǒng)硬件相關(guān)的程序，如訪問I/O端口、中斷處理程序、實時控制程序、實時通信程序等；而數(shù)學運算程序則適合用C51高級語言編寫，因為用高級語言編寫運算程序可提高編程效率和應(yīng)用程序的可靠性。 </p><p>　　考慮到匯編語言的以下特點，在智能測控裝置的基本功能軟件開發(fā)中，全部程序均采用ASM51匯編語言編寫： </p><p>　　1. 匯編語言

99、是最基本的程序設(shè)計語言。迄今為止，匯編語言仍然是計算機系統(tǒng)底層軟件（例如匯編程序、PC機的BIOS等）設(shè)計的基本語言； </p><p>　　2. 能充分利用機器的硬件功能與結(jié)構(gòu)特點。匯編語言與機器語言密切相關(guān)，因此能透徹地反映計算機硬件的功能與特點。程序員可充分利用機器硬件系統(tǒng)的許多特性（如寄存器、標志位以及一些特殊指令等）。這樣能充分發(fā)揮程序設(shè)計的技巧； </p><p>　　3. 用

100、匯編語言編寫的程序比起用高級語言編寫程序具有更高的系統(tǒng)性能。匯編語言程序具有執(zhí)行速度快和節(jié)省存儲空間的特點，它可以精確地描述算法，把計算過程和控制過程刻畫得更具體； </p><p>　　4. 實時性能好。用匯編語言編制的程序可以對各種接口芯片及I/O端口直接進行控制，實時性能好。對于一些應(yīng)用領(lǐng)域（例如工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)等）匯編語言是不可缺少的，一般高級語言不適合這種應(yīng)用，因為一般高級語言不能充分地利用計算機硬件所提供

101、的諸如中斷等方面的功能。</p><p>　　4.2 軟件程序設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)主要由主控程序﹙實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化、各個子程序的調(diào)用等）、脈沖分配驅(qū)動子程序（驅(qū)動步進電機的轉(zhuǎn)動，使其按一定規(guī)律進行旋轉(zhuǎn)）.</p><p><b>　　1.主程序流程圖</b></p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)的主程序

102、流程圖</p><p>　　電機驅(qū)動子程序流程圖</p><p>　　圖4-2 驅(qū)動子程序流程圖</p><p>　　第5章 MCC智能測控系統(tǒng)驅(qū)動板相關(guān)實驗</p><p><b>　　5.1 實驗背景</b></p><p>　　此次實驗地點位于西安高新技術(shù)開發(fā)區(qū)軟件園。經(jīng)過相關(guān)工作人員

103、指導(dǎo)，進行成品實驗，著重于電機驅(qū)動以及故障處理環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　5.2 實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　　1．通過實際工作環(huán)境下參觀學習，加深對MCC智能測控系統(tǒng)的理解。</p><p>　　2. 掌握MCC智能測控系統(tǒng)保護控制方法。</p><p>　　3．進行相關(guān)數(shù)據(jù)量測量，掌握電機保護基本參數(shù)

104、設(shè)定范圍。</p><p>　　4. 設(shè)置系統(tǒng)保護參數(shù)，驗證驅(qū)動板保護功能。</p><p>　　5．總結(jié)現(xiàn)有系統(tǒng)優(yōu)缺點，提出參考意見。</p><p><b>　　5.3 實驗過程</b></p><p>　　1．理解MCC智能測控保護單元控制器工作原理</p><p>　　MCC智能測控保護單

105、元控制器通過RS232連接到PC機上，與主機實時通信。控制器主要可實現(xiàn)兩個方面的功能：其一，可以實時監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)電量參數(shù)；其二，系統(tǒng)由實際需要設(shè)定保護類型參數(shù)值，電機運行過程中若檢測實際參數(shù)不符合設(shè)定要求值，繼電器開關(guān)斷開，完成對電機的保護功能。</p><p>　　2.檢查儀器，進行設(shè)備連接。</p><p>　　如圖5-1MCC智能測控保護單元控制器由上中下三層構(gòu)成，前面板設(shè)有“+”

106、“-” “確認” “復(fù)位” “取消”5組控制按鍵，“紅”“綠”兩色LED顯示燈，一塊LCD液晶顯示屏。中層為系統(tǒng)控制主板。底層為驅(qū)動板，設(shè)有一塊AD/DA轉(zhuǎn)換器，電流互感器RCT-207B三組，繼電器四組以及RS232通信端口。</p><p>　　3.設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p>　　系統(tǒng)啟動前需設(shè)定地址、CT值、開關(guān)編號、開關(guān)控制、過流保護、I段定值、I段延時、II段定

107、值、II段延時、零流保護、零流定值、零流延時、電壓保護、欠壓定值、過壓定值、電壓延時、負荷保護、負荷定值、負荷延時以及頻差定值20組參數(shù)。</p><p>　　準備工作做好后，通過RS232連接到PC機上并接通電源。</p><p>　　圖5-1 MCC智能測控保護單元控制器實物圖</p><p>　　4.監(jiān)測相關(guān)電量參數(shù)，記錄其系統(tǒng)正常工作時其值。可以測量負載的各

108、相線電流（Ia, Ib , Ic ）、各相相電壓（Ua, Ub ,Uc ）、合相有功功率Pt、合相無功功率Qt、合相視在功率St、合相功率因數(shù)COSφ、線路頻率。</p><p>　　5．改變系統(tǒng)相關(guān)條件，驗證保護功能可否實現(xiàn)。主要保護項為過流保護、零流保護、過壓保護、欠壓保護、負荷保護。</p><p>　　6．整理實驗儀器，實驗完畢。</p><p>　　5.4

109、 實驗數(shù)據(jù)記錄</p><p>　　1.調(diào)節(jié)參數(shù)，記錄設(shè)定范圍</p><p>　　表 5.1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定范圍表</p><p>　　2．測量相關(guān)電量參數(shù)，表5.2,5.3為系統(tǒng)正常運行時測量的相關(guān)數(shù)值</p><p>　　表5.2 系統(tǒng)實時檢測信息表（一）</p><p>　　表5.3 系統(tǒng)實時檢測信息表（二

110、）</p><p>　　3．設(shè)定保護項參數(shù)，驗證系統(tǒng)保護功能</p><p>　　表5.4 系統(tǒng)保護信息驗證表</p><p>　　5.5 實驗總結(jié)與收獲</p><p>　　通過該次實驗，加深了智能控制概念的熟悉程度，較為深入的掌握了單片機開發(fā)流程，為以后從事相關(guān)工作打下了堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　在電子技術(shù)

111、應(yīng)用領(lǐng)域中，單片機的應(yīng)用愈來愈多地應(yīng)用到各行各業(yè)。如：工業(yè)控制、儀器儀表、電訊技術(shù)、辦公自動化和計算機外部設(shè)備、汽車與節(jié)能、商用產(chǎn)品、家用電器等。目前，單片機正朝著大容量片上存儲器、多功能i/o接口、寬范圍工作電源和低功耗方向發(fā)展。要開發(fā)單片機的應(yīng)用，不但要掌握單片機硬件和軟件方面的知識，而且還要深入了解各應(yīng)用系統(tǒng)的專業(yè)知識，只有將這兩方面的知識融會貫通和有機結(jié)合，才能設(shè)計出優(yōu)良的應(yīng)用系統(tǒng)。一個好的工程設(shè)計師不僅要掌握單片機的工作原理，