畢業(yè)設(shè)計(jì)-交流電機(jī)軟起動(dòng)器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)交流電機(jī)軟起動(dòng)器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名： 陳 然 學(xué) 號(hào)： 05000002 班 級(jí)： 05通信 專(zhuān) 業(yè)： 通信工程 所在系： 電子信息工程 指導(dǎo)老師： 呂 榮 姓 名： 趙國(guó)棟 學(xué) 號(hào)： 07020212 班 級(jí)： 07電氣6 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化所在系： 自動(dòng)化工程 指導(dǎo)老師： 黃孫偉 摘 要三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流高達(dá)額定電流的58倍，對(duì)電網(wǎng)造成較大干擾，尤其在工業(yè)領(lǐng)域中的重載起動(dòng)，有時(shí)可能對(duì)設(shè)備安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方式，如星三角起動(dòng)、自耦變壓器起動(dòng)等，要么起動(dòng)電流和機(jī)械沖擊過(guò)大，要么體積龐大笨重、損耗大，要么起動(dòng)力矩小、維修率高等等，都不盡人意。軟啟動(dòng)技術(shù)不僅實(shí)

2、現(xiàn)在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊而平滑地起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來(lái)調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)如限流值、起停時(shí)間等，以達(dá)到最佳的起停狀態(tài)。我們從三相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用控制出發(fā), 介紹了基于單片機(jī)控制的電機(jī)軟啟動(dòng)原理, 給出了基于單片機(jī)控制的電機(jī)軟啟動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方法。用該方法控制電機(jī)的軟啟動(dòng)系統(tǒng)具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞: 交流電動(dòng)機(jī) 軟啟動(dòng)原理 單片機(jī) 軟啟動(dòng)程序 晶閘管Ac motor soft starter controlABSTRACTThree-phase asynchronous motor starting current is as high as rated c

3、urrent of 5 8 times of grid, cause bigger interference, especially in the industrial field, sometimes the overloading of equipment starting may pose a serious threat to security. The traditional step-down start way, if star triangle starting, self coupling transformer starting etc, or starting curre

4、nt and mechanical shock is too large, or heavy, bulky or loss is big, small, maintenance starting torque rate high, etc., are unsatisfactory. Soft start-up technology not only in the whole start process of realizing no impact and smoothly, and can according to starting motor load characteristics to

5、adjust motor starting process of parameters such as the current limit value, starting and stopping time etc, so as to achieve the best of starting and stopping state. We from three-phase asynchronous motor, based on the application of introduced control based on single chip microcomputer control mot

6、or soft start, gives the principle based on single chip microcomputer control motor soft starter design method. Use this method to control the motor soft start-up system has control of simple structure, practical strong, etc. Key words：Ac motor Soft start principle Microcontroller Thyristor Soft sta

7、rt-up procedures 目 錄第一章 緒論11.1交流電機(jī)軟啟動(dòng)存在的問(wèn)題11.2 軟啟動(dòng)器的簡(jiǎn)單介紹11.2.1 軟啟動(dòng)器的保護(hù)功能31.2.2 它與變頻器有的區(qū)別31.2.3 軟啟動(dòng)的作用31.2.4 軟啟動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)41.3 國(guó)內(nèi)外軟啟動(dòng)現(xiàn)狀41.4 本課題的意義及主要工作5第二章 軟啟動(dòng)的基本原理和特點(diǎn)62.1 軟啟動(dòng)原理62.2 軟啟動(dòng)常用的幾種啟動(dòng)方式72.3 軟啟動(dòng)常用的幾種停機(jī)方式82.4 接觸器旁路工作92.5 軟啟動(dòng)的基本接線(xiàn)92.6電機(jī)軟啟動(dòng)方式的選擇102.7 與傳統(tǒng)啟動(dòng)的比較102.8 單片機(jī)的簡(jiǎn)單介紹112.8.1 單片機(jī)的介紹112.8.2單片機(jī)的硬件特性

8、132.9單片機(jī)的選擇13第三章 軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)153.1 電機(jī)軟啟動(dòng)系統(tǒng)原理方框圖153.2 硬件設(shè)計(jì)153.2.1 單片機(jī)的選型163.2.2 單片機(jī)的連接電路圖173.2.3 可編程邏輯器件的選型173.3 軟起動(dòng)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)193.3.1 軟起動(dòng)控制系統(tǒng)框圖193.3.2 軟起動(dòng)主電路及觸發(fā)電路203.3.3單片機(jī)控制電路243.3.4 三相同步信號(hào)采集電路253.3.5脈沖放大整形電路263.3.6 檢測(cè)電路273.3.7 AD轉(zhuǎn)換電路283.3.8 鍵盤(pán)與顯示電路29第四章 軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)314.1單片機(jī)控制部分程序設(shè)計(jì)314.1.1 主程序的編寫(xiě)314.1

9、.2 軟起動(dòng)子程序324.1.3 CPLD器件分解結(jié)構(gòu)圖334.1.4 同步信號(hào)產(chǎn)生模塊34總 結(jié)36參考文獻(xiàn)37謝 辭39天津理工中環(huán)信息學(xué)院2011屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第一章 緒論三相異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制維護(hù)方便、性能穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)和各種動(dòng)力設(shè)備的拖動(dòng)中。因其直接起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流對(duì)電網(wǎng)及其負(fù)載造成沖擊，同時(shí)由于起動(dòng)應(yīng)力較大，使負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低，因此常采用降壓起動(dòng)方式來(lái)減少影響。但是，傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方式，如星三角起動(dòng)、自耦變壓器起動(dòng)等，要么起動(dòng)電流和機(jī)械沖擊過(guò)大，要么體積龐大笨重、損耗大，要么起動(dòng)力矩小、維修率高等等，都不盡人意。隨著電子技術(shù)的發(fā)展

10、，使用軟啟動(dòng)器可以無(wú)沖擊而平滑地起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來(lái)調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)達(dá)到最佳的起停狀態(tài)，從而延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備的維修量，提高經(jīng)濟(jì)效益。1.1交流電機(jī)軟啟動(dòng)存在的問(wèn)題我們都知道，全壓?jiǎn)?dòng)有什么缺陷：1.起動(dòng)電流達(dá)到電機(jī)全載工作電流的800%以上。2.巨大的起動(dòng)電流引起電網(wǎng)電壓下降，影響到其他負(fù)載。3.電氣元件（接觸器、過(guò)載）必須選擇能耐受滿(mǎn)浪涌電流的規(guī)格。4.機(jī)械系統(tǒng)- 齒輪箱、風(fēng)扇皮帶、電機(jī)軸、水泵軸壽命縮短，磨損加劇。5.易碎的產(chǎn)品碎裂、破裂、散落，定位產(chǎn)品的位移等。由上面可以看出全壓?jiǎn)?dòng)還是有蠻多缺陷的，所以就提出了降壓?jiǎn)?dòng)這個(gè)概念。傳統(tǒng)的起動(dòng)方式有Y

11、-起動(dòng)，串電抗器降壓起動(dòng)，自藕變壓器降壓起動(dòng)、延邊三角形起動(dòng)等。上述種種方式，在起動(dòng)過(guò)程中，都有一個(gè)線(xiàn)圈電壓切換過(guò)程，因而對(duì)電網(wǎng)存在“二次沖擊”的問(wèn)題。軟起動(dòng)器將電力電子技術(shù)與微電腦控制技術(shù)相結(jié)合(結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù))，起動(dòng)時(shí)，由電子電路控制晶閘管的導(dǎo)通角使輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，自動(dòng)地將起動(dòng)電壓連續(xù)、平滑地上升，直至晶閘管全導(dǎo)通，達(dá)到額定電壓，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊軟起動(dòng)；停機(jī)時(shí)，則控制晶閘管的關(guān)斷速度，使電機(jī)的端電壓由全電壓逐漸下降至零，實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)；并能徹底的解決傳統(tǒng)起動(dòng)方式帶來(lái)的“二次沖擊”的問(wèn)題。1.2 軟啟動(dòng)器的簡(jiǎn)單介紹軟啟動(dòng)顧名思義，就是不直接啟動(dòng)，而是慢慢的、一點(diǎn)一點(diǎn)的啟動(dòng)。比

12、如在電機(jī)的輸入端一點(diǎn)一點(diǎn)地把電壓從0升高到額定電壓，頻率由0漸漸的變化到額定頻率，這樣電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中的啟動(dòng)電流，就由過(guò)去不可控的過(guò)載沖擊電流變成為可控的、可根據(jù)需要調(diào)解大小的啟動(dòng)電流。電機(jī)啟動(dòng)的全過(guò)程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動(dòng)運(yùn)行。這就是所謂的電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)。軟啟動(dòng)器于20世紀(jì)70年代末和80年代初投入市場(chǎng)，填補(bǔ)了星-三角啟動(dòng)器和變頻器在功能實(shí)用性和價(jià)格之間的鴻溝。采用軟啟動(dòng)器，可以控制電動(dòng)機(jī)電壓，使其在啟動(dòng)過(guò)程中逐漸升高，很自然地控制啟動(dòng)電流，這就意味著電動(dòng)機(jī)可以平穩(wěn)啟動(dòng)，機(jī)械和電應(yīng)力降至最小。因此軟啟動(dòng)器在市場(chǎng)上得到廣泛應(yīng)用，并且軟啟動(dòng)器所附帶的軟停車(chē)功能有效地避免水泵停止時(shí)所產(chǎn)生

13、的“水錘效應(yīng)”。 圖1.1 軟啟動(dòng)器figure 1.1 Soft starter異步電動(dòng)機(jī)以其優(yōu)良的性能及無(wú)需維護(hù)的特點(diǎn)，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。然而由于其起動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生較大沖擊電流(一般為Ie的5-8倍)，同時(shí)由于起動(dòng)應(yīng)力較大，使負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。國(guó)家有關(guān)部門(mén)對(duì)電機(jī)起動(dòng)早有明確規(guī)定，即電機(jī)起動(dòng)時(shí)的電網(wǎng)電壓將不能超過(guò)15%。解決辦法有兩個(gè)：增大配電容量，采用限制電機(jī)起動(dòng)電流的起動(dòng)設(shè)備，如果僅僅為起動(dòng)電機(jī)而增大配電容，從經(jīng)濟(jì)角度上來(lái)說(shuō)，顯然不可取。為此，人們往往需要配備限制電機(jī)起動(dòng)電流的起動(dòng)設(shè)備，過(guò)去人們多采用Y/轉(zhuǎn)換，自藕降壓，磁控降壓等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些方法雖然可以起到一定的限流作用

14、，但沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。 伴隨傳動(dòng)控制對(duì)自動(dòng)化要求的不斷提高，采用可控硅為主要器件、單片機(jī)為控制核心的智能型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)設(shè)備軟起動(dòng)器，已在各行各業(yè)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，由于軟起動(dòng)器性能優(yōu)良、體積小、重量輕，并且具有智能控制及多種保護(hù)功能，而且各項(xiàng)起動(dòng)參數(shù)可根據(jù)不同負(fù)載進(jìn)行調(diào)整，其負(fù)載適應(yīng)性很強(qiáng)。因此電子式軟起動(dòng)器將逐步取代落后的Y/、自耦減壓和磁控式等傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)設(shè)備成為必然。 電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，智能型軟起動(dòng)器得到廣泛應(yīng)用。智能型軟起動(dòng)器是一種集軟起動(dòng)、軟停車(chē)、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新穎電機(jī)控制裝置，又稱(chēng)為SoftStarter。它不僅實(shí)現(xiàn)在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊而平滑的起動(dòng)電機(jī)，而

15、且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來(lái)調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)，如限流值、起動(dòng)時(shí)間等。此外，它還具有多種對(duì)電機(jī)保護(hù)功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)設(shè)備的諸多弊端。1.2.1 軟啟動(dòng)器的保護(hù)功能1.過(guò)載保護(hù)功能：軟起動(dòng)器引進(jìn)了電流控制環(huán)，因而隨時(shí)跟蹤檢測(cè)電機(jī)電流的變化狀況。通過(guò)增加過(guò)載電流的設(shè)定和反時(shí)限控制模式，實(shí)現(xiàn)了過(guò)載保護(hù)功能，使電機(jī)過(guò)載時(shí)，關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2.缺相保護(hù)功能：工作時(shí)，軟起動(dòng)器隨時(shí)檢測(cè)三相線(xiàn)電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護(hù)反應(yīng)。 3.過(guò)熱保護(hù)功能：通過(guò)軟起動(dòng)器內(nèi)部熱繼電器檢測(cè)晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過(guò)允許值后自動(dòng)關(guān)斷晶閘管，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 4.其它功能：

16、通過(guò)電子電路的組合，還可在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護(hù)。1.2.2 它與變頻器有的區(qū)別軟啟動(dòng)器和變頻器是兩種完全不同用途的產(chǎn)品。變頻器是用于需要調(diào)速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時(shí)改變頻率；軟啟動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，用于電機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸出只改變電壓并沒(méi)有改變頻率。變頻器具備所有軟啟動(dòng)器功能，但它的價(jià)格比軟啟動(dòng)器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。大多數(shù)軟啟動(dòng)器在晶閘管兩側(cè)有旁路接觸器觸頭，其優(yōu)點(diǎn)是： 1.在電機(jī)運(yùn)行時(shí)可以避免軟啟動(dòng)器產(chǎn)生的諧波。2.軟啟動(dòng)的晶閘管僅在起動(dòng)停車(chē)時(shí)工作，可以避免長(zhǎng)期運(yùn)行使晶閘管發(fā)熱，延長(zhǎng)了使用壽命。 3.一旦軟啟動(dòng)器發(fā)生故障，可由旁路接觸器作為應(yīng)急備用。1.2.3 軟啟動(dòng)的作用軟

17、啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車(chē)功能，軟停車(chē)與軟啟動(dòng)過(guò)程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車(chē)引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。軟起動(dòng)器安裝調(diào)節(jié)方便，所有控制連接及參數(shù)調(diào)節(jié)均在正面

18、上完成。該軟啟動(dòng)器在安裝后用戶(hù)仍可方便就地改造，如：附加限流功能和內(nèi)接/外接轉(zhuǎn)換選擇。該軟起動(dòng)器可不帶旁路持續(xù)在線(xiàn)運(yùn)行。軟起動(dòng)器為旁路和故障單獨(dú)設(shè)置了控制繼電器。該軟起動(dòng)器所有參數(shù)均通過(guò)面板上的三只旋鈕電位計(jì)和一只拔碼開(kāi)關(guān)設(shè)定，直觀(guān)準(zhǔn)確。它甚至可以工作在有振動(dòng)和環(huán)境溫度較高的應(yīng)用場(chǎng)合。當(dāng)該軟起動(dòng)器用于內(nèi)接時(shí)因可控硅模塊上承受的是三角形接法時(shí)的相電流，所以相同電流的軟起動(dòng)器在內(nèi)接時(shí)可以負(fù)載比外接時(shí)大1.73倍的電機(jī)。如一臺(tái)58A的S型軟起動(dòng)器內(nèi)接應(yīng)用時(shí)可以負(fù)載100A的電機(jī)。 原則上，籠型異步電動(dòng)機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可適用。應(yīng)用范圍是交流電380V（也可660V），電機(jī)功率從幾千瓦到8

19、00千瓦。軟起動(dòng)器特別適用于各種泵類(lèi)負(fù)載或風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載，需要軟起動(dòng)與軟停車(chē)的場(chǎng)合。同樣對(duì)于變負(fù)載工況、電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，可廣泛用于紡織，冶金、石油化工、水處理、船舶、運(yùn)輸、醫(yī)藥、食品加工，采礦和機(jī)械設(shè)備等行業(yè)。1.2.4 軟啟動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于大功率異步電動(dòng)機(jī)而言，軟啟動(dòng)比硬起動(dòng)（即直接起動(dòng)）和傳統(tǒng)降壓起動(dòng)具有以下主要優(yōu)點(diǎn)： 1.減少起動(dòng)過(guò)程引起的電網(wǎng)電壓降使之不影響同一供電網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行； 2.對(duì)電動(dòng)機(jī)提供平滑的起動(dòng)過(guò)程，降低電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中線(xiàn)路的沖擊電流，減少電動(dòng)機(jī)（傳動(dòng)機(jī)械）的沖擊電流及對(duì)電網(wǎng)和配電系統(tǒng)的沖擊，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)（傳動(dòng)機(jī)械）使用壽命；3.減少電磁干擾：硬起動(dòng)產(chǎn)生的沖擊電流

20、會(huì)以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運(yùn)行；4.有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制功能，用一臺(tái)起動(dòng)器控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，起動(dòng)電流、起動(dòng)時(shí)間可分別設(shè)置；多種起動(dòng)模式：電壓斜坡起動(dòng)、限流起動(dòng)、脈沖突跳起動(dòng)，具有軟停車(chē)功能； 5.具有完善的保護(hù)功能：過(guò)載保護(hù)、斷相保護(hù)、過(guò)壓和欠壓保護(hù)等。1.3 國(guó)內(nèi)外軟啟動(dòng)現(xiàn)狀隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的日新月異，智能控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。如：智能大廈、無(wú)人值守泵站、無(wú)人值守供熱站、各種遙控調(diào)度系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化等等。這正是國(guó)家實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，也是每一個(gè)技術(shù)人員肩負(fù)的重要責(zé)任。智能控制技術(shù)的應(yīng)用，給我們提出了很多要求。如電網(wǎng)的波動(dòng)性，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能配套等，都要

21、求越來(lái)越嚴(yán)格。作為重要驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，它的控制方式受到廣大技術(shù)人員的高度重視。既要為智能控制打下良好基礎(chǔ)，又要降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。所以，不得不在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)設(shè)備上做工作。鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)電子軟啟動(dòng)器的誕生給技術(shù)人員解決了這個(gè)問(wèn)題。它既能改變電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，更能保證電動(dòng)機(jī)可靠起動(dòng)，又能降低起動(dòng)沖擊。我國(guó)軟起動(dòng)行業(yè)現(xiàn)狀與國(guó)外有所不同，國(guó)產(chǎn)液態(tài)軟起動(dòng)裝置占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額。國(guó)產(chǎn)液態(tài)軟起動(dòng)裝置比國(guó)外產(chǎn)品簡(jiǎn)單，成本更低，電解液配置不采用蒸餾水，液箱也做成不密封的。國(guó)產(chǎn)裝置得以流行的原因是它比較適合現(xiàn)時(shí)我國(guó)的國(guó)情。它能夠滿(mǎn)足起碼的軟起動(dòng)要求，售價(jià)低，維護(hù)雖然麻煩，但難度

22、不大。在國(guó)家政策、經(jīng)濟(jì)環(huán)境的影響下，用戶(hù)對(duì)電氣設(shè)備節(jié)能要求不斷提高，加上近年來(lái)電力行業(yè)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)用戶(hù)對(duì)軟起動(dòng)器產(chǎn)品認(rèn)識(shí)的提高。國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商開(kāi)始在軟起動(dòng)器市場(chǎng)的研發(fā)、生產(chǎn)和制造加大投入，推出各類(lèi)型610kV的國(guó)產(chǎn)固態(tài)軟起動(dòng)系統(tǒng)，促進(jìn)了整個(gè)軟啟動(dòng)市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)和增長(zhǎng)。單純起動(dòng)功能的軟起動(dòng)器產(chǎn)品已經(jīng)不能滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，評(píng)選“設(shè)計(jì)師最喜愛(ài)的軟起動(dòng)器品牌”活動(dòng)正是希望從一線(xiàn)設(shè)計(jì)師的工作中總結(jié)軟起動(dòng)器未來(lái)發(fā)展的方向。從國(guó)外軟啟動(dòng)器的發(fā)展?fàn)顩r看，發(fā)達(dá)國(guó)家的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)產(chǎn)品主要是固態(tài)軟起動(dòng)裝置和兼作軟起動(dòng)的變頻器。在生產(chǎn)工藝兼有調(diào)速要求時(shí)，則采用變頻裝置；在沒(méi)有調(diào)速要求的使用場(chǎng)合下，起動(dòng)負(fù)載較輕時(shí)（例如風(fēng)

23、機(jī)、水泵）采用固態(tài)軟起動(dòng)；在重載或負(fù)載功率特別大的時(shí)候，才用變頻軟起動(dòng)。固態(tài)軟起動(dòng)裝置是發(fā)達(dá)國(guó)家軟起動(dòng)的主流產(chǎn)品，各知名廠(chǎng)家均有自己固態(tài)軟起動(dòng)的品牌，在其功能上又各具特色。而液態(tài)軟起動(dòng)產(chǎn)品，由于其種種缺點(diǎn)，在降壓軟起動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展空間有限。發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的液態(tài)軟起動(dòng)產(chǎn)品，一般用在中壓繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)中。進(jìn)口的液態(tài)軟起動(dòng)產(chǎn)品，主要是60年代到90年代的產(chǎn)品，在發(fā)達(dá)國(guó)家有被淘汰的趨勢(shì)。1.4 本課題的意義及主要工作電機(jī)直接起動(dòng)存在較大的沖擊，消耗了大量電能?？此浦苯悠饎?dòng)方式起動(dòng)簡(jiǎn)單，其實(shí)電機(jī)在直接起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的瞬間電流沖擊，造成許多危害：A過(guò)大的熱應(yīng)力極易導(dǎo)致繞組損壞，造成繞組絕緣提前老化，從

24、而降低電動(dòng)機(jī)的使用壽命B過(guò)大的起動(dòng)電流將使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩沖擊很大C過(guò)大的起動(dòng)電流還造成對(duì)電網(wǎng)的沖擊，造成能源浪費(fèi)，傳統(tǒng)降壓起動(dòng)方法無(wú)法從根本上解決這些問(wèn)題。因此研究交流電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)器控制系統(tǒng)，以此來(lái)克服上述電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的缺點(diǎn)，是很有現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益的。課題主要工作：（a）實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)軟起動(dòng)數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（b）采用51單片機(jī)，設(shè)計(jì)單片機(jī)及其接口電路、晶閘管主電路和驅(qū)動(dòng)板。（c）應(yīng)用Keil編程軟件，設(shè)計(jì)交流電機(jī)軟起動(dòng)器控制軟件，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。第二章 軟啟動(dòng)的基本原理和特點(diǎn)2.1 軟啟動(dòng)原理軟啟動(dòng)是指運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟啟動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從

25、零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓的起動(dòng)方法。軟啟動(dòng)器是一種集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車(chē)、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路，通過(guò)運(yùn)用不同的方法，控制三相反向并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電動(dòng)機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。如圖2.1所示。 圖2.1基本原理圖Figure 2.1 basic principle diagram目前使用的軟啟動(dòng)器，基本上是以單片機(jī)作為中央控制器控制核心來(lái)完成測(cè)量及各種控制算法，用程序軟件自動(dòng)控制整個(gè)起動(dòng)過(guò)程。它通過(guò)單片機(jī)及相應(yīng)的數(shù)字電路控制晶閘管觸發(fā)

26、脈沖的遲早來(lái)改變觸發(fā)角的大小，從而改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，最終改變加到電動(dòng)機(jī)三相繞組的電壓大小。由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的平方成正比，電流又和定子電壓成正比。這樣，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的限制可以通過(guò)定子電壓的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，而定子電壓又是通過(guò)可控硅的導(dǎo)通相角來(lái)控制的，所以不同的初始相角可實(shí)現(xiàn)不同的端電壓，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的最大值可根據(jù)負(fù)載而設(shè)定,以滿(mǎn)足不同的負(fù)載起動(dòng)要求。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，晶閘管的導(dǎo)通角逐漸增大，晶閘管的輸出電壓也逐漸增加，電動(dòng)機(jī)從零開(kāi)始加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑起動(dòng)，并使電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上。2.2 軟啟動(dòng)常用的幾種啟動(dòng)方式1.

27、限流起動(dòng) 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，軟啟動(dòng)器輸出電壓從零迅速增加，直到輸出電流上升到設(shè)定的限流值Iq，在輸出電流不大于Iq下，電壓逐漸上升，電機(jī)加速，直到起動(dòng)完成。如圖2.2所示，Iq可調(diào)，Ie為電機(jī)額定電流。此方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，且可按需要調(diào)整，對(duì)電網(wǎng)影響小。缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間；損失起動(dòng)力矩，起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。圖2.2 限流起動(dòng)示意圖Figure 2.2 current limiting start schemes2.電壓斜坡起動(dòng) 指輸出電壓按預(yù)先設(shè)定的斜坡線(xiàn)性上升，即電壓由小到大斜坡線(xiàn)性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)從有級(jí)變成了無(wú)級(jí)。主要用在重載起動(dòng)，它

28、的缺點(diǎn)是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性?huà)佄锞€(xiàn)型上升對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)不利，且起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。如圖2.3所示。圖2.3 電壓斜坡起動(dòng)示意圖Figure 2.3 voltage ramp start schemes3.突跳控制起動(dòng) 也是用在重載起動(dòng)，不同的是在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動(dòng)時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷，應(yīng)用時(shí)要特別注意。如圖2.4所示。圖2.4 突跳控制起動(dòng)示意圖Figure 2.4 turkestan jump control diagram starting4.電壓控制起動(dòng) 用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，在保證起動(dòng)壓降下發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，

29、盡可能的縮短了起動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟啟動(dòng)方式。2.3 軟啟動(dòng)常用的幾種停機(jī)方式1.自由停車(chē) 傳統(tǒng)的控制方式都是通過(guò)瞬間停電完成的，即慣性停車(chē)（斷電自停）。2.軟停車(chē) 如圖2.5所示，在停車(chē)信號(hào)發(fā)出后，軟啟動(dòng)器輸出電壓從額定電壓Ue迅速降到跌落電壓Usd，再按所設(shè)定的時(shí)間降到起始電壓Ui，軟啟動(dòng)器停止輸出。 這種停車(chē)方式可以消除由于自由停車(chē)帶來(lái)的拖動(dòng)系統(tǒng)反慣性沖擊，如皮帶運(yùn)輸機(jī)、升降機(jī)等許多負(fù)荷并不宜突然停機(jī)，高層建筑的水泵系統(tǒng)也因自由停車(chē)，而產(chǎn)生巨大的“水錘”效應(yīng)，使管道、水泵損壞。軟停車(chē)功能正好能滿(mǎn)足此要求。晶閘管在收到軟停機(jī)信號(hào)后，導(dǎo)通角漸減，經(jīng)一定時(shí)間才過(guò)渡到全關(guān)，即電動(dòng)機(jī)端電壓漸減至

30、零，停車(chē)時(shí)間可按實(shí)際需要設(shè)定。圖2.5 軟停車(chē)示意圖Figure 2.5 soft parking schemes3.制動(dòng)停車(chē) 向電機(jī)輸入直流電流，從而加快制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)間可調(diào)，主要用于慣性力矩大的負(fù)載或需快速停機(jī)的場(chǎng)合，在一定的場(chǎng)合代替了反接制動(dòng)停車(chē)。2.4 接觸器旁路工作軟啟動(dòng)器有在線(xiàn)型和旁路型。在線(xiàn)型是指起動(dòng)完畢，不需要觸器旁路，一直帶電工作的工作方式，晶閘管長(zhǎng)期在線(xiàn)運(yùn)行功耗太大造成能源浪費(fèi)、給電網(wǎng)帶來(lái)高次諧波污染等。旁路型是為了延長(zhǎng)使用壽命，使電網(wǎng)避免諧波污染，減少軟啟動(dòng)器中的晶閘管發(fā)熱損耗，在電動(dòng)機(jī)達(dá)到滿(mǎn)速運(yùn)行時(shí)用旁路接觸器取代已完成起動(dòng)任務(wù)的軟啟動(dòng)器。旁路型電路復(fù)雜化，系統(tǒng)可靠性降低

31、。2.5 軟啟動(dòng)的基本接線(xiàn)KRQS110/P型軟啟動(dòng)器基本接線(xiàn)示意圖如圖2.6所示：圖2.6 基本接線(xiàn)示意圖Figure 2.6 basic wiring diagram全數(shù)字電子軟啟動(dòng)器不僅能有效控制鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流，減緩電流對(duì)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，還能在起動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程檢測(cè)電流、電壓參數(shù)，對(duì)異常情況進(jìn)行處理、顯示及報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)。 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高和工作特性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今工業(yè)應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，但它有一明顯缺點(diǎn)，就是起動(dòng)電流過(guò)大(一般起動(dòng)電流為額定電流的57倍甚至更大)，這樣不論是對(duì)電動(dòng)機(jī)本身，還是對(duì)電網(wǎng)以及其他電氣設(shè)備，都會(huì)

32、產(chǎn)生不利的影響。 電子軟啟動(dòng)器的誕生，已經(jīng)從很大程度上提供了解決這個(gè)技術(shù)難題的有效手段，而且近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)以及智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電子軟啟動(dòng)器已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的起動(dòng)方法，例如“Y”降壓起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)以及磁性調(diào)壓起動(dòng)等。所謂電子軟啟動(dòng)器，就是使用晶閘管調(diào)壓技術(shù)，采用單片機(jī)控制的起動(dòng)器，在用戶(hù)規(guī)定的起動(dòng)時(shí)間內(nèi)自動(dòng)地將起動(dòng)電壓連續(xù)平滑地上升，直到達(dá)到額定電壓，從而達(dá)到有效控制起動(dòng)電流的目的。2.6電機(jī)軟啟動(dòng)方式的選擇作為應(yīng)用最廣泛的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，它采用降壓起動(dòng)的條件：一是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，機(jī)械不能承受全壓起動(dòng)的沖擊轉(zhuǎn)矩；二是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端電壓不能滿(mǎn)足規(guī)范要求；三是電動(dòng)機(jī)起

33、動(dòng)時(shí)，影響其他負(fù)荷的正常運(yùn)行。對(duì)于降壓起動(dòng)目前有兩種方式，一種是降壓起動(dòng)，一種是軟啟動(dòng)。他經(jīng)過(guò)了三個(gè)發(fā)展階段，一是“ Y-” 起動(dòng)器和自藕降壓起動(dòng)器，二是磁控式軟啟動(dòng)器，三是目前最先進(jìn)最流行的電子軟啟動(dòng)器。電子軟啟動(dòng)器一般都是采用16位單片機(jī)進(jìn)行智能化控制，他既能保證電動(dòng)機(jī)在負(fù)載要求的起動(dòng)特性下平滑起動(dòng)，又能降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)直接計(jì)算機(jī)通訊控制，為自動(dòng)化智能控制打下良好的基礎(chǔ)。它們的造價(jià)比較是：“ Y-”起動(dòng)器須六根出線(xiàn)而且故障率太高，維修費(fèi)也高已不常采用，自藕方式每個(gè)千瓦80元左右，磁控的每千瓦150元左右，自藕和磁控的體積較大且故障率較高，維修費(fèi)較高，電子軟啟動(dòng)器每個(gè)千瓦在1

34、00元到200元之間，一般情況下，一臺(tái)開(kāi)關(guān)柜能放多臺(tái)電子軟啟動(dòng)器，節(jié)省工程造價(jià)，且故障率較低，維修費(fèi)也低。所以，電子軟啟動(dòng)器應(yīng)是我們首選的目標(biāo)。2.7 與傳統(tǒng)啟動(dòng)的比較籠型電機(jī)傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方式有 Y- 起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)、電抗器起動(dòng)等。這些起動(dòng)方式都屬于有級(jí)減壓起動(dòng)，存在明顯缺點(diǎn)，即起動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)二次沖擊電流。由于傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方式技術(shù)落后，國(guó)家已明令淘汰。軟啟動(dòng)與傳統(tǒng)減壓起動(dòng)方式的不同之處是： （1）無(wú)沖擊電流。軟啟動(dòng)器在起動(dòng)電機(jī)時(shí)，通過(guò)逐漸增大晶閘管導(dǎo)通角，使電機(jī)起動(dòng)電流從零線(xiàn)性上升至設(shè)定值。對(duì)電機(jī)無(wú)沖擊，提高了供電可靠性，平穩(wěn)起動(dòng)，減少對(duì)負(fù)載機(jī)械的沖擊轉(zhuǎn)矩，延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命。 （2）有

35、軟停車(chē)功能，即平滑減速，逐漸停機(jī)，它可以克服瞬間斷電停機(jī)的弊病，減輕對(duì)重載機(jī)械的沖擊。 （3）起動(dòng)參數(shù)可調(diào)，根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)整至最佳的起動(dòng)電流。2.8 單片機(jī)的簡(jiǎn)單介紹單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2.8.1 單片機(jī)的介紹單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller

36、 Unit），常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專(zhuān)用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片

37、機(jī)，但因?yàn)樾詢(xún)r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專(zhuān)用處理器，而普通的型號(hào)出廠(chǎng)價(jià)格跌落至1美元，最高端1的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至

38、可以直接使用專(zhuān)用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機(jī)比專(zhuān)用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話(huà)、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。

39、相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線(xiàn)，還有和硬盤(pán)作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò)10元即可.用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！.它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線(xiàn)式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線(xiàn)式

40、就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線(xiàn)式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。   圖2.7 單片機(jī)芯片F(xiàn)igure 2.7 single-chip microcomputer chip單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開(kāi)發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話(huà)，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只

41、因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸！對(duì)于家用PC的硬盤(pán)來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用

42、軟件拿到家用PC上來(lái)運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等組成。還有一類(lèi)計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱(chēng)微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類(lèi)頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一

43、旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱(chēng)前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠(chǎng)的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。2.8.2單片機(jī)的硬件特性1、單片機(jī)集成度高。單片機(jī)包括CPU、4KB容量的ROM（8031 無(wú)）、128 B容量的RAM、 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、4個(gè)8位并行口、全雙工串口行口。 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化; 3、單片機(jī)可靠性高，可工作到106 107小時(shí)無(wú)故障; 4、處理功能強(qiáng)，速度快。2.9單片機(jī)的選擇AT89C5

44、1是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。所以我們選擇AT89C51單片機(jī)。AT89C51的主要特征：（1）與MCS-51 兼容（2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器（3）壽命：1000寫(xiě)/擦循

45、環(huán)（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz（6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定（7）128*8位內(nèi)部RAM（8）32可編程I/O線(xiàn)（9）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（10）5個(gè)中斷源（11）可編程串行通道（12）低功耗的閑置和掉電模式（13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路（14）AT89C51管腳說(shuō)明：（15）VCC：供電電壓。（16）GND：接地。1.P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)

46、，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。2.P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。3.P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)

47、，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。4.P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。第三章 軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 電機(jī)軟啟動(dòng)系統(tǒng)原理方框圖基于單片機(jī)的電機(jī)軟啟動(dòng)系統(tǒng)原理方框圖如圖3.1所示。本系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心組成晶閘管觸發(fā)控制系統(tǒng), 該系統(tǒng)能實(shí)

48、現(xiàn)復(fù)雜的控制算法, 從而完成復(fù)雜的控制任務(wù)。該晶閘管裝置采用反并聯(lián)方式。該裝置可在異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止過(guò)程中將繼電器斷開(kāi), 并通過(guò)晶閘管三相交流調(diào)壓裝置對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制,而在電機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中將繼電器接通, 并把三相交流電直接加到電動(dòng)機(jī)上。這樣, 既能保證電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)與軟停止, 又能在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)用繼電器短接晶閘管裝置, 從而去除晶閘管裝置的附加能耗, 提高系統(tǒng)的可靠性。單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能主要是讀取啟動(dòng)停止信號(hào), 通過(guò)輸入的同步信號(hào)并按照一定的規(guī)律產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)控制信號(hào)和繼電器的控制信號(hào), 同時(shí)進(jìn)行狀態(tài)和故障顯示。單片機(jī)產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖經(jīng)光耦隔離后, 可用于觸發(fā)主電路的晶閘管。單片機(jī)則

49、可根據(jù)檢測(cè)得到的輸入信號(hào), 來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行繼電保護(hù)。圖3.1 電機(jī)軟啟動(dòng)系統(tǒng)原理方框圖Figure 3.1 motor soft start-up system principle charts3.2 硬件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的硬件部分主要包括單片機(jī)AT89S51和Altera公司的CPLD器件EPM7128 SLC8415為核心器件，輔以外圍電路。其中單片機(jī)主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和算法生成并完成數(shù)據(jù)處理工作，CPLD負(fù)責(zé)軟起動(dòng)器觸發(fā)脈沖及單片機(jī)邏輯擴(kuò)展。3.2.1 單片機(jī)的選型本系統(tǒng)中單片機(jī)主要用來(lái)作數(shù)據(jù)處理及讀取按鍵信號(hào)和故障信號(hào)顯示的功能，所以我們只要考慮它的運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量以及IO口的數(shù)量即可?？紤]到這些

50、因素，我們采用了ATMEL公司的產(chǎn)品AT89S51芯片作為控制系統(tǒng)的核心控制部件。AT89S51兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及89C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，體積小，功能全，適合于機(jī)電一體化的智能控制。物美價(jià)廉而功能強(qiáng)大的AT89S51為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。AT89S51單片機(jī)是一種低功耗、高性能的8位微控制器，其主要部分包括：內(nèi)部包含有1個(gè)8位CPU、振蕩器和時(shí)鐘電路、4K字節(jié)的Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，2個(gè)外部雙向輸入，輸出(IO)口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)和2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16

51、位J編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙上串行通信口，看門(mén)狗(WDT)電路。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能自至外中斷激活或硬件復(fù)位。AT89s51封裝及主要引腳功能說(shuō)明：PO口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向加口，即地址，數(shù)據(jù)線(xiàn)復(fù)用口，每腳可吸收81TL門(mén)電流。對(duì)端口PO寫(xiě)“1“時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。PO能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)上電址的低8位。P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I0口，P1口輸出

52、緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)11'L邏輯電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。Pl口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低8位地址接受。P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I0口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)rrL邏輯電路。對(duì)端口P2寫(xiě)1，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙I0口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)1限邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3

53、口也可作為AT89S51的一些特殊功能口。ALEPROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。再FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。一般情況下，ALE端以不變的頻率周期輸出固定的脈沖信號(hào)，此頻率為其頻率的16。因此它可用作對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)口的。要注意的是：每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可再SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。另外，該引腳略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，值位無(wú)效。圖3.2 AT89C51單片機(jī)引腳圖Figure

54、 3.2 AT89C51 pins figure3.2.2 單片機(jī)的連接電路圖 單片機(jī)的連接電路圖如圖3.3所示。VREF8GND3VCC20CS1DI74GND10RFB9WR12DI65DI56DI47IOUT111IOUT212DI11(DI3)13DI10 (DI2)14DI9 (DI1)15DI8 (DI0)16XFER17WR218BYTE1/219U1DAC1230+15VWRCSWRXFERVOUT2V+1GND3U2AD581VREFVREFR12.2k-15VC10.1uFVREF32184U3:AOP285GP+15V-15VR21M567U3:BOP285GPR324.

55、9kR449.9kR549.9kVOUTC210pFXTAL218XTAL119RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115AD0.7A8.15ALE30EA31PSEN29P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48U4AT89C51RD2D3D2D1D0D4D5D6D7D0.7A8.15C51uFR620kX111.059MHzC327pC427pWRA2Y04B3Y15Y26E1Y37U5:A74HC139A15A14A14Y012B13Y111Y210E15Y39U5:B74HC139A13A12