刮板輸送機(jī)的變頻軟起動(dòng)

1、摘要刮板輸送機(jī)是煤礦開(kāi)采的關(guān)鍵設(shè)備之一，是采煤工作面唯一的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備。隨著刮板輸送機(jī)裝機(jī)功率的增大，它的起動(dòng)問(wèn)題越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。軟起動(dòng)器因?yàn)槠饎?dòng)電流小、節(jié)約能源以及減少了對(duì)機(jī)械的起動(dòng)沖擊，而廣泛應(yīng)用于三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)中。傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方法基本上是靠單純的降低電壓來(lái)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩很小，不適用于刮板輸送機(jī)。本文在分析大功率刮板輸送機(jī)的基礎(chǔ)上，根據(jù)刮板輸送機(jī)的具體要求，采用變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)。系統(tǒng)的控制電路采用新的起動(dòng)方法變頻起動(dòng)，來(lái)保證電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)初期具有低電流、高轉(zhuǎn)矩的特性。系統(tǒng)采用IGBT作為主功率器件，以80C196MC單片機(jī)為控制核心，充分利

2、用其片內(nèi)波形發(fā)生器能直接用軟件產(chǎn)生PWM波的特點(diǎn)，同時(shí)采用M57962K-01構(gòu)成IGBT的驅(qū)動(dòng)電路，在控制上采用恒UF控制且在低頻補(bǔ)償?shù)牟呗?。本文還給出了系統(tǒng)的軟件、硬件和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法。這些設(shè)計(jì)使系統(tǒng)能夠可靠工作，運(yùn)行狀態(tài)良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī)； 變頻軟起動(dòng)； 變頻調(diào)速； 恒UF控制； PWM波80C196MCAbstractArmored Face Conveyor is one of the key equipments in coal mining face , and what is more is that it is the only continuous

3、 conveying equipment . With the increase of the , more and more attentions are paid on it. Soft starter is widely used in the startup of asynchronous electromotor because of its small startup current , the economy of energy sources and reducing mechanical startup impact . Conventional reduced-voltag

4、e start methods start up asynchronous electromotor merely by decreasing voltageSo the startup torque is very small and can not fit the request for Armored Face ConveyorBased on the analysis on large power Armored Face Conveyor, and according to the specific requirements of Armored Face Conveyor , th

5、is paper indicates that the variable frequency could be used to realize soft-Start procedure of Armored Face Conveyor. The new method of reducing power supply frequency is proposed in circuit of control system to guarantee high starting torque and small starting current at the startup timeThis kind

6、of drive system uses the power IGBT as main switch, the 16 bit single chip microcomputer 80C196MC as the control unitThe wave form generator can generate directly three phase PWM wave forms by software in the 80C196MC. The IGBT drive circuit uses M57962K-01 driver. The system use constant V/F contro

7、l and low frequency compensation regulationIn this paper，the software，hardware and protected circuit are discussed These designs can make system work more reliably and reach expectant aimKEYWORDS：Armored Face Conveyor ; the soft starter based on variable frequency; variable frequency variable speed

8、; constant VF control ; PWM wave ; 80C196MC 目錄摘要1Abstract2目錄31緒論11.1刮板輸送機(jī)基本結(jié)構(gòu)11.2刮板輸送機(jī)的起動(dòng)控制要求21.3交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式比較31.4論文研究的內(nèi)容42 刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)器硬件電路設(shè)計(jì)52.1系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)52.3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)92.4檢測(cè)電路設(shè)計(jì)112.4.1 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)112.4.2 電流檢測(cè)及過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)122.5保護(hù)電路設(shè)計(jì)132.5.1過(guò)壓欠壓保護(hù)電路132.5.2泵升控制電路152.5.3過(guò)熱保護(hù)電路172.5.4 斷鏈保護(hù)電路172.5.5 堆煤保護(hù)電路192.5.

9、6故障綜合處理電路202.6控制電路設(shè)計(jì)212.6.1選擇主控芯片80C196MC212.6.2 80C196MC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)212.6.3 80C196MC存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路232.6.4 看門(mén)狗電路252.7 鍵盤(pán)顯示電路272.8 外圍輸入電路292.9系統(tǒng)供電電源設(shè)計(jì)303 刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)器軟件設(shè)計(jì)323.1刮板輸送機(jī)起動(dòng)特點(diǎn)及變頻軟起動(dòng)曲線選擇323.2變頻軟起動(dòng)器的恒壓頻比控制方式343.3變頻軟起動(dòng)器的SPWM產(chǎn)生方式373.4 變頻軟起動(dòng)器主程序383.5刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)參數(shù)設(shè)置子程序403.6 基于Harrison曲線的SPWM子程序403.6.1 SPWM波形生成原理與控

10、制算法403.6.2 基于Harrison曲線的SPWM輸出程序433.7 A/D 轉(zhuǎn)換子程序443.8堵轉(zhuǎn)自動(dòng)控制程序474 系統(tǒng)運(yùn)行484.1變頻軟啟動(dòng)器運(yùn)行前參數(shù)的整定484.2變頻軟啟動(dòng)器運(yùn)行過(guò)程48結(jié)論54附錄 刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)器電路圖55參 考 文 獻(xiàn)56致謝571緒論1.1刮板輸送機(jī)基本結(jié)構(gòu)刮板輸送機(jī)是綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，在煤炭生產(chǎn)過(guò)程中有無(wú)可替代的作用，它的工作情況直接影響井下的生產(chǎn)。工作面刮板輸送機(jī)主要用來(lái)與采煤機(jī)、液壓支架、順槽轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和帶式輸送機(jī)配套而實(shí)現(xiàn)綜采工作面的落煤、裝煤、運(yùn)煤、移溜和頂板支護(hù)等工序的機(jī)械化。刮板輸送機(jī)一般適用于018-415m的煤層，并

11、可作為采煤機(jī)和刨煤機(jī)運(yùn)行的軌道和安裝基礎(chǔ)，以及液壓支架向前移動(dòng)的支點(diǎn)。刮板輸送機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖1-1所示：圖1-1 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)圖機(jī)頭部機(jī)頭部是由機(jī)頭架、鏈輪、減速器、盲軸、聯(lián)軸器和電動(dòng)機(jī)組成，它是將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給刮板鏈的裝置。機(jī)尾部機(jī)尾部分為有驅(qū)動(dòng)裝置的和無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置的兩種。圖1-1所示為有驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)尾部，因機(jī)尾不需要卸載高度，除了機(jī)尾架與機(jī)頭架有所不同外，其他部件與機(jī)頭部相同。中部槽與附屬部件中部槽是刮板輸送機(jī)的機(jī)身，由槽幫鋼和中板焊接而成，上槽是裝運(yùn)物料的承載槽，下槽底部敞開(kāi)供刮板鏈返程用。刮板鏈刮板鏈由鏈條和刮板組成，是刮板輸送機(jī)的牽引構(gòu)件，刮板的作用是刮推槽內(nèi)的物料。目前使用的

12、有中單鏈、中雙鏈和邊雙鏈三種。刮板的間距，由所運(yùn)物料的性質(zhì)、塊度和安裝傾角確定。刮板鏈切人物料的阻力應(yīng)大于物料在槽內(nèi)移動(dòng)的阻力。緊鏈裝置刮板鏈安裝時(shí)，要給予一定的預(yù)緊力，使它運(yùn)行時(shí)在張力最小點(diǎn)不發(fā)生鏈條松弛或堆積。推移裝置推移裝置是在采煤工作面內(nèi)將刮板輸送機(jī)向煤壁推移的機(jī)械。綜采工作面使用液壓支架上的推移千斤頂，非綜采工作面用單體液壓推溜器或手動(dòng)液壓推溜器。1.2刮板輸送機(jī)的起動(dòng)控制要求綜采工作面刮板輸送機(jī)工作條件惡劣，存在停車(chē)的隨時(shí)性。刮板輸送機(jī)鏈條刮板運(yùn)動(dòng)的靜摩擦力很大，特別是刮板輸送機(jī)停機(jī)后，還有片幫煤給輸送機(jī)加載產(chǎn)生“壓溜”，造成設(shè)備難起動(dòng)。井下又受到了電網(wǎng)容量的限制、空間限制、同時(shí)又

13、處于爆炸性氣體與煤塵的環(huán)境中，使解決井下大型運(yùn)輸設(shè)備的重載難起動(dòng)問(wèn)題更加艱難。刮板輸送機(jī)的起動(dòng)控制有以下要求：（1）盡可能小的起動(dòng)電流，以減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊、減少電機(jī)發(fā)熱和供電系統(tǒng)的影響。（2）由于刮板輸送機(jī)起動(dòng)初始為吸收間隙的空載運(yùn)動(dòng)，要求電機(jī)此時(shí)轉(zhuǎn)矩要小，速度要慢；由靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)矩來(lái)克服靜摩擦阻力，并且能有平穩(wěn)提升的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和符合要求的機(jī)械特性曲線，逐步加速；克服靜摩擦后，負(fù)載會(huì)明顯減少，此時(shí)電機(jī)的力矩提升又相對(duì)變慢，這樣才可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)。1.3交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式比較交流感應(yīng)電機(jī)直接起動(dòng)是直接給電機(jī)加額定電壓，起動(dòng)速度快，但危害大。首先，直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流可達(dá)

14、額定電流的47倍，造成電網(wǎng)電壓跌落，對(duì)電網(wǎng)的沖擊很大；其次，直接起動(dòng)產(chǎn)生的過(guò)大沖擊轉(zhuǎn)距往往使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂，定子端部繞組絕緣磨損、擊穿或轉(zhuǎn)軸扭曲等，從而影響電機(jī)的壽命，同時(shí)，過(guò)大的沖擊力會(huì)造成傳動(dòng)的其他設(shè)備非正常的磨耗和老化，影響設(shè)備精度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多種技術(shù)應(yīng)用于軟起動(dòng)領(lǐng)域，出現(xiàn)了許多新型的軟起動(dòng)產(chǎn)品，它們具有控制方式靈活簡(jiǎn)便、對(duì)系統(tǒng)沖擊小、控制元件不易損壞及維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已逐步取代傳統(tǒng)的控制裝置。下面就幾種軟起動(dòng)方式做一些分析比較。（1）傳統(tǒng)起動(dòng)方式 電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)起動(dòng)方式有自耦減壓、Y減壓、串電抗器減壓等。其優(yōu)點(diǎn)是控制線路簡(jiǎn)單、前期投入成本低、維護(hù)方便。傳統(tǒng)起動(dòng)方式

15、缺點(diǎn)是：對(duì)電網(wǎng)的沖擊大，影響電網(wǎng)供電質(zhì)量；對(duì)機(jī)械設(shè)備沖擊大，降低設(shè)備使用壽命；容易導(dǎo)致電氣故障，同時(shí)變壓器容量要求較大。（2）晶閘管調(diào)壓軟起動(dòng)晶閘管調(diào)壓軟起動(dòng)器采用大功率可控硅作主回路開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)改變可控硅的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電壓的平穩(wěn)升降和無(wú)觸點(diǎn)通斷，起動(dòng)電流可以限制到電機(jī)額定電流的175到500。晶閘管調(diào)壓軟起動(dòng)實(shí)質(zhì)上也是一種降壓起動(dòng)，與傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)不同之處在于電壓并非突變，而是利用無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)器件控制電壓的平穩(wěn)上升。（3）變頻軟起動(dòng)方式 變頻起動(dòng)也是一種軟起動(dòng)，是交流異步電動(dòng)機(jī)理想的起動(dòng)方式。它既具有軟起動(dòng)的特點(diǎn)又可在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)調(diào)整頻率。它把電力配電網(wǎng)50Hz恒定頻率的交流電變

16、成可調(diào)頻率的交流電，供普通的交流異步電動(dòng)機(jī)作電源用。由于變頻器采用電壓頻率按比例平滑上升的控制方式，能提供低頻起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有利于電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)，且可控制起動(dòng)速度，是一種真正的平滑軟起動(dòng)方式。同時(shí)它保持了電動(dòng)機(jī)的硬機(jī)械特性，與其他起動(dòng)方式相比，起動(dòng)電流小而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，對(duì)設(shè)備無(wú)沖擊力矩，既不影響其他設(shè)備的運(yùn)行，又有較理想的起動(dòng)特性。通過(guò)綜合研究比較上述起動(dòng)方式同時(shí)結(jié)合刮板輸送機(jī)自身的特點(diǎn)，本文采用變頻軟起動(dòng)作為刮板輸送機(jī)的軟起動(dòng)方式。1.4論文研究的內(nèi)容本文在掌握交流電機(jī)變頻調(diào)速基本原理的基礎(chǔ)上，采用Intel 80C196MC，運(yùn)用SPWM控制算法，提出了刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)器總體設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)

17、闡述了其中關(guān)鍵技術(shù)的研究和設(shè)計(jì)。具體研究工作包括：變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件電路的研究和設(shè)計(jì)、變頻調(diào)速系統(tǒng)控制軟件的研究。硬件電路由主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、系統(tǒng)檢測(cè)保護(hù)電路和電源電路組成。主電路部分由整流電路、濾波電路、逆變電路和IGBT驅(qū)動(dòng)電路?？刂齐娐分饕?0C196MC及其一些外圍設(shè)備構(gòu)成，它主要用來(lái)生成SPWM波形。驅(qū)動(dòng)電路采用三菱公司的IGBT專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)模塊M57962K-01。保護(hù)電路包括過(guò)壓欠壓保護(hù)電路、過(guò)流保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路、泵升檢測(cè)控制電路、堆煤保護(hù)電路和斷鏈保護(hù)電路。2 刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)器硬件電路設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)器以Intel

18、公司的80C196MC為控制核心，由主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和系統(tǒng)檢測(cè)電路、保護(hù)電路組成，其總體設(shè)計(jì)圖如圖2-1所示。圖2-1 刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)器總體設(shè)計(jì)圖如圖2-2所示，主電路部分由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。其工作原理是把三相交流電壓通過(guò)整流模塊變?yōu)橹绷麟妷?，整流后的脈動(dòng)電壓再經(jīng)過(guò)大電容平滑后成為穩(wěn)定的直流電壓。IGBT逆變電路對(duì)該直流電壓進(jìn)行逆變，形成電壓和頻率均可調(diào)的三相交流電，提供給電機(jī)。圖2-2 主電路控制電路主要由80C196MC及其一些外圍設(shè)備構(gòu)成，它主要用來(lái)根據(jù)輸入信號(hào)發(fā)出控制命令和生成SPWM波形。80C196MC 特別集成了專(zhuān)為電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的波形發(fā)生器(WF

19、G)這一功能外設(shè)，使得它在電機(jī)控制中倍受青睞它也被稱(chēng)為電機(jī)控制器(Motor Controller)。驅(qū)動(dòng)電路采用三菱公司的IGBT專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)模塊M57962K-01。M57962K-01因其驅(qū)動(dòng)可靠?jī)r(jià)格低廉被廣泛地應(yīng)用于大功率IGBT驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，它采用雙電源驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成有2500V高隔離電壓的光耦合器和過(guò)電流保護(hù)電路。檢測(cè)電路主要是速度檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路。速度檢測(cè)的目的是檢測(cè)刮板輸送機(jī)在起動(dòng)和運(yùn)行出現(xiàn)的堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)采用霍爾效應(yīng)接近式傳感器作為系統(tǒng)中電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器，傳感器輸出的信號(hào)處理后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，將該信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，就可得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電流檢測(cè)

20、是在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中對(duì)起動(dòng)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)：一方面將電流值送入控制器CPU中進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，完成電機(jī)起動(dòng)，另一方面與過(guò)流設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)過(guò)流故障的及時(shí)保護(hù)。系統(tǒng)保護(hù)電路包括過(guò)壓欠壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、泵升檢測(cè)與控制、斷鏈保護(hù)和堆煤保護(hù)等。過(guò)壓欠壓保護(hù)是檢測(cè)電網(wǎng)電壓，以實(shí)現(xiàn)過(guò)壓欠壓保護(hù)。過(guò)熱保護(hù)是在IGBT模塊的散熱器上加上一個(gè)溫度開(kāi)關(guān)，正常狀態(tài)下溫度開(kāi)關(guān)為常開(kāi)觸點(diǎn)，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度，溫度開(kāi)關(guān)動(dòng)作，光耦導(dǎo)通，輸出信號(hào)為高電平，將該信號(hào)送至CPU，發(fā)出過(guò)熱警報(bào)。設(shè)置泵升檢測(cè)與控制電路是因?yàn)樵谥骰芈分兄绷麟娫措妷簝啥瞬⒙?lián)較大容量的電解電容，而由于主回路直流側(cè)采用不可控整流，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)減速或停車(chē)時(shí)，儲(chǔ)存

21、在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載中的機(jī)械能不能回饋給電網(wǎng)，大部分機(jī)械能變?yōu)殡娔芊答伒诫娙葜?，電容吸收了這些電能后，它兩端的電壓就會(huì)升高產(chǎn)生所謂的泵升電壓U，如果沒(méi)有對(duì)此電壓進(jìn)行限制，它將對(duì)IGBT造成永久性的損害,因此需要設(shè)計(jì)泵生電壓檢測(cè)電路。斷鏈保護(hù)電路是檢測(cè)刮板鏈斷鏈現(xiàn)象，堆煤保護(hù)電路是防止刮板輸送機(jī)的機(jī)頭因堆滿(mǎn)原煤，造成機(jī)頭堵死。2.2主回路設(shè)計(jì)主電路由整流電路和逆變電路構(gòu)成，它是本系統(tǒng)的功率驅(qū)動(dòng)單元。由不可控整流環(huán)節(jié)、中間濾波環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)構(gòu)成。本設(shè)計(jì)所選的刮板輸送機(jī)具體參數(shù)如表2-1所示。刮板輸送機(jī)的電機(jī)是由2個(gè)隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，具體參數(shù)如表2-2所示。型 號(hào)SGB-630/150輸送能力

22、(t/h)250出廠長(zhǎng)度（m）200鏈速（m/s）0.868緊鏈方式磨擦式緊鏈器刮板鏈圓環(huán)鏈破斷負(fù)載343.24KN規(guī)格（斷面節(jié)距）mm1864刮板間距（mm）1024中部槽（長(zhǎng)寬高）mm1200630190整機(jī)重量（不含電機(jī)、減速器）46.7t表2-1刮板輸送機(jī)參數(shù)表2-2電動(dòng)機(jī)參數(shù)功率KW額定電壓V滿(mǎn)載時(shí)轉(zhuǎn)速 r/min電流A功率因數(shù)756601480730.89(1) 整流二極管參數(shù)通過(guò)二級(jí)管峰值電流：Im=Ie=*73=103A流過(guò)二極管電流有效值：ID=Im二極管電流額定值：Ie= =Im=45.37A整流二極管電壓定額：Ud=(23)U=(23)*660V=1900V根據(jù)上式確定的

23、電壓電流，選用200A，2000V的二極管。(2) 濾波電容參數(shù)當(dāng)沒(méi)有濾波電容時(shí)，三相整流輸出平均直流電壓為：UDC=3/*U線=1.35*660=891V加上濾波電容后，VDC的最大電壓可達(dá)到交流線電壓的峰值：UDC=*U線=*660=933V選用兩個(gè)600V的電容串聯(lián)，總耐壓值為1200V (3) IGBT參數(shù)正反相峰值電壓：Um =U=660=933(V)通態(tài)峰值電流：Im=I=103A三相全橋逆變器選用1700V,300A的IGBT2.3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的逆變電路采用了IGBT ，而IGBT應(yīng)用關(guān)鍵是其驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)電路要保證一條低阻抗的放電回路，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電源的內(nèi)阻一定

24、要小，即柵極電容充放電速度要快，以保證VGE有較陡的前后沿，使IGBT開(kāi)關(guān)損耗盡量要小。當(dāng)IGBT承受短路電流時(shí)驅(qū)動(dòng)電路能及時(shí)關(guān)斷，從而對(duì)IGBT 進(jìn)行有效保護(hù)。因此，驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)會(huì)對(duì)IGBT的運(yùn)行性能產(chǎn)生顯著影響，如開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗、短路電流保護(hù)能力和抗dv/dt 能力等。根據(jù)IGBT的型號(hào)類(lèi)型和參數(shù)指標(biāo)合理設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)于充分發(fā)揮IGBT 的性能是十分重要的。對(duì)于IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專(zhuān)用的混合集成驅(qū)動(dòng)器，市場(chǎng)上有很多種IGBT驅(qū)動(dòng)集成電路可供選擇。由于本設(shè)計(jì)所選的刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率很大，為75KW，軟起動(dòng)器逆變電路選用的IGBT是1700V,300A，因此必須選用大功率的IG

25、BT驅(qū)動(dòng)芯片。市場(chǎng)上常用的大功率IGBT芯片主要有以下幾種：日本三菱公司的M579系列、瑞士CONCEPT公司生產(chǎn)的2SD系列等。結(jié)合本設(shè)計(jì)的IGBT選型，這里選用了日本三菱公司的M57962K-01作為驅(qū)動(dòng)芯片，M57962K-01的主要技術(shù)參數(shù)如表2-3所示：表2-3 M57962K-01的主要技術(shù)參數(shù)峰值輸出電流短路保護(hù)電路直接應(yīng)用驅(qū)動(dòng)模塊范圍電壓電流M57962K-015Amps有1700V400AM57962K-01由光耦合器、接口電路、檢測(cè)電路、定時(shí)復(fù)位電路以及門(mén)關(guān)斷電路組成，因其驅(qū)動(dòng)可靠?jī)r(jià)格低廉被廣泛地應(yīng)用于大功率IGBT驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。它采用雙電源驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成有2500V高隔離

26、電壓的光耦合器和過(guò)電流保護(hù)電路。過(guò)電流保護(hù)輸出信號(hào)端子和與TTL電平相兼容的輸入接口。圖2-3是其內(nèi)部原理框圖：圖2-3 M57962K-01內(nèi)部功能模塊框圖本文設(shè)計(jì)的刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)器的IGBT驅(qū)動(dòng)電路如圖2-4所示圖2-4 IGBT驅(qū)動(dòng)電路2.4檢測(cè)電路設(shè)計(jì)2.4.1 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)由于煤礦工作環(huán)境復(fù)雜，刮板輸送機(jī)在起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)常出現(xiàn)難起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)等情況，為保證刮板輸送機(jī)工作正常，本設(shè)計(jì)以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)作為反饋量，通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速判斷電動(dòng)機(jī)是否出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)。在眾多的數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器中，霍爾傳感器具有無(wú)觸點(diǎn)、長(zhǎng)壽命、高可靠性、無(wú)火花、無(wú)自激振蕩、溫度性能好、抗污染能力強(qiáng)、堅(jiān)固、體積小、

27、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)選用霍爾效應(yīng)接近式傳感器作為系統(tǒng)中電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器。該傳感器是開(kāi)關(guān)元件，直接輸出為脈沖頻率信號(hào)，但是由于存在電磁噪聲干擾，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，從而提高采集準(zhǔn)確度和抗干擾能力。處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，將該信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，就可得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的輸出脈沖頻率與轉(zhuǎn)速成正比，根據(jù)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖速度測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法主要有：M法(測(cè)頻率法)、T法(測(cè)周期法)和MT法(頻率周期法)。本設(shè)計(jì)的刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)系統(tǒng)采用測(cè)周期法(T法)，它是測(cè)量霍爾傳感器所產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)的時(shí)間來(lái)確定轉(zhuǎn)速的。轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路如圖2-5所示：

28、圖2-5 基于霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路2.4.2 電流檢測(cè)及過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)的整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中都需要對(duì)起動(dòng)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)：一方面將電流值送入控制器CPU中進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，完成電機(jī)起動(dòng)；另一方面與過(guò)流設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)過(guò)流故障的及時(shí)保護(hù)。如圖2-6所示，本設(shè)計(jì)中采用三個(gè)電流互感器作為檢測(cè)元件，檢測(cè)未整流前主電路中的三相電流。其三相電流輸出端U、V、W經(jīng)二極管三相整流、電容濾波、電阻分壓后得到一直流電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器后，送入CPU的AD口進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換就得到了我們需要的電流信號(hào)。為保護(hù)單片機(jī)的AD口不受干擾電壓尖峰損壞，特別加入了由二極管構(gòu)成的電壓限

29、幅環(huán)節(jié)。圖2-6 電流檢測(cè)電路2.5保護(hù)電路設(shè)計(jì)2.5.1過(guò)壓欠壓保護(hù)電路圖2-7 過(guò)壓欠壓保護(hù)電路系統(tǒng)中設(shè)置了電壓過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路。我國(guó)電網(wǎng)電壓的線性度較差，電壓會(huì)有一定的波動(dòng)范圍，這會(huì)導(dǎo)致過(guò)壓或欠壓，因此應(yīng)設(shè)置電壓過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路，電路如圖2-7所示。采用變比為22：1的變壓器來(lái)檢測(cè)未整流前主電路中的三相電電壓，檢測(cè)到的交流電壓經(jīng)整流電路整流后變?yōu)橹绷麟妷骸Ｖ绷麟妷航?jīng)電阻R2，R4分壓和光耦隔離后送入控制電路。光電耦合器是用來(lái)抑制輸入信號(hào)的共模干擾。利用光電耦合器把各種模擬負(fù)載與數(shù)字信號(hào)源隔離開(kāi)來(lái)，也就是把“模擬地”與“數(shù)字地”斷開(kāi)。被測(cè)信號(hào)通過(guò)光電耦合獲得通路，而共模干擾由于不能形成

30、回路而得到有效抑制。特別值得注意的是在這里的隔離光耦是工作在線性工作區(qū)內(nèi),所以該電路能同時(shí)實(shí)現(xiàn)過(guò)壓和欠壓保護(hù)。在線性工作區(qū)光耦的傳輸比為70，正向壓降為12V。通過(guò)設(shè)置滑動(dòng)變阻器R1、R2的值可以改變過(guò)壓和欠壓的電壓參考點(diǎn)。（1）工作原理：在過(guò)(欠)壓保護(hù)中，當(dāng)采樣電壓高(低)于保護(hù)參考點(diǎn)V2(V1)，則OVH(OVL)輸出低電平，與其它故障信號(hào)相與后送入單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)接收到低電平信號(hào)，單片機(jī)將做出相應(yīng)的中斷處理，立即封鎖PWM輸出及停止運(yùn)行。(2)保護(hù)點(diǎn)參數(shù)選擇，設(shè)置經(jīng)過(guò)整流的直流電壓-10%至+10%為允許的電壓變化范圍。經(jīng)降壓整流后直流電壓：Ud=2.34U2/22=2.34*660/

31、1.732/22=40.5V過(guò)壓保護(hù)電壓： U1= Ud*(1+10%)=44.6V欠壓保護(hù)電壓： U2= Ud*(1-10%)=36.5V 選用光耦TLP559，線性工作區(qū)的傳輸比為70，正向壓降為12V, 光耦線性工作區(qū)的電流為IF=lmA。IR4=1.2/R4=1.2V/1.2K=1 m AIR2= IF+ IR4=2m AR2= (Ud -1.2)/IR2= (40.5-1.2)/ 2m A=19.7K選擇R2的大小為19.7K過(guò)壓保護(hù)電壓參考點(diǎn)設(shè)為：V1=(U1-1.2)/R2- IR4)*R5*70%=(44.6-1.2)/19.7 K- 1 mA)*5K*70%=4.2V欠壓保護(hù)

32、電壓參考點(diǎn)設(shè)為：V2=(U2-1.2)/R2- IR4)*R5*70%=(36.5-1.2)/19.7 K- 1 mA)*5K*70%=2.77V因此，調(diào)試時(shí)，需將RPl、RP2的輸出電壓Vl、V2分別調(diào)節(jié)到4.2V和2.77V以達(dá)到過(guò)壓、欠壓保護(hù)的目的。2.5.2泵升控制電路在主回路中，直流電源電壓兩端并聯(lián)較大容量的電解電容，它除了可以減少直流電源電壓的脈動(dòng)外，還做儲(chǔ)能用。由于主回路直流側(cè)采用不可控整流，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)減速或停車(chē)時(shí)，儲(chǔ)存在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載中的機(jī)械能不能回饋給電網(wǎng)，大部分機(jī)械能變?yōu)殡娔芊答伒诫娙葜校娙菸樟诉@些電能后，它兩端的電壓就會(huì)升高產(chǎn)生所謂的泵升電壓U，如圖2-8所示。圖2

33、-8 泵升電壓現(xiàn)象如果沒(méi)有對(duì)此電壓進(jìn)行限制，它將對(duì)IGBT造成永久性的損害,因此需要設(shè)計(jì)泵生電壓檢測(cè)電路，電路如圖2-9所示：泵生電壓保護(hù)信號(hào)取自主回路濾波電容器兩端，經(jīng)電阻R2，R4分壓和光耦隔離后送入比較電路。當(dāng)采樣電壓高于保護(hù)參考點(diǎn)V時(shí)，則輸出口輸出低電平，經(jīng)故障保護(hù)綜合電路處理后送入單片機(jī)中端口，單片機(jī)將做出相應(yīng)的處理。 保護(hù)點(diǎn)參數(shù)選擇：設(shè)定電壓值當(dāng)超過(guò)正常直流電壓55%時(shí)，單片機(jī)動(dòng)作。整流后直流電壓：Ud=2.34U2/=2.34*660/1.732=891V泵生保護(hù)電壓： U= Ud*(1+55%)=1381V 選用光耦TLP559，線性工作區(qū)的傳輸比為70，正向壓降為12V, 光

34、耦線性工作區(qū)的電流為IF=lmA。IR4=1.2/R4=1.2V/1.2K=1 m AIR2= IF+ IR4=2m AR2= (Ud -1.2)/IR2= (1381-1.2)/ 2m A=689.9K選擇R2的大小為689.9K泵生保護(hù)電壓參考點(diǎn)設(shè)為：V1=(U-1.2)/R2- IR4)*R5*70%=(1381-1.2)/ 689.9K- 1 mA)*5K*70%=3.5V因此，調(diào)試時(shí)，需將RPl輸出電壓V調(diào)節(jié)到3.5V以達(dá)到壓保護(hù)的目的。圖2-9 泵生電壓檢測(cè)電路如圖2-10泵生控制電路所示：泵生電壓檢測(cè)電路將檢測(cè)信號(hào)送給CPU的同時(shí)也將信號(hào)送給泵生控制電路，使三極管導(dǎo)通，繼電器常開(kāi)

35、觸頭閉合，這樣使濾波電容存儲(chǔ)的能量消耗在制動(dòng)電阻上，確保變頻系統(tǒng)安全可靠的工作。圖2-10 泵生控制電路2.5.3過(guò)熱保護(hù)電路交流調(diào)速裝置是利用高速功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)會(huì)有導(dǎo)通損耗，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中會(huì)有開(kāi)關(guān)損耗，在開(kāi)關(guān)頻率高時(shí)尤甚。功率損耗會(huì)使器件溫度升高，溫度過(guò)高將會(huì)損壞功率管。因此，在IGBT模塊的散熱器上需要加上一個(gè)溫度開(kāi)關(guān)，正常狀態(tài)下溫度開(kāi)關(guān)為常開(kāi)觸點(diǎn)，光耦截止，輸出信號(hào)為0；當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度，溫度開(kāi)關(guān)動(dòng)作，光耦導(dǎo)通，輸出信號(hào)為1，將該信號(hào)送至CPU，發(fā)出過(guò)熱警報(bào)。過(guò)熱保護(hù)電路如圖2-11所示：圖2-11 過(guò)熱保護(hù)電路2.5.4 斷鏈保護(hù)電路在刮板刮板輸送機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，要

36、求有很大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此時(shí)，增大了鏈條承受到動(dòng)張力，當(dāng)其超過(guò)了極限或鏈條腐蝕、磨損時(shí)，就極易斷裂。據(jù)統(tǒng)計(jì)，刮板輸送機(jī)斷鏈?zhǔn)鹿始s占刮板輸送機(jī)事故總數(shù)的25%，為此本設(shè)計(jì)的刮板輸送機(jī)變頻軟起動(dòng)器專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了斷鏈保護(hù)檢測(cè)裝置，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)刮板輸送機(jī)的斷鏈情況，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)的順利起動(dòng)和正常運(yùn)行。圖2-12 機(jī)頭鏈輪錯(cuò)牙形成過(guò)程下面對(duì)機(jī)頭鏈輪錯(cuò)牙的形成過(guò)程進(jìn)行分析：如圖2-12所示，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中，鏈條立環(huán)最高點(diǎn)與圓心之間距離(半徑)為r1，此時(shí)立環(huán)底部稍有懸空，但相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸心r1為定值。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于牙輪單側(cè)塞煤過(guò)多、異物進(jìn)入墊起，或者從動(dòng)鏈過(guò)松，可導(dǎo)致錯(cuò)牙，在此過(guò)程中，鏈環(huán)l被墊高，r1變?yōu)閞2。當(dāng)鏈

37、環(huán)墊至足夠高度時(shí)(一般來(lái)說(shuō)橫環(huán)2將要越過(guò)齒頂即可)，就可能發(fā)生鏈條相對(duì)鏈輪產(chǎn)生相對(duì)串動(dòng)，即造成錯(cuò)牙。圖2-13機(jī)頭鏈輪正前方安設(shè)的兩個(gè)串聯(lián)監(jiān)測(cè)點(diǎn)基于以上分析，采用以下方案來(lái)對(duì)斷鏈現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)：如圖2-13所示，在機(jī)頭鏈輪正前方安設(shè)兩個(gè)串聯(lián)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)(一般采用常閉接點(diǎn)的接近開(kāi)關(guān))。接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作距離定為15mm，當(dāng)錯(cuò)牙發(fā)生時(shí)。鏈環(huán)鼓起，距離縮短到接近開(kāi)關(guān)測(cè)量范圍內(nèi)，則開(kāi)關(guān)內(nèi)部接點(diǎn)斷開(kāi)，控制線路動(dòng)作，使設(shè)備停車(chē)。斷鏈保護(hù)電路如圖2-14所示。圖2-14 斷鏈保護(hù)電路2.5.5 堆煤保護(hù)電路刮板輸送機(jī)在工作過(guò)程中是一條線運(yùn)輸，由于工作條件惡劣、夾矸、時(shí)停時(shí)開(kāi)等原因，前一部設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，稍不注意，在刮板

38、輸送機(jī)的機(jī)頭就會(huì)堆滿(mǎn)原煤，造成機(jī)頭堵死，這將產(chǎn)生嚴(yán)重危害，輕則使刮板機(jī)起動(dòng)困難，設(shè)備停運(yùn)影響生產(chǎn)，重則造成燒電機(jī)、斷鏈、翻機(jī)頭等設(shè)備事故。為使刮板輸送機(jī)能順利起動(dòng)且正常運(yùn)行本文設(shè)計(jì)了刮板輸送機(jī)堆煤保護(hù)裝置。該裝置能夠自動(dòng)檢測(cè)到刮板輸送機(jī)發(fā)生的堆煤情況，同時(shí)切斷IGBT逆變電路，停止該部刮板輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)且必須人為起動(dòng)方能繼續(xù)運(yùn)行。堆煤保護(hù)裝置的原理是在將堆煤傳感器的正極在機(jī)頭上方合適位置固定懸掛，負(fù)極接地。當(dāng)刮板輸送機(jī)的機(jī)頭的堆煤量超過(guò)設(shè)定量時(shí)，煤與傳感器正極接觸，以煤為傳導(dǎo)介質(zhì)，堆煤超量信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖?，?jīng)電路處理侯送入CPU,單片機(jī)作出相應(yīng)動(dòng)作。堆煤保護(hù)電路如圖所示。圖2-15 堆煤保

39、護(hù)電路2.5.6故障綜合處理電路系統(tǒng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)了過(guò)壓欠壓保護(hù)電路、泵生電壓保護(hù)電路和過(guò)熱保護(hù)電路、斷鏈保護(hù)電路和堆煤保護(hù)電路。為了使單片機(jī)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)的各種故障，將所有的保護(hù)電路的故障信號(hào)輸出送入故障綜合處理電路，然后連接只80C196MC的外部中斷輸入口EXTINT，電路如圖2-16所示，當(dāng)單片機(jī)80C196MC的外部中斷輸入口EXTINT收到高電平時(shí)信號(hào)時(shí)，表示系統(tǒng)某一部分出了故障，單片機(jī)將做出相應(yīng)的中斷處理，立即封鎖PWM輸出及停止運(yùn)行。圖2-16系統(tǒng)綜合保護(hù)電路2.6控制電路設(shè)計(jì)2.6.1選擇主控芯片80C196MC隨著大功率開(kāi)關(guān)器件制造技術(shù)的發(fā)展，大功率晶體管在電氣傳動(dòng)的領(lǐng)域

40、的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，功率晶體管的SPWM 控制技術(shù)也越來(lái)越受到人們的歡迎，并在諸多的領(lǐng)域的控制過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。SPWM信號(hào)生成的方法有很多種，常用的有用軟件產(chǎn)生，用模擬電子電路產(chǎn)生，以及用專(zhuān)用集成芯片產(chǎn)生等方法。用軟件生成SPWM波形較多地占用CPU的時(shí)間，不利于用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)快速控制，用模擬電路及專(zhuān)用芯片額外增加了硬件開(kāi)銷(xiāo)，降低了系統(tǒng)的可靠性。計(jì)算機(jī)的發(fā)展使人們傾向于用單片機(jī)來(lái)合成SPWM信號(hào)。目前用單片機(jī)產(chǎn)生SPWM信號(hào)，通常是根據(jù)某種算法計(jì)算、查表、定時(shí)輸出三路波形，再由外部硬件電路加以延時(shí)互鎖變成六路信號(hào)，受速度限制， CPU不易輸出高頻信號(hào)。Intel公司的80C196MC是Int

41、el公司繼8096BH之后推出的一款高性能16位微控制器，芯片特別集成了專(zhuān)為電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的波形發(fā)生器(WFG)這一功能外設(shè)，使得它在電機(jī)控制中倍受青睞。因此，它也被稱(chēng)為電機(jī)控制器(Motor Controller)，本設(shè)計(jì)選用的就是80C196MC。2.6.2 80C196MC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)80C196MC由一個(gè)C196核心，一個(gè)三相波形發(fā)生器(WFG)和若干其他片內(nèi)外設(shè)構(gòu)成。其片內(nèi)外設(shè)包括一個(gè)13路通道的AD轉(zhuǎn)換器，一個(gè)事件處理器陣列(EPA)，兩個(gè)16位定時(shí)器和一個(gè)脈寬調(diào)制單元(兩個(gè)PWM輸出)。其結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2-17所示。由于它豐富的硬件接口、高速的處理能力及較低的功率消耗，使得80C1

42、96MC單片機(jī)可以應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。技術(shù)性能指標(biāo)：(1) 支持64KB的存儲(chǔ)器空間。除幾個(gè)專(zhuān)用區(qū)和保留的區(qū)域外，其余的可由用戶(hù)任意安排為程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。具有512字節(jié)的片內(nèi)寄存器陣列，分為低端寄存器陣列和高端寄存器陣列，并支持窗口尋址技術(shù)，尋址快速簡(jiǎn)捷。同時(shí)由于采用CHMOS工藝，芯片耗電少。除正常工作模式外還能工作于2種節(jié)電模式：待機(jī)方式和掉電方式，進(jìn)一步減少了芯片功耗。(2) 集成三相波形發(fā)生器WFG，可以方便快捷地產(chǎn)生同步脈寬調(diào)制(PWM)波形，簡(jiǎn)化了電路硬件設(shè)計(jì)，方便了軟件編程。另外該單片機(jī)集成眾多功能外設(shè)：一個(gè)13路通道的AD轉(zhuǎn)換器、2個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器、脈寬調(diào)制PWM單元和監(jiān)視定

43、時(shí)器WATCHDOG等。(3)事件處理器陣列EPA，具有捕獲和比較兩種功能，使用靈活方便。(4)獨(dú)具風(fēng)格的外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS。在80C196MC眾多的功能部件中，以三相波形發(fā)生器WFG、事件處理器陣列EPA和外設(shè)服務(wù)功能PTS最具特色。圖2-17 Intel80C196MC框圖三相波形發(fā)生器三相波形發(fā)生器WFG是80C196MC單片機(jī)所獨(dú)具的特點(diǎn)之一。這一外設(shè)裝置大大簡(jiǎn)化了用于產(chǎn)生同步脈寬調(diào)制(PWM)波形的控制軟件和外部硬件，特別適用于控制三相交流感應(yīng)電機(jī)。WFG的組成模塊框。WFG含有三個(gè)同步的PWM模塊，每個(gè)模塊包含一個(gè)相位比較器、一個(gè)無(wú)信號(hào)時(shí)間發(fā)生器和一對(duì)可編程的輸出(WGn和)。W

44、FG可以產(chǎn)生獨(dú)立的三對(duì)PWM波形，它們有著共同的載波頻率、無(wú)信號(hào)時(shí)間和操作方式。PWM波形的周期由WG_ RELOAD周期寄存器進(jìn)行設(shè)置，占空比則經(jīng)WG_COMPn進(jìn)行設(shè)定。一旦起動(dòng)之后，WFG只要求CPU在改變PWM的占空比時(shí)加以干預(yù)。當(dāng)出現(xiàn)外部故障中斷信號(hào)時(shí)，保護(hù)電路會(huì)立即封鎖PWM輸出，并向CPU申請(qǐng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)措施。用WFG來(lái)產(chǎn)生晶閘管驅(qū)動(dòng)脈沖波形，程序編制簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行可靠，大為減小了CPU的開(kāi)銷(xiāo)。事件處理陣列EPAEPA (Event Processor Array) 用于處理與輸入和輸出有關(guān)的事件，它相當(dāng)于8098的高速輸入口HSI和高速輸出口HSO，但在功能上又增加了許

45、多。在輸入方式中，它用于監(jiān)測(cè)輸入引腳上的邊沿跳變信號(hào)(上升沿、下降沿或任一種跳變)。一旦有相應(yīng)的跳變產(chǎn)生，則記錄當(dāng)時(shí)的定時(shí)或計(jì)數(shù)值，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為捕捉，在輸出方式中，它用于比較定時(shí)/計(jì)數(shù)器與用戶(hù)設(shè)定的常數(shù)。當(dāng)相等時(shí)，則觸發(fā)一個(gè)相應(yīng)的輸出事件(置1,清0)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為比較。80C196MC有四個(gè)同樣的捕捉/比較模塊，四個(gè)比較模塊可分別設(shè)置成不同的工作方式。EPA有兩個(gè)16位的雙向定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1和T2。 其中，定時(shí)器T1可工作在晶振時(shí)鐘模式。在這種方式下， EPA可以直接處理光碼盤(pán)輸出的兩路相位差90度的脈沖。只要將這兩個(gè)信號(hào)分別接在CPU的T1 CLK ( P1.2)和T1 DIR ( P1.

46、3)引腳上即可。它省去了一些硬件處理電路而且非常可靠。外設(shè)處理服務(wù)功能PTS所謂PTS是一種類(lèi)似于DMA的處理方式。它與CPU “并行”工作，較少占用CPU時(shí)間，并用微指令碼來(lái)代替中斷服務(wù)程序，一旦設(shè)置完成，這種微指令碼的執(zhí)行是自動(dòng)的，不需要CPU干預(yù)。任何一種中斷方式(不可屏蔽中斷NMI除外)都可以設(shè)置成PTS工作方式。PTS的主要方式包括數(shù)據(jù)塊的傳送，A/D轉(zhuǎn)換，串行通訊及事件處理。在構(gòu)成數(shù)字電流環(huán)時(shí)，電流反饋要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器采入CPU內(nèi)部進(jìn)行處理，而A/D轉(zhuǎn)換器通常要占去幾十微秒的時(shí)間，轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行電流環(huán)計(jì)算已經(jīng)太晚，不利于快速控制。若將A/D轉(zhuǎn)換成PTS方式，除去PTS初始化所占用的

47、很少的時(shí)間外，A/D轉(zhuǎn)換將由PTS自動(dòng)完成，這段時(shí)間CPU可用于處理電流環(huán)，這對(duì)于電流環(huán)的快速性非常有用。2.6.3 80C196MC存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路主要是由兩片片程序存儲(chǔ)器2764，用來(lái)存放程序代碼，同時(shí)由于 80196MC本身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器資源有限，另外為了以后系統(tǒng)的擴(kuò)展性，擴(kuò)展一片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264。擴(kuò)展電路如圖2-18所示：圖2-18 80C196MC存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路第一片程序存儲(chǔ)器的地址范圍為：2000H-3FFFHP4.7 P4.6 P4.5 P4.3 P4.2 P3.1 P3.0 P3.7 P3.6 P3.5 P3.3 P3.2 P3.1 P3.00 0 1 0 0 0

48、0 0 0 0 0 0 0 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1第二片程序存儲(chǔ)器的地址范圍為：4000H5FFFHP4.7 P4.6 P4.5 P4.3 P4.2 P3.1 P3.0 P3.7 P3.6 P3.5 P3.3 P3.2 P3.1 P3.00 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址范圍為：0000H1FFFHP4.7 P4.6 P4.5 P4.3 P4.2 P3.1 P3.0 P3.7 P3.6 P3.5 P3.3 P3.2 P3.1 P3.00 0 0 0 0 0 0 0 0 0

49、 0 0 0 00 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12.6.4 看門(mén)狗電路刮板輸送機(jī)工作條件惡劣，單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的各種干擾,從而造成程序的跑飛而陷入死循環(huán)。程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)將無(wú)法繼續(xù)工作,會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)各種故障時(shí)，單片機(jī)無(wú)法做出響應(yīng)，保護(hù)電路失效。為了使刮板輸送機(jī)能正常運(yùn)行，各種保護(hù)電路能正常工作，本文設(shè)計(jì)了看門(mén)狗電路，此電路還帶有電源保護(hù)作用。如果電源電壓波動(dòng)較大或斷電，可輸出中斷信號(hào)，使單片機(jī)將當(dāng)前有用的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，電路如圖2-19所示：電路采用的MAX813L芯片有以下特點(diǎn)：加電、掉電以及供電電壓

50、下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值為200 ms；獨(dú)立的看門(mén)狗輸出，如果看門(mén)狗輸入在16 s內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖剑?.25 V門(mén)限值檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測(cè)或5 V以外的電源；低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入。圖2-19看門(mén)狗電路MAX813L的引腳及功能： (1)手動(dòng)復(fù)位輸入端（）：當(dāng)該端輸入低電平保持140 ms以上，MAX813L就輸出復(fù)位信號(hào) (2)工作電源端（VCC）：接+5V電源。 (3)電源接地端（GND）：接0 V參考電平。 (4)電源故障輸入端（PFI）：當(dāng)該端輸入電壓低于125 V時(shí)，5號(hào)引腳輸出端的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?(5)電源故障輸出端（)

51、：電源正常時(shí)，保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健?(6)看門(mén)狗信號(hào)輸入端（WDI）：程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于16 s的時(shí)間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，以清除芯片內(nèi)部的看門(mén)狗定時(shí)器。若超過(guò)16 s該輸入端收不到脈沖信號(hào)，則內(nèi)部定時(shí)器溢出，8號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健?(7)復(fù)位信號(hào)輸出端（RST）上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200 ms的復(fù)位脈沖；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。 (8)看門(mén)狗信號(hào)輸出端（）；正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門(mén)狗輸出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?如圖2-19給出的看門(mén)狗電路所示，此電路可以實(shí)現(xiàn)上電、瞬時(shí)掉電以及程序運(yùn)行出現(xiàn)“

52、死機(jī)”時(shí)的自動(dòng)復(fù)位和隨時(shí)的手動(dòng)復(fù)位。電路巧妙地利用了MAX813L的手動(dòng)復(fù)位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機(jī)”，端電平由高到低，當(dāng)變低超過(guò)140 ms，將引起MAX813L產(chǎn)生一個(gè)200 ms的復(fù)位脈沖。同時(shí)使看門(mén)狗定時(shí)器清0和使引腳變成高電平。也可以隨時(shí)使用手動(dòng)復(fù)位按鈕使MAX813L產(chǎn)生復(fù)位脈沖，由于為產(chǎn)生復(fù)位脈沖端要求低電平至少保持140ms以上，故可以有效地消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)。該電路可以實(shí)時(shí)地保護(hù)電源故障（掉電、電壓降低等）。單片機(jī)的電源經(jīng)滑動(dòng)變阻器和電阻后接入PFI,電源正常時(shí)，確保MAX813L的PFI輸入端電平高于1.26 V。當(dāng)電源發(fā)生故障，PFI輸入端的電平低于126V時(shí)，電

53、源故障輸出端電平由高變低，引起單片機(jī)EXTINT中斷，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，保護(hù)數(shù)據(jù)，斷開(kāi)外部用電電路等。2.7 鍵盤(pán)顯示電路在數(shù)字控制系統(tǒng)中，變頻軟起動(dòng)器參數(shù)的設(shè)定及操作比較復(fù)雜，因此，必須為用戶(hù)提供一個(gè)友好的人機(jī)界面。本設(shè)計(jì)的顯示采用8位數(shù)碼管 (LED)顯示，8個(gè)按鍵組成的鍵盤(pán)和CPU之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其中鍵盤(pán)封裝在變頻軟起動(dòng)器內(nèi)部，主要供工程師進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和維修調(diào)試使用，數(shù)碼管在外部，現(xiàn)場(chǎng)工人和工程師均可使用。圖2-20 鍵盤(pán)顯示電路、如圖2-20所示，鍵盤(pán)顯示電路采用Intel公司生產(chǎn)的可編程鍵盤(pán)和顯示器的接口電路芯片8279。8279可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)和顯示器的自動(dòng)掃

54、描，識(shí)別閉合鍵的鍵號(hào)，完成顯示器動(dòng)態(tài)顯示，可以節(jié)省CPU處理鍵盤(pán)和顯示器的時(shí)間，提高CPU的工作效率。另外，8279與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，顯示穩(wěn)定，工作可靠，所以本設(shè)計(jì)使用8279做鍵盤(pán)顯示電路。同時(shí)，電路采用74LS245作為驅(qū)動(dòng)芯片，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)片選端低電平有效時(shí)，DIR=“0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸； DIR=“1”，信號(hào)由 A 向 B 傳輸；當(dāng)片選端為高電平時(shí)，A、B均為高阻態(tài)。8279芯片的信號(hào)引腳及功能如下所示：DB0DB7：雙向數(shù)據(jù)總線。在CPU與8279間做數(shù)據(jù)與命令的傳送。C

55、LK：8279的系統(tǒng)時(shí)鐘，100KHz為最佳選擇。RESET：復(fù)位信號(hào)，輸入線，當(dāng)RESET=1時(shí)，8279復(fù)位，其復(fù)位狀態(tài)為：16個(gè)字符顯示，編碼掃描鍵盤(pán)雙鍵鎖定，程序時(shí)鐘編碼1。：芯片選擇信號(hào)，低電平有效。A0：區(qū)分信息的特征位。A0=1時(shí)，讀取狀態(tài)標(biāo)志位或?qū)懭朊?；A0=0時(shí)，讀寫(xiě)一般數(shù)據(jù)。：讀取控制線。=0，8279會(huì)送數(shù)據(jù)至外部總線。：寫(xiě)入控制線。=0，8279會(huì)從外部總線捕捉數(shù)據(jù)。IRQ：中斷請(qǐng)求輸出線，高電平有效。在鍵盤(pán)工作方式中，當(dāng)FIFO傳感器RAM中有數(shù)據(jù)時(shí)為“1”，CPU每讀一次就變?yōu)?，如果RAM中仍有數(shù)據(jù)則IRQ又變?yōu)椤?”。在傳感器工作方式中，傳感器矩陣無(wú)論哪里發(fā)生變化都會(huì)使IRQ為“1”。 SL0SL3：掃描按鍵開(kāi)關(guān)或傳感器矩陣及顯示器，可以是編碼模式或解碼模式。RL0RL7：回復(fù)輸入線，它們是鍵盤(pán)或傳感器的列（或行）信號(hào)輸入線；平時(shí)保持為“1”，當(dāng)矩陣結(jié)點(diǎn)上有鍵（開(kāi)關(guān)）閉合時(shí)變?yōu)椤?”。SHIFT：移位信號(hào)輸入線，高電平有效。通常用來(lái)擴(kuò)充鍵開(kāi)關(guān)的功能，可以用作鍵盤(pán)上、下檔功能鍵。在傳感器方式和選通方式中，SHIFT無(wú)效。CNTL/：控制/選通輸入線，高電平有效。通常用來(lái)擴(kuò)充鍵開(kāi)關(guān)的控制功能，作為控制功能鍵用。在選通輸入方式時(shí)，該信號(hào)的上升沿可把來(lái)自RL0-RL7的數(shù)據(jù)存入FIFO/RAM中；在傳感器方式下，該信號(hào)無(wú)