定子调压调速装置【一种数字化交流定子调压调速装置的设计】

　　摘要：文章根据起重机交流定子调压调速自动化发展的要求，对原来模拟量控制的交流定子调压调速装置越来越不适应用户需求，把原电位器调节部分升级为单片机控制的数字化电路，以良好的界面，更方便现场的调速和维护。
　　关键词：数字化；单片机；防溜钩；调压调速
　　中图分类号：TG231 　　　文献标识码：A 　　　 文章编号：1009-2374（2012）20-0026-02
　　1　概述
　　交流定子调压调速系统主要应用于起重机的起升部分和平移部分，它主要通过改变电动机的定子电压，实现调速功能。
　　根据现场多年使用情况调查，原来的模拟控制方式每个参数全部用电位器调节，存在着调节不方便、误差大的现象，在起重机振动较大的情况下长期使用，电位器参数容易发生变化。因为显示部分不直观，不便于现场快速查找和处理故障。由于原设计没有防溜钩保护设施，抱闸直接受方向A和B控制，当给定信号丢失时可能发生溜钩事故。本方案新增防溜钩控制部分，使系统的稳定性、可靠性和控制精度有了很大的提高。
　　2　设计方案
　　2.1　单片机控制的整体方案
　　原起重机使用的交流定子调压调速装置是采用模拟量控制的，其调节部分、显示部分、故障报警部分全部采用发光二极管来显示，各调节参数是用电位器来调节的。该方案是把原调节板上的各电位器采用单片机控制的数字电位计，逻辑板上和调节板上的工作状态和故障显示用数码管显示。
　　2.2　数字调节板的设计
　　2.2.1　硬件部分电路的设计
　　硬件电路以ATMEGA162单片机显示驱动片MAX7129及外部接口电路组成，该单片机内部功能非常强大，集数据采集电路、时钟电路、显示及键盘电路、通信及打印电路于一体，无需外加EPROM器件，外部接口电路采用A/D、D/A转换器，运算放大器组成的比较电路及通过光耦采集的开关量信号，显示电路采用四位数码管在控制板上直接显示，结构紧凑、合理，可靠性高。
　　2.2.2　各输入信号的采集和处理
　　（1）模拟量输出：新设计的调节板采用按键直接设定数据参数，在经过单片机内部程序处理后，通过数模转换块MCP42050输出信号。各参数的功能如下：正反向电流限幅值调整、零速调节、超同步调节、转子2段电阻切换调节、微分设定、转矩保护差值调节、转矩保护动作时间调整共8个参数。
　　（2）调节器参数：通过单片机控制数码管显示调节器参数，采用按键直接设定数据参数，通过单片机处理后，控制电子模拟开关TLP598的开和闭以及组合电阻的数值来实现。5个参数分别为：斜坡时间调整、速度调节器增益、速度调节器的积分时间、
　　速度调节微分反馈时间、电动机额定转速粗调。
　　2.2.3　数字调节板的显示部分
　　数字交流定子调压调速装置调节板上的显示信号全部通过数码管显示，输入逻辑信号也可显示。
　　（1）电流实际值的测量：为了准确显示电动机电流实际值，本装置采用电流互感器取样，再通过放大器输入到控制板中，因为装置规格不同，所采用的电流互感器变比不同，取样电压也不同，为了保证检测准确性，设置了装置额定电流选择，进入软件计算。
　　（2）速度实际值的测量：速度实际值检测是用测速发电机来测量，通过绝对值放大器输入到控制板中。因为测速发电机的规格不同，其速度电压也不同，为了保证检测的正确性，设置了测速发电机选择；为了提高测量精度，增加了转速偏差调节，保证了测量的准确性。
　　（3）故障报警显示部分：故障显示部分有8个参数，包括电动机超速、功率元件温度高、数字板、5V电源不正常、自身软硬件故障。
　　2.3　电动机超速和+15V电源保护
　　为了防止起升下降时发生超速，控制板设有超速保护。当发生超速时，保护继电器动作常闭点打开，停止系统工作，起到保护作用。超速保护设定值范围为120%～140%。+15V电源保护是对主控板和逻辑板上+15V电源的保护。保护动作值范围为+15V的+2%～+10%连续可调整。
　　2.4　防溜钩保护措施
　　原模拟调压调速装置由于设计缺漏，没有防溜钩保护措施，产生了一系列的安全隐患，新的半数字板增加了防溜钩保护环节。该环节采用速度给定信号和电流反馈信号作为控制抱闸继电器的一个条件，当只有速度给定信号，没有电流时，说明电动机无转矩，抱闸不动作；当运行过程中，给定信号丢失，电动机开始降速，当降至零速时，抱闸控制继电器打开，抱闸抱住。只有在速度给定信号和电流反馈信号同时存在时，抱闸控制继电器吸合，抱闸打开。防溜钩逻辑原理图如图1所示：
　　
　　图1 防溜钩逻辑原理图
　　3　软件部分设计
　　主程序设计：数字调压调速装置的主程序采用结构化程序设计方法，即主程序由若干个程序模块组成，各个模块功能相对独立，从而给程序的编写和功能的扩充带来了方便。主程序主要有初始化模块、数据采集模块、键值判断模块。这些模块测量并显示电动机电流、故障处理判断及显示通信等。
　　该程序的设计是由ICCAVR编译器编写的。ICCAVR是一个综合的编译器和工程管理的集成工作环境，可在Windows98/Windowsnt/Windows 2000/WindowsXP下运行。源程序的可读性和可维护性都很好，基本上可以杜绝因开发人员变化而给项目进度或后期维护以及升级所带来的影响，从而保证整个系统的可靠性。
　　4　结论
　　数字化调压调速装置采用软件直接设定各个参数，调节精度为1%的误差，工作性能稳定，抗干扰能力强。现场装置更换时，只需把原来的装置参数输入新装置里即可。采用故障代码直接显示故障点有直观、明朗的特点减少了维护量，使安全生产有了更可靠的保障。新增电子超速和防溜钩保护措施，使起重机工作更安全、可靠。
　　参考文献
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