CN102361431B

CN102361431B - 一种双速电机控制器及其控制方法

Info

Publication number: CN102361431B
Application number: CN2011103178021A
Authority: CN
Inventors: 束龙胜; 韩忠俊; 秦小州; 陈坚伟; 汪桂林; 徐怀宾; 张先才; 吴世忠; 张圣保; 王安定
Original assignee: Anhui Xinlong Electrical Co Ltd
Current assignee: Anhui Zhongdian Xingfa and Xinlong Technology Co Ltd
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-10-19
Also published as: CN102361431A

Abstract

本发明公开了一种双速电机控制器及其控制方法，包括与各电路相连接的电源，其特征在于，所述的电机控制器由信号采集电路、微处理器、显示电路、继电器输出电路、通讯接口电路、变送电路、寄存器所组成，所述的信号采集电路通过微处理器与显示电路、继电器输出电路、通讯接口电路、变送电路相连接，所述的微处理器还与在线编程电路和存贮器相连接，微处理器通过通讯接口电路与上位机相连接，实现对双速电机控制器遥测、遥控、遥调和遥信。由于采用上述结构和方法，具有以下优点(1)可检测电机回路的三相电流，一路线电压等，同时可监控电机回路的运行状况，对电机回路设置有热过载，堵转，三相电流不平衡，过压，欠压等故障保护。

Description

一种双速电机控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体地说涉及一种双速电机控制器及其控制方法。

背景技术

当今社会发展迅猛，如何能够充分利用能源，节约能源早已列为重要课题。双速电机以其节能特性在众多工程中得到广泛应用。双速电动机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。根据公式；n＝60f/p可知异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速n下降至原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。传统的双速电机控制器：采用电流表、电压表、显示灯、按钮、时间继电器、热继电器组成的控制器，不但体积大，二次接线多，可靠性不高，维修比较困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双速电机控制器及其控制方法，以满足不同需求和安全可靠，同时可监控电机回路的运行状况，对电机回路设置有热过载，堵转，三相电流不平衡，过压，欠压等故障保护，使双速电机更好的运行。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种双速电机控制器，包括与各电路相连接的电源，其特征在于，所述的电机控制器由信号采集电路、微处理器、显示电路、继电器输出电路、通讯接口电路、变送电路、寄存器所组成，所述的信号采集电路通过微处理器与显示电路、继电器输出电路、通讯接口电路、变送电路相连接，所述的微处理器还与在线编程电路和存贮器相连接，

所述的微处理器通过通讯接口电路与上位机相连接，在显示电路的界面上，实现对双速电机控制器遥测、遥控、遥调和遥信。

所述的信号采集电路为模拟信号采集电路、遥信量采集电路和按键量采集电路。

所述的显示电路为LCD参数显示电路和LED状态显示电路。

所述的微处理器为单片机，型号为LPC2136。

一种根据权利要求1所述的双速电机控制器的控制方法，其特征在于，所述的微处理器内存贮控制程序，所述的方法包括下列步骤；

1)初始化步骤，用于微处理器输入、输出定义，定时器0初始化赋值定义；

2)信号采集步骤，用于通过模拟信号采集电路、遥信量采集电路和按键量采集电路采集输入信号，通过SPI串行接口将数据传送给微处理器；

3)定时处理步骤，用于控制器保护功能延时的时间模块并产生中断由CPU对此保护响应；

4)串口通讯中断步骤，用于通过上位机对双速电机控制器遥测、遥控、遥调和遥信；

5)输出、显示步骤，用于微处理器发出保护信号来控制电机回路的通断，并通过LED状态显示电路进行状态显示和通过LCD参数显示电路进行参数显示。

所述的串口通讯中断步骤，将上位机发出的数据与程序中设定的功能码进行比对，根据比对结果分别执行读数据寄存器、执行遥控操作和写数据寄存器。

一种双速电机控制器及其控制方法，由于采用上述结构和方法，与现有技术相比，具有以下优点(1)可检测电机回路的三相电流，一路线电压等，同时可监控电机回路的运行状况，对电机回路设置有热过载，堵转，三相电流不平衡，过压，欠压等故障保护，并LED指示灯提示当前时刻保护功能是否激活。(2)与上位机组成通讯网络，在可视化的人机界面上，实现遥测、遥控、遥调、遥信功能，实现控制室与工作现场的信息，功能共享。使用RS485通讯接口，单个网络最多可以负载32点，遵循MODBUS通信协议，最高传输速率19200bps。具有ESD保护、防雷击浪涌、耐压高等特点。(3)诊断功能，可监测断路器、接触器等的工作状态。(4)故障记录，可记录3次故障停车原因及故障发生的时刻，可记录装置的连续工作时间以及电动机的累计运行时间等。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；

图1为本发明双速电机控制器电路结构框图；

图2为图1所示的在线编程电路结构示意图；

图3为图1所示的按键量采集电路结构示意图；

图4为图1所示的继电器输出电路结构示意图；

图5为图1所示的变送电路结构示意图；

图6为本发明双速电机控制器的控制方法主程序流程图；

图7为图6所示的初始化子程序流程图；

图8为图6所示的串口通讯中断子程序流程图；

在图1中，1、模拟信号采集电路；2、遥信量采集电路；3、按键量采集电路；4、LCD参数显示电路；5、微处理器；6、寄存器；7、变送电路；8、通讯接口电路；9、LED状态显示电路；10、在线编程电路；11、继电器输出电路。

具体实施方式

如图1所示，1、一种双速电机控制器，包括与各电路相连接的电源，所述的电机控制器由模拟信号采集电路1、遥信量采集电路2和按键量采集电路3、微处理器5、LCD参数显示电路4和LED状态显示电路9、继电器输出电路11、通讯接口电路8、变送电路7、寄存器6所组成，模拟信号采集电路1、遥信量采集电路2和按键量采集电路3通过微处理器(5)与LCD参数显示电路4和LED状态显示电路9、继电器输出电路10、通讯接口电路8、变送电路7相连接，微处理器5还与在线编程电路10和存贮器6相连接，微处理器5为单片机，型号为LPC2136。

微处理器5通过通讯接口电路8与上位机相连接，在显示电路的界面上，实现对双速电机控制器遥测、遥控、遥调和遥信。

本发明双速电机控制器采用飞利浦公司的ARM7微处理器LPC2136。采用JTAG在线编程，控制外围设备协调运行。微处理器5嵌入256KB高速Flash存储器，采用3级流水线技术，取址，译码和执行同时进行，能够并行处理指令，提高CPU运行速度。由于具有体积小功耗极低，抗干扰能力强，适用于各种工业控制。微处理器5中的2个32位定时计数器，6路PWM输出和47个通用IO口，适用于对环境要求低的工业控制。

参见图2，图2为在线编程电路结构示意图；JTAG的编程方式是在线编程。传统生产流程中先对芯片进行预编程后再装到板上因此而改变，简化的流程为先固定器件到电路板上，再用JTAG编程，从而大大加快工程进度。

标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。相关JTAG引脚的定义为：TCK为测试时钟输入；TDI为测试数据输入，数据通过TDI引脚输入JTAG接口；TDO为测试数据输出，数据通过TDO引脚从JTAG接口输出；TMS为测试模式选择，TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式；TRST为测试复位，输入引脚，低电平有效。

参见图1，遥信量采集电路2采集七路遥信量分别为空气开关QF，接触器KM1.KM2，KM3，SB1，SB2，SS.信号采集通过光耦隔离24V和5V电路，保护了5V电路。当有遥信输入时，光耦导通，VCC接上拉电阻，输出端输出低电平。微处理器5对遥信处理，LED状态显示电路9显示当前处于高速还是低速工作状态。

参见图3，图3为按键量采集电路结构示意图；共用到了8个按键信号，按键信号用点触式开关触发。8个开关量分别为启动A，启动B，停止，增加，确定，返回，下翻，上翻。如果每个按键信号对应一个I/O口就需要8个I/O口，这样极大的占用了I/O口资源，不利于I/O口资源的合理分配。我们采用74ls148编码芯片，将8位按键信号进行编码，这样就有3位信号输出。3位信号对应一个I/O口，合理的分配了I/O口资源。下表1是74ls148真值表：

说明：H-高电平L-低电平X-任意

参见图4，图4为继电器输出电路结构示意图；继电器输出电路为四路继电器输出，图示其中一个继电器输出，当微处理器5发出保护动作时，输出DO21高电平信号，通过限流电阻R，电流流经三极管的基极，使三极管处于放大区，继电器线圈有电流通过产生磁场，使继电器触点K202闭合或断开，来控制电机回路的通断，进而起到保护回路的作用。

参见图5，图5为变送电路结构示意图；电机控制器设有4～20mA变送功能。运用单片机的D/A输出引脚可调节输出的模拟电压值，配以以运放构成的压控恒流源来实现4～20mA的变送输出。运放采用直流24V供电。

压控恒流源是采用了电流反馈方式来稳定电流的，下图就是使用的正向电流源电路，利用运放虚短的概念，使电位器VR1上的电压经运算放大器构成的电压跟随器到达另一运算放大器的反相输入端与其正向输入端电压相等，来获得一个I＝U(AO)/R(VR1)的恒流源。

当负载电阻RX1＝500欧姆时，利用单片机LPC2136的DAC功能输出电压U(AO)＝0.5V，此时调节电位器VR1使得电阻RX1上的电流为4mA，即得到4mA的恒流源；此后可以在程序中调节U(AO)的大小来改变负载电流大小，实现了输出电压与负载电流的一一对应，通过调节输入电压可以方便获得4～20mA恒流源的变送功能得以完成。在实际应用中DAC功能输出的电压往往和某相电流或电压相关联，达到输入电压0～380V或电流0～5A对应变送输出4～20mA。

如图6所示，图6为本发明双速电机控制器的控制方法主程序流程图，

本控制器是以单片机为中心的控制系统，单片机结合一定的外围电路来完成系统数据采样，按键信号采集，输出控制信号等。

步骤21开始，步骤22进入系统初始化子程序，步骤23输入信号检测，步骤24按键信号检测，步骤25定时处理，对定时器赋初值当产生保护动作时定时器计时开始，当达到指定时间时，产生中断，步骤26进入串口通讯中断子程序，步骤27信号输出。

参见图7，图7为初始化子程序流程图；步骤31开始，步骤32微处理器输入、输出方向定义，步骤33定时器0中断值初始化赋值定义，步骤34串口通讯初始化，步骤35开中断，步骤36返回主程序。

参见图8，图8为串口通讯中断子程序流程图；步骤400为开始动作，步骤为401中为保护现场，后进入步骤402中判断是否接收完毕，若不是，则等待，若是，则进入步骤403中将接收数据进行CRC校验，然后进入步骤404中判断计算码与接收码是否相同，若不是，则进入步骤411恢复现场，若是，则进入步骤405判断功能码是否为03，若是，则流程进入步骤406读数据寄存器，上送到上位机，若步骤405为否，则进入步骤407判断功能码是否为05，若是，则进入步骤408执行遥控操作，若否，则进入步骤409判断功能码是否为06，若是，则进入步骤410写寄存器值，若否，则进入步骤411恢复现场，到步骤412返回。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双速电机控制器的控制方法，所述的电机控制器包括与各电路相连接的电源，信号采集电路、微处理器（5）、显示电路、继电器输出电路（11）、通讯接口电路（8）、变送电路（7）、寄存器（6），所述的信号采集电路通过微处理器（5）与显示电路、继电器输出电路（11）、通讯接口电路（8）、变送电路（7）相连接，所述的微处理器（5）还与在线编程电路（10）和寄存器（6）相连接；

所述的微处理器（5）通过通讯接口电路（8）与上位机相连接，在显示电路的界面上，实现对双速电机控制器遥测、遥控、遥调和遥信；

采用JTAG在线编程，控制外围设备协调运行,微处理器(5)嵌入256KB高速Flash存储器，采用3级流水线技术，取址，译码和执行同时进行，能够并行处理指令，提高CPU运行速度；

所述的信号采集电路为模拟信号采集电路（1）、遥信量采集电路（2）和按键量采集电路（3）；

所述的显示电路为LCD参数显示电路（4）和LED状态显示电路（9）；

所述的微处理器（5）为单片机，型号为LPC2136,其特征在于，所述的微处理器（5）内存贮控制程序，所述的方法包括下列步骤；

1）初始化步骤，用于微处理器输入、输出定义，定时器0初始化赋值定义；

2）信号采集步骤，用于通过模拟信号采集电路、遥信量采集电路和按键量采集电路采集输入信号，通过SPI串行接口将数据传送给微处理器；

3）定时处理步骤，用于保护所产生的延时并产生中断；

4）串口通讯中断步骤，用于通过上位机对双速电机控制器遥测、遥控、遥调和遥信；

5）输出、显示步骤，用于微处理器发出保护信号来控制电机回路的通断，并通过LED状态显示电路进行状态显示和通过LCD参数显示电路进行参数显示；

6) 恒流源变送步骤，利用单片机LPC2136的DAC功能输出电压U(AO)=0.5V，此时调节电位器VR1使得电阻RX1上的电流为4mA，即得到4mA的恒流源；此后在程序中调节U(AO)的大小来改变负载电流大小，实现了输出电压与负载电流的一一对应，通过调节输入电压方便获得4~20mA恒流源的变送功能得以完成。

2.根据权利要求1所述的双速电机控制器的控制方法，其特征在于，所述的串口通讯中断步骤，将上位机发出的数据与程序中设定的功能码进行比对，根据比对结果分别执行读数据寄存器、执行遥控操作和写数据寄存器。