变频调速配料控制系统设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院 、电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 变频调速配料控制系统设计指 导 教 师 : 2013 年 3 月 10 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1.1 课题研究背景意义在许多工农业生产中，尤其化工、水泥、矿山及农产品加工等行业，都使用自动配料系统来实现工业生产。自动配料系统是精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重。自动配料控制过程是一个多输入、多输出的系统，各条配料输送生产线严格地协调控制，对料位、流量及时准确地进行监控和调节 1。在生产过程中对粉体输送、流量及粉体配料的运输和称量要求比较严格。以往这类称量主要是采用皮带秤和斗式秤但皮带秤在运行中总存在如皮带跑偏和老化松弛等问题，且对安装位置有一些特殊要求。用于粉状物料称量时对周围环境影响很大。容易造成扬尘和环境污染；斗式秤是一种非连续累计式衡器，不能连续用于配料系统 2。同时，如果凋速绞龙采用滑差电机或直流电机驱动时，则存在低速特性差、效率低；并且现场外部工作环境又很恶劣。工业粉尘很多这些粉尘很容易进入滑差电机内部而出现磨损、卡死等现象 3。维修、维护麻烦，造成工作故障多，影响正常生产。因此，我们可以针对以上问题提出新的变频调速计量配料系统。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状在国外，在大功率交-交变频（循环变流器）调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达 3 万 kW 的电气传动设备用于船舶推进系统 4。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利 ABB 公司提供了单机容量为 6 万 kW 的设备用于抽水蓄能电站5。在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司 Simovert A 电流型晶闸管变频调速设备单机容量为 10 2600 kVA 和 Simovert P GTO PWM 变频调速设备单机容量为 100 900 kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动 6。在小功率交流变频调速技术反面，日本富士 BJT 变频器最大单机容量可达 700 kVA，IGBT 变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化 7。1.2.2 国内研究现状 我国国内已经有较多的变频器生产厂，但大部分的产品都是VF控制和电压空间矢量控制变频器，使用在调速精度和动态性能要求不高的负载上没有问题。工业应用中绝大部分都是这种负载，变频器在这种场合应用最重要的要求是可靠性，国产变频器占国内市场份额不高的主要原因是产品品质不过硬。同样是VF控制的变频器，国外的产品比国内的产品品质要好。差距最大的是半导体功率器件的制造业，至今在国内这仍是一个空白 8。1.2.3国内外差异在大功率交-交变频技术、无换向器电机等方面，国内产品在数字化及系统可靠性方面与国外水平相比，还有相当差距；在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都采用普通V/F控制，仅有少量样机采用矢量控制，品种与质量不能满足市场需要。而在国外，变频调速技术得到了充分的发展，并在各个方面取得了显著成就。在功率器件方面，高电压、大电流容量的SCR、GTO、IGBT、IGCT 器件的出现和并联、串联技术的应用，高压大功率变频器产品得到生产和推广应用 9。在微电子技术方面，16 位、32 位高速微处理器以及DSP和ASIC技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。在理论方面，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论都为高性能变频器的研制提供了相关理论基础。可以看出，总体上我国交流变频调速技术水平较国际先进水平有着很大差距 10。1.3 本课题相关理论综述变频调速的工作原理：变频调速是通过改变输入到交流电机的电源频率调节交流电动机的输出转速 11。交流异步电动机的转速公式：n=n 1(1一s)=60fl(1一s)Pn，式中：n；电机转速，n 1：旋转磁场转速，S：转差率，f1：定子电源频率，Pn：极对数。由上式可知，改变fl、S、Pn中任一个变量，n都会随之改变 12 。当不改变电动机的结构时，若电源频率f1连续可调，则电动机的同步转速也连续可调。由于异步电动机转子的转速n总是比同步转速略低一些，当n0连续可调时，n也随之连续可调。因此，改变参数f1即通过改变电源频率也可实现电机调速 13。当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。实际上仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性，磁通太弱，没有充分利用电机的磁通；若要增大磁通，会使磁通饱和，导致过大励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。为此，在降频的同时还要降压，需要频率与电压协调控制，即可变频率可变电压调速(VVVF)，简称变频调速 14。 变频调速技术通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品 15。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用 16。单片机的特点主要有：高集成度，体积小，高可靠性；控制功能强；低电压，低功耗，便于生产便携式产品；易扩展；优异的性能价格比 17。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。有的单片机在其内部包含了脉宽调制控制电路，从而使其还具备了变频控制的功能，而这种类型的嵌入式系统目前看来还是具有非常良好的经济性能的，同时也能使得该单片机具备了更加便捷的使用功能 18。传感器技术:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成 19。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置 20。参考文献：1 何瑞，贾磊.基于 PLC 控制的自动配料系统研究与应用J.微计算机信息，2007（4）86-87.2 王元丽，师玉宝.基于变频调速的蛟龙配料系统J.变频器世界，2005， （8）：82-83.3 师玉宝，张志福.一种基于单片机控制的变频调速配料系统J.粮油加工，2008， （10）.4 Three phase current measurements using a single line resistor on the TMS320F240.Michael J, Krumpel man, Kenneth. IEEE Trans. Industry Applications.20005 Matsuse K Katsuta Fast rotor flux control of vector controlled induction motor operating at maximum efficiency for electric vehicles 19966 Using Constant V/Hz Principle & Space Vector PWM Technique for AC Induction Motor Control with TMS320C240 TI. Inc. March 19997 Bose B K.Patel N R.Rajashekara K A neuro- fuzzy-based on-Line efficiency optimization control of a stator flux-oriented direct vector-controlled induction motor drive 1997(2) 8 赵相宾，年培新.谈我国变频调速技术的发展及应用J.电气传动，2000,30（2）9 Rowan T M.Lipo T A A quantitative analysis of induction motor performance improvement by SCR voltage control 1983(3)10 张承慧，程金，夏东伟等.变频调速技术的发展及其在电力系统中的应用J.热能动力工程，2003,18（5）11 高兆益.变频调速技术在化工企业节能技术中的应用J.化工自动化及仪表，2012,39（6）12 王小宇，罗敬.交流变频调速系统在自动配料系统中的应用J.河南机电高等专科学校学报，2003,12（5）13 何瑞.变频器在自动配料系统中的应用J. 科技咨询导报，2007， （8）：56-58.14 师玉宝.变频调速在锅炉水位控制中的应用J.变频器世界，2000， （8）：35-36.15 王树编著.变频调速系统设计与应用M.北京：机械工业出社,2005.52-5316 李朝青编著.单片机原理及接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，200317 王昊.单片机的应用与开发技巧J.科学大众.科学教育，2012（9）18 赖远能.浅谈单片机技术在电气传动系统的应用J.中国新技术新产品，2012（20）19 贾 伯 年 ， 俞 朴 ， 宋 爱 国 编 著 . 传 感 器 技 术 M.南 京 ： 东 南 大 学 出 版 社 ， 2007,8-9 20 汤 晓 君 ， 刘 君 华 .多 传 感 器 技 术 的 现 状 与 展 望 J.仪 器 仪 表 学 报 ， 2005,26（ 12） 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 本课题要解决的问题本课题有待解决关键技术有如下:（1）系统主电路的设计与器件的选择。（2）控制电路的设计和外围配件的选择。（3）传感器、变频器的选择。（4）信号处理模块的控制方法。（5）调速系统的仿真实现。2.2 拟采用的研究手段变频调速配料系统主要包括硬件及软件设计，其中系统硬件主要包括控制单元、传感器、信号处理模块、电源、变频器及外围设备等，具体由 89S51 单片机、传感器、电源、AD(ADC0809)和 DA(DAC0832)转换、键盘扫描、锁存器、变频器、变频手操器及外围设备等组成，如图 1。图 1 硬件电路此变频调速配料控制系统的工作原理是由安装在计量绞龙上的传感器检测出通过绞龙的瞬时物料流量，该信号处理后送入单片机，然后把单片机经 DA 输出的 420 mA 控制信号给变频器，作为频率设定信号，变频器通过信号转换输出相应比例的电压，调节电机转速，以实现计量控制。系统设计有显示、报警、变频器自动手动操作、在线修改参数与上位机通讯等主要功能。显示功能是通过 LED 显示器在线显示检测流量值、设定流量值、累积流量值及PID 参数值。报警功能是指通过蜂鸣器和指示灯将计量过程中出现的溢料、缺料及设备故障等情况，用声光的形式显示出来，以提醒操作人员及时处理。变频器自动手动电源复位电路 键盘扫描 显 示存 储 器报 警手操器传感器单片机信号处理 MI变频器D/A 转换物料电源操作功能是通过切换开关，以实现变频器自动手动操作的转换。手动操作时，可由手操器输出 420mA 信号作为变频器的频率设定值。在线修改参数功能即通过单片机键盘在线修改计量设定值、PID 参数整定值。与上位机通讯功能即通过接口实现与上位机的信息交换。主要为上位机提供物料累积量、单物料系统运行状况等数据信息。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日附件：参考文献格式学术期刊 作者论文题目期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于 3 人，则写前三位作者的名字后面加“等” ，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰，胡征，景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57学术会议论文集 作者论文题目文集编者姓名学术会议文集名称，出版地：出版者，出版年份：页次例如：3 司宗国，谢去病，王群重子湮没快度关联的研究见赵维勤，高崇寿编第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集，北京：中国高等科学技术中心，1996：105图书 著者书名版本出版地：出版者，出版年页次如果该书是第一版则可以略去版次。例如：4韩其智，孙洪洲群论北京：北京大学出版社，1987101预印本 作者论文题目预印本编号（出版年份）例如：5Xiaofeng Guo and Jianwei QiuThe leading power corrections to the structure functionshepph/9810548(199