專利名稱：一種多模式交流異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種交流異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制裝置，特別是一種 多模式交流異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制裝置。 技術(shù)背景
交流異步電動(dòng)機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè) 界對(duì)其運(yùn)行控制進(jìn)行了廣泛、深入的研究。電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理和應(yīng)用控 制方法逐漸成熟。電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)逐漸采用了多種模式化的 控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如軟啟動(dòng)、變頻器、調(diào)壓調(diào)速設(shè)備、制動(dòng)器等。由于 電機(jī)的不同應(yīng)用場(chǎng)合的區(qū)別及控制性能的要求不同，實(shí)際上控制器的 實(shí)現(xiàn)方法也千差萬(wàn)別。在電機(jī)的頻繁啟動(dòng)制動(dòng)場(chǎng)合，如果對(duì)調(diào)速要求 不高，可采用可控硅調(diào)壓控制方法。目前多采用模擬電路控制方案或 者是采用單片機(jī)控制方案。前者的特點(diǎn)是可靠性好，實(shí)施簡(jiǎn)單，缺點(diǎn) 是調(diào)試復(fù)雜，模擬器件容易受溫度影響產(chǎn)生漂移，影響控制的精度，
另外一旦需要更改控制過(guò)程就需要重新設(shè)計(jì)電路板；后者的特點(diǎn)是采 用了計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，運(yùn)算能力強(qiáng)，靈活性高可以具有一定的智能性， 克服了溫漂等模擬電路的弱點(diǎn)，但是在大功率調(diào)壓場(chǎng)合時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng) 干擾比較強(qiáng)，單片機(jī)內(nèi)部的RAM和寄存器部件容易受到干擾，容易 產(chǎn)生誤動(dòng)作，需要附加所謂的看門狗電路對(duì)單片機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視， 一旦發(fā)生故障，只能采用復(fù)位的方法進(jìn)行處理。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足，提供一種多模 式交流異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制裝置，采用全數(shù)字的可編程邏輯器件作為 核心控制部件的控制方案，具有全硬件電路及內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)可以靈活
編程的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了硬件邏輯電路的可靠性和現(xiàn)場(chǎng)可編程的靈活性有 機(jī)的結(jié)合。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括CPLD控制器，人機(jī)接口 電路，時(shí)鐘振蕩電路，電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路，可控硅整流調(diào)壓電路，同
步信號(hào)產(chǎn)生電路，其特征是采用全數(shù)字的可編程邏輯器件作為核心
控制器，即CPLD控制器，它是由一片CPLD芯片，或是由多片CPLD 芯片構(gòu)成。由人機(jī)接口確定用戶設(shè)定的工作模式和參數(shù)，工作模式可 以設(shè)定為啟動(dòng)模式，停止模式和制動(dòng)模式。人機(jī)接口電路，時(shí)鐘振蕩 電路，電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路，可控硅整流調(diào)壓電路，同步信號(hào)產(chǎn)生電路 都分別與CPLD控制器相連接，其中電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路和可控整流調(diào) 壓電路又分別與交流異步電動(dòng)機(jī)連接，并將同步信號(hào)產(chǎn)生電路和可控 硅整流調(diào)壓電路與380V交流電網(wǎng)相連。同步信號(hào)產(chǎn)生電路的作用是 將電網(wǎng)三相交流電壓的過(guò)零信號(hào)通過(guò)隔離電路如變壓器、光電耦合 器、霍爾傳感器等變成能被CPLD控制器能容許的電壓的脈沖信號(hào)。 人機(jī)接口電路包含兩部分指令輸入部分和狀態(tài)顯示部分，指令輸入部 分是由鍵盤、開(kāi)關(guān)等構(gòu)成，狀態(tài)顯示部分由數(shù)碼管或發(fā)光二極管構(gòu)成。 時(shí)鐘振蕩電路產(chǎn)生高頻時(shí)鐘可以由晶體振蕩器，RC振蕩器構(gòu)成。電 機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路是反映電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)各物理量的傳感電路，包括電壓 檢測(cè)，電流檢測(cè)，速度檢測(cè)，位置檢測(cè)等電路的全部或部分。
其中CPLD控制器是由時(shí)間基準(zhǔn)生成模塊，任務(wù)調(diào)度模塊，輸入 輸出管理模塊，可編程延時(shí)控制模塊，可控硅觸發(fā)脈沖管理模塊組成 的。其工作過(guò)程是根據(jù)輸入輸出端口管理模塊的用戶輸入信號(hào)，如按 鈕、繼電器觸點(diǎn)等形成的數(shù)字開(kāi)關(guān)量形成指令，輸送到任務(wù)調(diào)度模塊， 由任務(wù)調(diào)度模塊協(xié)調(diào)控制，并通過(guò)其他幾個(gè)模塊的共同作用，配合各
種外圍接口電路，完成電機(jī)的啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程。
具體模塊功能敘述如下
時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)生模塊
作為全數(shù)字時(shí)序控制電路，必須有一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘，各電路單元按 照此時(shí)鐘基準(zhǔn)進(jìn)行同步。本模塊的功能是接收外部晶體振蕩器的高頻 時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)內(nèi)部分頻電路生成高頻時(shí)鐘Hdk和低頻時(shí)鐘Lclk，這 樣就有兩種時(shí)鐘同時(shí)存在。在不同場(chǎng)合，對(duì)需要使用不同時(shí)鐘的要求 都可以得到滿足。高頻時(shí)鐘主要給可編程延時(shí)控制模塊作為計(jì)數(shù)器時(shí) 間基準(zhǔn)，低頻時(shí)鐘主要作為任務(wù)調(diào)度模塊的任務(wù)調(diào)度時(shí)間基準(zhǔn)，也為 輸入輸出端口管理模塊的延時(shí)消抖提供時(shí)間基準(zhǔn)。 任務(wù)調(diào)度模塊
根據(jù)配置不同，本模塊具有軟調(diào)壓?jiǎn)?dòng)、軟調(diào)壓停車和直流制動(dòng) 三種工作模式。本模塊接收輸入輸出端口管理模塊輸入的指令信號(hào)， 輸出可編程延時(shí)電路使能信號(hào)和電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)使能信號(hào)，使編程固化 的工藝過(guò)程得以運(yùn)行，并根據(jù)電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)反饋信號(hào)決定是否結(jié)束該 工作過(guò)程。在本實(shí)用新型中，實(shí)際上是通過(guò)可編程延時(shí)電路使能信號(hào) 的使能和禁止來(lái)決定電機(jī)工作過(guò)程的開(kāi)始與停止。 輸入輸出端口管理模塊
管理系統(tǒng)輸入的數(shù)字開(kāi)關(guān)量，將啟動(dòng)、停止、使能等指令信號(hào) 輸入到任務(wù)調(diào)度模塊，將電網(wǎng)交流過(guò)零同步信號(hào)轉(zhuǎn)接到可編程延時(shí)控 制模塊。該模塊同時(shí)還具有對(duì)開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)的延時(shí)消抖功能；具有 可編程數(shù)字輸出開(kāi)關(guān)量，可用作繼電器控制，指示燈顯示； 可編程延時(shí)控制模塊
本模塊一旦檢測(cè)到從輸入輸出端口管理模塊輸入的同步信號(hào)，在對(duì)高頻時(shí)鐘Hclk進(jìn)行計(jì)數(shù)， 一旦達(dá)到預(yù)置的計(jì)數(shù)值就向可控硅觸發(fā) 脈沖管理模塊輸出一個(gè)脈沖同時(shí)停止計(jì)數(shù)。下一循環(huán)從檢測(cè)到新的同 步信號(hào)開(kāi)始。 電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)模塊
本模塊負(fù)責(zé)電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路的接口，如過(guò)壓信號(hào)、過(guò)流信號(hào)、 停轉(zhuǎn)信號(hào)、速度到達(dá)信號(hào)，堵轉(zhuǎn)信號(hào)等通過(guò)對(duì)應(yīng)的傳感裝置或電路獲 得，該模塊一旦得到對(duì)應(yīng)的信號(hào)立刻將其反饋給任務(wù)調(diào)度模塊，由其 決定采用何種處理措施。 可控硅觸發(fā)脈沖管理模塊
本模塊的功能是將可編程延時(shí)控制模塊輸出的脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合 外部可控硅拓?fù)涞目煽毓栩?qū)動(dòng)脈沖。軟調(diào)壓?jiǎn)?dòng)、軟調(diào)壓停車模式為 輸出六路脈沖對(duì)應(yīng)于三相可控硅交流調(diào)壓電路，直流制動(dòng)模式為輸出 兩路脈沖或四路脈沖對(duì)應(yīng)于可控硅的可控整流電路。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是采用全硬件數(shù)字電路設(shè)計(jì)，電路簡(jiǎn)單，使用 靈活，控制系統(tǒng)既具備數(shù)字電路的快速和可靠性又具有現(xiàn)場(chǎng)可編程的 靈活性。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明
由圖1可知，本實(shí)用新型用作制動(dòng)裝置時(shí)，采用全數(shù)字的可編程 邏輯器件作為核心控制器，即CPLD控制器1，它是由一片CPLD芯 片，或是由多片CPLD芯片構(gòu)成，人機(jī)接口電路2，時(shí)鐘振蕩電路3， 電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路4，可控硅整流調(diào)壓電路5，同步信號(hào)產(chǎn)生電路6
都分別與CPLD控制器1相連接，其中電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路4和可控硅 整流調(diào)壓電路5又分別與交流異步電動(dòng)機(jī)7連接，在同步信號(hào)產(chǎn)生電 路6和可控硅整流調(diào)壓電路5中接有380V交流電壓。工作時(shí)用戶 通過(guò)人機(jī)接口電路2設(shè)定工作模式、可控硅觸發(fā)角大小，最大制動(dòng)時(shí) 間，制動(dòng)指令等信息，該信息傳遞到CPLD控制器1作為其內(nèi)部電路 的工作條件。時(shí)鐘振蕩電路3產(chǎn)生的時(shí)鐘作為基準(zhǔn)輸入到CPLD控制 器1的基準(zhǔn)時(shí)鐘部分用作內(nèi)部時(shí)鐘基準(zhǔn)。當(dāng)通過(guò)人機(jī)接口電路2發(fā)出 制動(dòng)命令時(shí)，每10毫秒通過(guò)同步信號(hào)產(chǎn)生電路6得到380V交流電 的一路過(guò)零檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)CPLD控制器1內(nèi)部的可編程延時(shí)控制模 塊進(jìn)行移相，獲得了導(dǎo)通角可變的延遲信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)CPLD控制 器1內(nèi)部的可控硅觸發(fā)管理模塊形成兩路可控硅觸發(fā)信號(hào)?？煽毓枵?流調(diào)壓電路5輸出直流電壓，開(kāi)始制動(dòng)過(guò)程；在開(kāi)始制動(dòng)的同時(shí)， CPLD控制器1內(nèi)部的電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)模塊開(kāi)始工作，該模塊通過(guò)外部 電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路4獲得交流異步電動(dòng)機(jī)7的運(yùn)行信息。當(dāng)檢測(cè)到電 機(jī)到達(dá)停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，關(guān)閉CPLD控制器1內(nèi)部的可編程延時(shí)控制模塊， 從而完成一次制動(dòng)過(guò)程。此時(shí)可控硅調(diào)壓電路可以是由可控硅構(gòu)成的 全控整流電路，或是由可控硅和功率二極管構(gòu)成的半控整流電路。是 將380V交流電整流成直流電壓，直流電壓的大小通過(guò)調(diào)節(jié)可控硅的 觸發(fā)角來(lái)實(shí)現(xiàn)。
由圖1又可知，本實(shí)用新型用作啟動(dòng)裝置時(shí)，采用全數(shù)字的可 編程邏輯器件作為核心控制器，即CPLD控制器1，它是由一片CPLD 芯片，或是由多片CPLD芯片構(gòu)成，人機(jī)接口電路2，時(shí)鐘振蕩電路 3，電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路4，可控硅整流調(diào)壓電路5，同步信號(hào)產(chǎn)生電路 6都分別與CPLD控制器1相連接，其中電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路4和可控
整流調(diào)壓電路5又分別與交流異步電動(dòng)機(jī)7連接，在同步信號(hào)產(chǎn)生電
路6和可控整流調(diào)壓電路5接有380V交流電壓。工作時(shí)用戶通過(guò) 人機(jī)接口電路2設(shè)定工作模式、最大啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)指令等信息，該 信息傳遞到CPLD控制器1作為其內(nèi)部電路的工作條件。時(shí)鐘振蕩電 路3產(chǎn)生的時(shí)鐘作為基準(zhǔn)輸入到CPLD控制器1的基準(zhǔn)時(shí)鐘部分用作 內(nèi)部時(shí)鐘基準(zhǔn)。當(dāng)通過(guò)人機(jī)接口電路2發(fā)出啟動(dòng)命令時(shí)，每10毫秒 通過(guò)同步信號(hào)產(chǎn)生電路6得到三相交流380V電源的三路過(guò)零檢測(cè)信 號(hào)經(jīng)過(guò)CPLD控制器1內(nèi)部的可編程延時(shí)控制模塊進(jìn)行移相，獲得了 導(dǎo)通角可變的三相延遲信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)CPLD控制器1內(nèi)部的可控 硅觸發(fā)管理模塊形成三路可控硅觸發(fā)信號(hào)。從而控制可控硅整流調(diào)壓 電路5輸出交流電壓，開(kāi)始啟動(dòng)過(guò)程；在啟動(dòng)過(guò)程中，可控硅觸發(fā)信 號(hào)的延時(shí)控制量由大變小， 一直到延時(shí)為零，使可控硅整流調(diào)壓電路 5輸出電壓滿幅380V。在開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，CPLD控制器1內(nèi)部的電機(jī)狀 態(tài)檢測(cè)模塊開(kāi)始工作，該模塊通過(guò)外部電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路4獲得交流 異步電動(dòng)機(jī)7的運(yùn)行信息。 一旦發(fā)現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流、堵轉(zhuǎn)等故障發(fā)生時(shí) 立即關(guān)閉內(nèi)部的可編程延時(shí)控制模塊，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)過(guò)程的電機(jī)保護(hù)。啟 動(dòng)裝置的可控硅調(diào)壓電路是可控硅構(gòu)成的三相交流調(diào)壓電路。是將 380V的交流電轉(zhuǎn)換成幅值可控交流電壓，交流電壓的幅值大小通過(guò) 調(diào)節(jié)可控硅的觸發(fā)角來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1. 一種多模式交流異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制裝置，包括CPLD控制器，人機(jī)接口電路，時(shí)鐘振蕩電路，電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路，可控硅整流調(diào)壓電路，同步信號(hào)產(chǎn)生電路，其特征是，采用全數(shù)字的可編程邏輯器件作為核心控制器，即CPLD控制器，它是由一片CPLD芯片或是由多片CPLD芯片構(gòu)成；人機(jī)接口電路，時(shí)鐘振蕩電路，電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路，可控硅整流調(diào)壓電路，同步信號(hào)產(chǎn)生電路都分別與CPLD控制器相連接，其中電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路和可控整流調(diào)壓電路又分別與交流異步電動(dòng)機(jī)連接，并將同步信號(hào)產(chǎn)生電路和可控整流調(diào)壓電路與380V交流電網(wǎng)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式交流異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制 裝置，其特征是，CPLD控制器是由時(shí)間基準(zhǔn)生成模塊、任務(wù)調(diào)度模 塊、輸入輸出管理模塊、可編程延時(shí)控制模塊、可控硅觸發(fā)脈沖管理 模塊組成的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式交流異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制 裝置，其特征是，CPLD控制器是由一片CPLD芯片或是由多片CPLD 芯片構(gòu)成的。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種多模式交流異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制裝置，其主要技術(shù)特征是，CPLD控制器作為核心控制器，它是由一片CPLD芯片，或是由幾片CPLD芯片構(gòu)成。人機(jī)接口電路，時(shí)鐘振蕩電路，電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路，可控硅整流調(diào)壓電路，同步信號(hào)產(chǎn)生電路都分別與CPLD控制器相連接，其中電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路和可控整流調(diào)壓電路又分別與交流異步電動(dòng)機(jī)連接，在同步信號(hào)產(chǎn)生電路和可控硅整流調(diào)壓電路與380V交流電網(wǎng)相連。其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，使用靈活。控制系統(tǒng)既具備數(shù)字電路的快速和可靠性又具有現(xiàn)場(chǎng)可編程的靈活性。
文檔編號(hào)H02P23/00GK201078841SQ200620092259
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2006年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月26日
發(fā)明者劉菁華, 滕立波, 言 金 申請(qǐng)人:劉菁華;滕立波;金 言