陈永妮 毕业设计 主从式电机控制系统

题目：主从式电机控制系统
指导老师：邓长军教授
系别：电气工程系
专业：应用电子技术
班级：电子717
姓名：陈永妮
完成时间：2007年4月30日
引言
随着现代社会日新月异的发展,各式各样的高楼大厦如雨后春笋般一幢幢的
矗立在城市的各个角落,在建造这一幢幢高楼大厦的过程中,需要有大量的水泥,
面对这种高强度的工作,设计者们设计出了搅拌水泥采取集中操作的方式,既采
用主从式电机控制系统。

这样一来，不但可以极大地减轻劳动强度，而且还提
高了劳动效率。

主从式电机控制系统的总体方案可分为电动机控制系统，单片机控制系统
和上位机控制系统三个部分。

电动机控制部分既为低压电器控制部分，单片机控
制部分即通过单片机控制整个电路，上位机控制部分既微型计算机控制部分。

一、电动机控制部分
电动机控制部分（如图一），在这一部分中，总开关通过保险丝，与交流继
电器，热继电器和电动机连接起来。

总开关闭合，热继电器开始工作，同时启动
和控制电动机运行。

在这一部分中，保险丝可以保护电路，以免在操作中由于操
作不当烧毁其他元件。

同时在这个控制部分中，通过一根火线连接一个保险丝，在这根火线与零
线之间接有220伏电压，为手动和自动部分提供电源电压。

通过转换开关可以进
行手动与自动的转换，当打到手动时，通过操作者控制，当打到自动时，通过上
位机进行控制。

如果电动机运行正常，则运行指示灯绿灯亮，否则，绿灯不亮。

在此次电动机控制系统中，电动机连有一个涡轮减速器，电动机型号及涡
轮减速器型号如下示：
三相感应电动机型号：
型号：JW7134 功率：750W 转速：1400 频率：50HZ
电压：380V 电流：2.05A
涡轮减速器：
模数：2 速比：59：1 功率：0.49千瓦
低压电器控制部分材料明细表：(如表一示)
二、单片机控制部分
一、单片机控制部分电路设计要求：
1）驱动三个继电器（+12伏）
2）电动机运行的回馈信号（交流辅助端子，常开接点）
3）通过RS--232串口和主机通信
4）电源供给（+15V,+12V)
5)搅拌结束告警信号
二、在单片机控制部分中，通过单片机80C51控制电动机运行，包括低压接触器控制交流接触器及报警系统。

引脚说明：
1）Vcc:芯片电源接+5V, 2)Vss:接地
3）P0口：8位双向I/O口
在不并行扩展外存储器时，P0口可用做双向I/O口，
在并行扩展外存储器时，P0口可用做分时传送底8位地址。

4）P1口：8位准双向I/O口，能驱动4个LSTTL门
5）P3口：8位准双向I/O口
三、电源部分：
为了保证继电器工作时的+12V电压和本机操作指示及报警指示工作时的
+5V电压，需要设计一种电源，能够供给+12V，+5V的电压，以便为了保证整个电路正常运行.
四、RS--232串口的连接内容简介：
RS--232串口用做计算机与远程通信设备即单片机的数据传输接口，
RS--232标准定义了数据通信设备(DCE)与数据终端设备（DTE)之间进行串行数据传输的接口信息，规定了接口的电气信号和接插件的机械要求。

信号线分为数据信号线和控制信号线，发送数据（TXD)与接受数据（RXD)是一对数据传输信号线，TXD用于发送数据，当无数据发送时TXD线上的信号为1，RXD用于接收数据，当无数据接收时或数据接收间隔期间，RXD线上的信号也为1。

五、单片机控制部分电路图（如图二示）
在单片机控制过程中，P0口通过总线方式引出，每一个电动机由一个数码管显示，可以显示出它的十位和个位，每个数码管就需与2个地址所存器373连接，通过地址锁存器给数码管一个地址，数码管就可以显示电动机的运行时间和设置时间。

由于在使用373地址锁存器时，它使用的是十六禁止表示地址，而用数码管显示时使用的却是十进制数，所以为了方便显示这个时间，就需要将LED数码管的编程码进行转化，如图为共阴和共阳LED数码管八段码编码表：（如表二示）在单片机控制电动机运行指示部分中，通过总线引出的P0口，连接一个373地址锁存器，地址锁存器一部分与发光二极管连接，通过单片机程序控制给地址锁存器一个地址，通过识别该地址，系统内部可以判断出电动机是否正常运行，如果，电动机运行正常，则运行指示部分的发光二极管就会亮，否则，则红灯亮。

P0口通过总线与373地址锁存器相连后，将373输出与138译码器连接，译码
器就是将输入二进制代码的状态翻译成输出信号以表示其原来含义的电路。

373地址锁存器的三根输出线作为译码器的输入端，Y0--Y7为输出端，用来控制数码管的闪烁。

单片机P2口，P2.5--P2.7通过连接3个继电器和3个光电转换器形成电机运行状态信号电路，同时在通过二极管与电阻形成报警指示电路。

光电转换器通过P2口读取数据，在没有光电转换器的情况下，继电器也可以直接与P2口连接，进行工作，但电动机在刚启动时，电流过大，单片机容易烧坏，所以，光电转换器则起到保护电路的作用。

报警指示电路可以检测电动机是否正常运行。

如果电动机出现故障，则报警指示电路中风鸣器就会响，则要立即关闭电源，检查整个电路。

P2.1连接一个本机操作指示和远程控制指示电路，在本机操作指示电路中工作时，只能通过手动控制整个电路，在远程控制指示电路工作时，则可以通过上微机控制整个电路，这样人就可以远离喧闹，杂乱的场地。

在P1口中，从P1.0--P1.7分别连接8个开关，每一个开关上连接一个电阻，K1控制方式选择键，K2电机号选择键，K3设置，K4十位，个位选择键，K5加，K6减，K7运行，K8停止，在电动机运行中，如出现故障，就要进行外部中断，所以通过INT0连接一个开关K9，则起到中断的作用。

六、单片机控制电动机运行时，主程序流程图如下示：（如图三示）
K1方式选择键，K1控制方式选择键，K2电机号选择键，K3设置，K4十位，个位选择键，K5加，K6减，K7运行，K8停止。

M：电机号寄存器 H：命令电机运行控制字 H3：电机运行状态字
七、中断程序流程图（如图四示）
三、上位机控制
上位机控制部分即为微型计算机控制整个电路，在这一部分中，要用到一个命令数据包，上位机发送运行命令（带参数）数据包各字节功能定义如下：（如表三示）
通过这个运行命令数据包，则可以写出通信协议，用来控制单片机的启动，停止。

无参启动：E7 E7 0 0 0 1 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0
自由停止：E7 E7 0 0 0 1 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 0
无参停止：E7 E7 0 0 0 1 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0
在上位机控制中，我们用一个变频器来代替80C51单片机对电动机进行控制，将微型计算机与变频器连接，中间在接一个开关，变频器与电动机相连，就可以对其进行控制和操作。

变频器型号介绍如下：
型号：F1500--G0007S2B 输入：1PH AC 220V 50/60HZ 输出：3PH 0.75KW 4.5A 0--220V AC 0.00--400.00HZ
硬件采用MAX48进行通讯，变频器上的485接口器芯母插座官脚排列如下：
1：Vcc 黄 2：A- 绿， 3：A+ 绿 4：GND黑其中，Vcc，GND为变频器用以供给外部用的5V电源的正端，负端。

变频器的界面有设置，方式，加，减运行，停/复六个键。

按设置键可以对变频器的频率进行设置，按方式键可以
对工作方式进行设置，按运行键电动机开始运行,按停/复键电动机停止,按加,减键可以对设定的参数加,减.通过微型计算机与单片机之间连接的开关就可以控
制整个变频器的开关.
在使用变频器时,需要对其功能,参数进行设置,具体设置如下:
F100: 用户密码, 通常为0
F113: 数字设定频率,变频器频率设定方式为"数字频率设定"，通过该功能码预设频率，通过键盘“加，减”端子调节该频率。

F131：显示内容，设置范围1--127
F200：运行控制，设置范围，0：键盘控制/485通讯控制。

1，端子控制。

2，上位机控制。

F207：键盘方向给定，设置范围：0，正向 1，反向（在键盘控制方式（F200=0）下，给定电动机运转方向。

）
F111：上限频率，表示变频器运行的最高频率。

F900：485通讯口功能选择。

0：上位机。

1：485通讯控制盒
在使用变频器时应注意，变频器使用的是RS485串口通讯，而微型机计算机使用的却是RS232串口，所以将微型计算机与变频器连接时，需要一个可以进行转换的器件，这就是瑞塞特8520，RS232到RS 422/485转换的隔离转换器。

RS485标准支持半双工通讯，也就是用两跟线来进行数据发送和接受。

特性介绍：
1）自动内部RS-485总线管理
2）RS-485无需外部的控制信号
3）RS-485数据线上的瞬太干抑制
4）1000DV隔离保护
5）传输速率达115.Kbps
6）1.2公里长的网络连接
7）电源及数据流指示，用于故障诊断
8）电源要求：+12模快带电源反接保护
9）各种温度：0--70度
10）尺寸：60mm
11）传输速率：（bps）300-11502K
12）隔离电压：1000DV
13）RS-422/RS-485接口连接器：插入式螺丝端子
14）RS-232接口接头：孔式DB-9
15）外壳：金属外壳屏蔽极佳
16）功耗：1.5W
使用方法：
1）DB9孔与232设备相连，同时需要连接设备属性置DTE/DCE开关，设备为DTE时开关置于DTE侧，为DCE时置于DCE处。

2）RS422/485侧为接线端子，包括TX+， TX- RX+ RX-和电源输入，
3）将转换器安装于RS-422/RS485总线与下位设备之间，并从下位设备提供12伏电压
注意事项：
1）信号线极性的正负不要接错，电源可用422/485统一供电，但不能跟232同地。

2）如果422/485总线电缆超过100米，可取1/4W300欧到110欧的电阻。

3）设置地址时注意地址不要重复，（在同一波特率时）
四、总结
为时一个多月的毕业设计实践即将结束，通过这一个多月的实习，对我来说，无论从各个方面都受益匪浅。

我们毕业设计的题目是：“主从式电机控制系统”，在王老师的带领下，在邓教授的循循教导下，在同组同学的共同努力下，我们顺利完成了我们的课题。

主从式电机控制系统分为电动机控制部分，单片机控制部分，和上位机控制部分三个部分。

电动机控制部分即为低压电器控制部分，单片机控制部分包括运行指示和报警系统两大部分，上位机即用微型计算机控制部分，同时，在这一部分我们还学会使用变频器，学会通过变频器控制电动机工作。

通过实习不仅丰富了我们的知识，而且锻炼了实际动手能力，为我们的毕业画了一个圆满的句号。

五、附录表一如下示：
表二如下示：
表三如图示：
附图一
附图二
附图三
附图四。