宁波西门子授权代理商DP电缆供应商

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 无轴转动瓦楞印刷控制系统采用PLC作为主控系统，印刷版辊、墨辊、送纸辊、电子凸轮皆为伺服传动，步进电机调整间隙，人机界面集中监控，现场总线采集传递信号，再结合减速机、联轴器、编码器、滑轨丝杠、同步皮带等机构，实现高速运转下的各辊筒速度同步及相位同步，真空吸附电子凸轮送纸机构快速送纸，系统的相位调整功能使调整变得简单易行。所有这些，大地提高了生产速度、套印精度以及操作的简便性。

    系统构成

    系统由送纸部和四色印刷部组成，送纸部主要包括电子凸轮真空吸附送纸机构和送纸辊。电子凸轮真空吸附送纸机构利用风机产生的负压使纸板紧密吸附在送纸平台上，两台电子凸轮伺服电机驱动送纸平台在送纸上下位间同步往复运动，配合送纸滚轮和送纸辊完成纸板依次传送。在滚轮摩擦系数和纸板压力稳定的基础上，送纸时机与一色印版的位置和生产速度相关，在一定速度下，当一色印版转到某一位置时开始送纸，转到另一位置时停止送纸，以**印版能每次将图案准确印在纸板的相应位置上。不同规格纸板，送/停纸的时机也相应变，操作人员仅需调整人机界面上的料号，系统会立即自动调整，**印刷位置准确。两台电子凸轮电机的动作、速度与旋转角度要一致，才能**电机和机构连续稳定运转，以及纸板平直送出。在这里，我们采用两轴同动直线补偿功能来实现两轴实时同步。另外，凸轮电机还要满足长时间频繁往复正反向运转需要，要求系统选配高响应的伺服系统，并结合负载调整伺服参数，充分发挥伺服系统的高速高响应特性，尽量减少传动环节及各环节延迟，同时，还要充分考虑系统发热和回收保护问题，使电机工作处于轻载状态（设备及系统构成示意图如下）。

    纸板送出后进入四色印刷部，每一色部控制由印刷版辊、墨辊、托纸辊、牵纸辊和气缸等共同完成，各辊筒皆直接或间接通过伺服驱动，同时有步进电机配合编码器调整辊筒间隙和位置。

    印刷版辊的轴径通常很大，运行速度很快，而印刷套印精度要求较高，因此印刷版辊间微小的速度差在很短的时间内就会造成套印差。设任一时段任意两印刷版辊的速度差为△V，系统速度环在△t时间内将速差调整过来，因传动机构延迟很小，设为0，则将△t时间内由速度差△V产生的偏差设为ε，可总结公式如下：

    ε=∫0△t△Vdt

    由此可见，负载间速度差△V越小，系统响应越快（即△t越短），则产生的套印偏差ε越小。这就要求一方面要提高机械精度，如安装同心度要好、负载惯量要均匀等；另外在系统选配时要充分考虑与负载匹配，在提供足够负载扭力的同时还要提供足够的响应能力。同时，调试工作也非常重要，要结合负载使系统发挥优性能。对此，可利用伺服系统的自动检测功能先检测负载状况，再根据实际需要匹配参数（如提高响应或减小调量等），进一步细调，直到符合条件为止。同时由于每个负载及其传动机构不尽相同，每台伺服的参数也会略有差异,应通过电气来补偿负载机械传动系数的差异。

    系统利用PLC的运动控制功能对伺服系统进行实时控制，采用单高速处理器，运算立于CPU之外，结合伺服系统满足及快速响应需求。另采集负载轴端编码器信号，对负载运行状况进行检测和校正，以传动误差影响，并有利于分析查找问题。各辊筒间线速度要一致，避免纸板打滑，同时墨辊上墨才会均匀、无色块。另外，墨辊气缸的动作也很重要，开始送纸时，气缸带动墨辊依次下落，给印版着墨；停止送纸时，墨辊依次抬起，避免印版着墨太深。下落及抬起的时机由印版位置决定，以**墨辊在印版上的着墨位置和着墨量，从而**印刷质量。

    由于纸板的规格型号很多，对于不同规格的纸板印刷，工艺和控制都要做出相应调整；同时，设备清洗、维护、挂版等工作经常进行，难免会造成人为误差，需要时常对印刷版辊相位进行调整，这些都在程序里实现，操作人员只需在人机界面上调整料号和校正值，对设备做出任何改动，操作简便，大地提高了工作效率和灵活性。

    另外，在实践过程中，我们总结出一套模拟套准试验方法配合调试工作。通过PLC检测伺服反馈和编码器信号，对其进行统计分析，可计算出任意时刻各印刷版辊的相位差（脉冲值），再折算成长度（mm），便可测得机械套准精度，上墨和纸板，节省了大量的材料，同时也缩短了调试的时间。

    性能及特点

    1．由于采用伺服传动，其高速、、高响应的特性使生产速度大提高，传统设备通常生产速度为80张/分，本系统可将设备生产速度提高一倍，达到160张/分。

    2．系统的闭环设计和快速响应能力使设备在高速生产下仍能保持高的控制精度，套印偏差≤±0.25-0.4mm（视机械状况而定）。

    3．电子凸轮真空吸附送纸机构改变传统后推式进纸方式，不会造成纸板弯曲甚至无法进纸，还可避免纸板定位不准，从而**套印精度，在此基础上还大提高了送纸速度。另外，电子凸轮的应用使转型生产非常简便，调整任何设备机构。

    4．系统自适应同步控制，只需改变送纸辊或任一印刷版辊的速度，其余辊筒自动跟进，始终保持线速度和相位同步，送纸频率和送/停纸时机也随之改变，保套印精度和位置。

    5．电子凸轮和配方功能使转型生产变得十分简单，调整机械机构，只要在人机界面上改变生产料号，即可轻松实现。

    6．设备每次运行前印刷版辊都要找到其初始相位，传统设备通常采用编码器来定位，本系统可省去这项投入，并通过程序将这项工作简单化，操作人员只需按照人机界面上的提示进行操作即可。另外，由于挂版或安装维护等造成的初始相位偏移，也可在人机界面上随意调整，停机或断电。

    7．现场总线系统的应用使设备省掉了大量繁琐的安装配线工作和占用空间，了信号传输的稳定、快速和准确，增强了系统的可维护性。

    结束语

    由于系统具有上述特点，尤其是其、、高灵活性的优势，应用在设备上后引起众多包装、印刷企业关注。但此类技术目前国内只有几家采用，且多为引进或合资合作技术，尚无自主知识产权，其高昂的价位也令许多企业特别是中小企业望而却步。因此，我们希望促进此项技术在国内的推广，为多企业创造好的效益。

大型离心铸造机大多用来生产轧辊。在离心铸造中,铸型(也称管模)的转速非常重要,尤其在轧辊生产中,需要二次浇注(添芯),特别要求转速与时间及温度的严格控制。为满足轧辊的铸造工艺要求,我们为大型离心铸造机设计了控制系统,该系统实时控制且动态跟踪,控制离心铸造轧辊的工艺过程。过去的大型离心机的控制系统,大多采用开环自动/半自动控制、电磁调速系统,工作稳定性差,人工因素多。我们通过对硬件及软件的进设计,采用西门子交流变频器(6SE70系列)或直流调速系统(6RA70系列),传感器输入温度、转速及主机振动测量信号,可编程控制器经过实时计算,只要在界面上设置相应的工作参数,就能自动跟踪设定的工艺曲线;整个生产过程实现了真正的闭环、自动跟踪控制,了人工干预多和其它因素的影响,提高了产品质量和生产效率。

1大型离心铸造机的主要工艺参数

    (1)初始增速速度:离心机从静止开始升到浇注要求的转速;

    (2)保持凝固速度:浇注后离心机保持的转速;

    (3)停机减速速度:减速停机的转速即停机转速。

2系统硬件

    硬件由工控机,可编程控制器PLC,模拟量输入、输出,直流调速装置或交流变频器及外围设备组成。图1为大型离心机的控制系统框图。

        

 

    工控机主要通过PLC完成离心铸造机远程实时监控和管理报表的制作,对现场的离心机转速、型腔金属液温度、轴承温度、离心铸造机振动的工作状态进行实时监控。离心铸造过程中,计算机可以连续自动记录铸型中金属液的温度曲线。

    工作原理:由界面设置离心铸造机主要工艺参数或调出原有产品的工艺参数,符合当前的产品时,则显示当前产品的控制曲线,按实际需要确认,通过控制按钮分别发出开始浇注、一次浇注、二次浇注等信号;PLC依据产品的工艺参数及通过现场模拟量输入得到当前离心铸造机的实际转速,经过计算,通过模拟量输出一个实际需要的转速,同时通过模拟量输入的离心机振动信号、温度信号,实时诊断离心铸造机的工作状态;离心铸造机的电机工作电流信号实时诊断离心机的负荷大小,实时显示其产品的工作曲线,确认产品的质量。图2、图3为武汉钢铁厂使用的大型离心机部分电气原理图.

        

 

3软件设计

    目的是使用户能根据自己的产品任意设置或调用各种产品的工艺参数及工艺曲线,即采用配方的形式及时刷新生产方案,按用户的需要通过对现场的工艺参数及离心机的工作状态、电机工作状态的实时采集,以动画的形式实时显示数字及曲线,同时显示预警,向用户实时提供解决实际工作问题的方案。

         

    从界面上保存各种工艺参数,也可重新设置各种工艺参数,产生新的配方,如表1为轧辊类浇注工艺参数。

         

    由于在轧辊产生中对二次浇注的时间要求严格,所以能否及时、正确确认固相线温度是轧辊生产的关键。过去都是通过人工观察的方式来确诊固相线温度,所以产品质量的稳定性不能得到**,现在通过本软件,能自动确认固相线温度,自动控制停机时间,从而**了轧辊质量的稳定性,同时本软件通过对离心铸造机本身的振动幅度以及离心机的轴承温度的自动测量,能及时预报离心机的工作状态,有问题能及时提示,确保离心机正常工作。

    温度拐点的确认软件设计依据以下两个计算公式:

    拐点速度Vi计算公式:Vi=V设定-a(V设定-V实际)(其中a为经验系数);

    拐点温度曲线的斜率Ki计算公式:

    Ki=∑Fj1-∑Fj/Ti

    其中j1为(i-10～i-6),j为(i-5～i),即拐点前10个值中前5个值减后5个值除以时间即得温度拐点斜率,见图4。

    浇注温度1350℃,固相线温度约1100℃,离心铸造机托轮转速1400r/min(可根据铸件内径确定),制动时间:大型件在5min内,重力系数100~110g。

        

 

    依据上述硬件配置和软件设计原理,生产开始前预先在界面或计算机上设置好工艺参数,检查无误后启动系统运行。控制系统通过程序设计和计算将初始增速速度转换成模拟量输出信号,此模拟量信号通过直流调速装置或交流变频器驱动电机使离心机在时间1内从静止状态均匀加速到初始增速速度;离心机到达这个转速后进行二步浇注高温铁液,浇注完毕后保持这个转速进行冷却凝固成型;离心机在高速旋转冷却凝固成形过程中进行铸型型腔内温度检测,当铸型冷却一段时间铸型温度下降到固相线温度时(如图4中1100℃),这时控制系统要控制离心机开始减速,而且在时间3内将离心机转速从转速2减到转速3,即停机状态;然后进行下个工序即二次浇注。

    上述控制系统在我们公司为武汉轧辊厂及邢台轧辊厂生产的两台400kW大型离心铸造机上使用,2007年和2008年又分别在销售泰国的两台280kW大型离心机上使用

、前言

    在科学技术日新月异发展的今天，为满足人们对商品包装多样化、精美化的需要，对包装印刷传动系统的自动化要求、位置跟踪精度要求越来越高。将微电子技术、信息处理技术、新传感技术、激光技术以及新工艺与新材料等应用于印械，实现智能化、高自动化、能化，是现代印刷机械的发展方向。

    2、包装印刷机械现状

    我国的包装印刷机械，特别是凹印生产线起步较晚，基础比较薄弱。根据有关资料统计，我国现有的约300台烟包凹印生产线，几乎全部从欧、美．日或澳大利亚等工业发达国家进口。其中绝大部分于上世纪90年代引入，一般使用八九十年代的技术，有的甚至是六七十年代的技术，设备具有以下特点。

    (1)设备的控制电路一般都采用可编程序控制器(PLC)或计算机控制，就这一点来讲。还是比较的。

    (2)传动装置一般采用直流调速电机，有些六七十年代的设备采用的还是滑差调速电机。主传动通过一台直流调速主机(或一台交流调速主机)驱动一根机械轴，再通过这根机械轴把各色组单元以及模切单元连在一起，同步转动。这种机械通轴结构直至现在仍是卷筒纸凹印机普遍采用的传动形式。

    (3)套准装置一般采用步进电机带减速器机构(包括差速器、无级变速器等)。

    (4)张力控制装置一般也采用步进电机带减速器机构。

    近年来，电子技术和微电子技术以惊人的速度向前发展，随之也带动了交流传动技术的进步。近代交流传动技术的发展经历了二十多年，目前正成为电气传动的主流，一直被直流传动所占据的众多领域已被交流传动所。

    3、机械通轴结构的缺点

    卷筒纸烟包六色凹印机可以在卷筒纸上印刷1—6种颜色。由于卷筒纸凹版印刷速度快、层次再现丰富、质感好，因而得到了广泛使用。但它对机械制造精度要求很高．特别是由于纸张易受温湿度影响而变形、伸缩，即使套印调节机构制造得非常精细，各部分动作又非常协调准确，但如果自动化程度不高，仍难以避免套印不准，不能**产品质量。国内大部分卷筒纸凹印设备一般采用机械通轴结构，需要靠人工进行套印预定位，操作复杂，定位误差大，动态调节慢。预不准导致设备需要很长的带纸运行时间，从而产生许多废品。

    4、交流伺服传动的优势

    为了解决上述问题，欧美等国一些的印制造企业已利用现有的交流伺服传动技术研制出电子无轴卷筒纸凹印机。与传统的有轴{机械轴)传动凹印机相比，电子无轴卷筒纸凹印机取消了印元间的机械通轴结构，每一个印元都采用AC矢量变频电机立驱动，由电机直接带动印版滚筒，并调整印版滚筒的相位来实现纵向套准，同时由一个步进电机来驱动印版滚筒的横向移动从而实现横向套准。这样的设计带来了以下几个**优点。

    (1)省掉了许多机械传动环节，使因机械磨损而降低套印精度的可能降至，增加了性．减少了维修保养成本。

    (2)套准时间很短，响应速度快。(3)提供了特有的预对版功能，当印版滚筒装入印元后，通过传感器来检测印版滚筒上的零位标记，驱动马达会自动将印版滚筒转动至预设零位。设备通过电机空运转即可实现预套准操作，不必带纸运行，故预套准过程废品很少．此外由于无轴传动系统对印版滚筒相位的控制精度高，信息交换快，可实现的高速套准，因此在高速印刷状态下仍能获得比机械轴凹印机高得多的套准精度。

    5、改造方案

    我公司是红塔集团投资兴建的烟包印刷厂，拥有一条从法国小森——尚邦公司引进的NL650型六色凹版连线模切印刷生产线。这台印所采用的技术基本上体现了当时的技术水平，控制电路采用西门子PLC，套印电路采用尚邦公司的RNP93系统。主传动使用一台直流调速电机通过一根机械轴将动力传到各印刷色组和模切站，各单元的套印(位置随动和补偿)采用步进电机加差速器的结构，因而无法避免上述机械通轴凹印机的缺点。此外还有以下不足。(1)主电机采用直流调速电机，炭刷和换向器的维护成本高。

    (2)齿轮箱和无级变速器不仅是易磨损的零部件，维修成本高，而且不可避免地存在机械间隙．当步进电机根据套印指令做出的调整通过这些机构到达印版时，会有所损失，严重时引起振荡。

    (3)上述设备已使用近10年的时间，许多零部件厂家已不再生产，给维修带来很大困难。

    这些问题已经影响到公司的长远发展，本文即想探讨采用交流伺服系统来改造这台印刷机的可能性。

    与步进电机相比，交流伺服电机具有以下明显的优异性能。

    (1)控制精度大大提高。

    (2)低频特性增强。

    (3)矩频特性好。

    (4)速度响应性能、控制性能(闭环控制)和过载能力大大提高。

    5.1总体改造方案

    （1）拆除直流调速主机和机械通轴、差速齿轮箱、步进电机等所有主传动和步进伺服传动零部件，用7组立的交流伺服电机单元取代上述部件来实现传动和位置补偿功能。这里说的7组单元是6个色组加1套模切单元，如果算上2组张力单元则应该是9组，因此轴数会因不同的机型改造方案而不同。

    （2）7组交流伺服电机单元通过免维护减速器(速比为5：1或10：1)直接与印版轴或模切轴相连，把电机到版轴之间的机械传动环节减至少，并实现7轴立伺服驱动。

    5.2具体改造方案

    设备改造前的传动及套印结构是一台35kW的直流调速电机通过一根长轴将6个印元连接在一起。改造方案是将图1中虚线部分的结构拆除，改造成如图2所示的结构。

    印版电机驱动单元拟采用乐公司的Ecodrive型智能交流伺服驱动器和配套的MHD交流伺服电动机。其中伺服驱动器内部带有电流环、速度环和位置环(本次改造不使用位置环)，电机轴速度和位置元件是伺服电机自带的2500旋转编码器(4倍频)。利用伺服驱动器上的二编码器接口来实现多轴速度跟随和同步，同步结构如图2中虚线部分所示。

    实际上，印刷机的同步控制包括两方面的内容，一方面是各印版轴转速的同步，另一方面是印刷套印同步控制，即通过光电扫描器检测印刷码刻线的实际位置，并与理论位置进行比较，输出脉冲信号(正转或反转)给执行机构(改造前是步进电机)进行位置调整，它构成了同步控制的外环。

    采用伺服控制器在速度方式下对印版电机进行控制．仅能获得很好的动态特性。但在印刷过程中，由于各电机伺服驱动器特性上或多或少存在差异，因而长期运行过程中必然有累积误差，而上述外环控制就是为了解决这个问题。

    内部速度环主管各轴速度的同步，要求有良好的动态性能，各种扰动给内部速度环带来的误差可以通过外环控制加以，外部位置环**了稳定性和套印精度，如图3所示。

    本改造方案保留了原系统中套印控制的信号检测、处理和发送环节，只把作为执行机构的步进电机改成交流伺服电机。因此，如何将以前发给步进电机的脉冲信号转为控制交流伺服电机的信号是要研究的一个主要问题。现在的设想是通过调试原有套印系统的操作参数(实际上也是PID参数)以及交流伺服控制器上的PlD参数，来解决这一问题。

    5.3套印原理

    在多色印刷中，一般采用改变印版滚筒的转动角度以达到调整印刷位置的目的，其闭环控制原理如图4所示。

    根据旋转编码器原理可知，其线数越多，即印版每转一周所产生的脉冲数越多，位置精度越高。定印版周长为500mm，编码器的线数为500线，则500mm对应500个脉冲，1mm对应1个脉冲，20mm对应20个脉冲．

    实际印刷位置的检测是通过光电扫描器把到的色标信号转化为电脉冲，这些电脉冲与旋转编码器产生的脉冲串同时被送到套印系统计算机。各色组色标之间的距离给定值为20mm，即两颜色套准时，两色标之间的距离是20mm，对应于编码器脉冲数为20个脉冲。如图5所示，色标1与色标2两脉冲触发时间段中计数为18个脉冲，如以印色1为基准，则说明印色2的印版轴转速太快，为使其速度减慢，纠正位置偏差，应使伺服电机反转相当于2个脉冲的角度；设色标2与色标3两脉冲触发时间段脉冲数为23个脉冲，以印色2为基准，则说明印色3的印版轴转速太慢，为使其速度加快，纠正位置偏差，应使伺服电机正转相当于3个脉冲的角度以偏差

0．引言
远程电梯监控系统电是当今电梯领域的技术，由设在电梯的计算机对楼宇内电梯进行远程监视和控制，对故障和运行状态数据进行监测分析等。并对电梯进行控制，和防伪判断。当电梯发生故障时，接收故障的状态信号并进行判断得出故障类型，把故障类型和故障时的运行状态等信息传给服务计算机；本文性的采用双串口单片机C8051F340作为机主控芯片，通过232和485进行通信，完成调度，运行和维护。

1．系统硬件设计
本系统设计总框图如图1所示。

通PLC通过主控芯片C805 1F340的串行口进行RS-232通讯，而主控芯片与电梯控制器的串口进行RS-485通信。RS-232通讯，也是通过主二／四线转换电路控芯片的串行口，若用普通的单串行口单片机，即使是增加双向三本设计也达不到要求，所以这里采用带双串行口的C8051F340单片机作为主控芯片，使三方通讯在不同的串行口进行。1．1 主CPU系统
C8051F340芯片是集成的混号系统级MCU芯片，高速、灵活、。具有8051兼容的CIP-51内核(可达25MIPS)。它的速度快。新增了FLASH存储器，具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场新8051固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在终应用系统上的产品MCU进行非侵入式、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。

GSM模块实现工业现场的无线监测，本地PC可用于远程控制，网络PC可扩展为正在兴起的网络控制。嵌入式微处理器的选择。由于该真空干燥系统要进行大量的数据运算，需要较强的控制能力，需要有较多的USART接口，同时要有ADC转换功能、LCD触摸屏、USB口等，在微处理器选择上，普通的8位、16位单片机已难以胜任，因此32位的嵌入式微处理器是比较好的选择。本系统选择INbbb PAX270，是一款基于32位Xscale的、工业级的32位RISC微控制器，它具有低的功耗，LCD控制器(大支持64K色STN和1256K色TFT)提供1通道LCDDMA，8通道10比DC和触摸屏接口，3通道UART(IrDA1．0，16字节TxFIFO，和16字节RX FIFO)／2通道SPI，2端口USB主机／1端口USB设备(1．1版)，PWM通道(4路输出)，以及多达119个中断源，这款微控制器特别适合自动化应用，并适用于工业控制、医疗系统、访问控制和故障维护等应用领域。
FPGA器件的选择。由于该系统包括了神经网络的实现，需要大量RAM空间来保存中间参数和查表计算，同时还需要大量的通用I／O接口，用于输入输出模块以及快速响应的PWM调制功能，因此用FPGA是比较好的选择。这里选择Altera公司推出的Cyclone系列，型号为EP2C20。EP2C20内部有18752i逻辑单元，52个M4K RAM块，共计239K位RAM，26个嵌入式18*18乘法器，4个锁相环，资源非常丰富，可满足系统设计要求。

2 温度与真空度控制模型
2．1 恒温或按某预定温度曲线的控制模型
温度控制模型如图2所示。温度控制采用神经网络模糊控制模型，设定值和测定值经过模糊划分后，同时送入神经模糊控制网络，生成模糊控制子集，通过转化器产生。PWM脉宽调制用的频率值与占空比，然后生成PWM驱动信号，驱动电力电子器件，电源输出给红外石英管，对真空箱进行加热。通过温度传感器及调整电路，形成温度值和温度变化率，根据温度值和温度变化率控制器对输出频率和占空比进行调整。

2．2 恒真空度或按某预定真空曲线的控制模型
真空度的控制模型与上述温度控制模型结构相似，不同的是神经模糊控制网络的不是直接用于电机的控制驱动，而是把输出的频率量转换成变频器的远程控制信号，通过RS485接口控制变频器的启动、停止和频率设置，如图3所示。

2．3 神经网络选择与
根据上述控制模型，比较成熟的BP网络选择的控制神经网络如图4所示。神经模糊控制器在输入／输出参量的选择，以及模糊论域和模糊子集的确定方面，与一般的模糊控制器没有什么区别，只是在推理手段上引入了神经网络。

以真空度控制为例来验证控制模型的程度。令x1~x7为输入真空度的模糊子集，x8~x14为输入真空度变化的模糊子集，y1~y8为输出空置量的模糊子集，从表1可以看出，共有16条控制规则。例如，当真空度为"合适"，变化率为"零"时，抽空时间应该为"短"

引 言
目前，变频调速技术经过多年的研究已经趋于成熟，尤其是普通的SPWM方案已经普遍应用于实际的变频器中。其他控制方法如空间电压矢量法、直接转矩控制等策略的研究也已经进入了一个新的阶段。空间电压矢量PWM(Space Vector PWM，SVPWM)控制方法通过电压矢量的控制优化使磁通逼近基准磁链圆，从而产生恒定的电磁转矩，其控制效果等同于直接转矩控制。从电机的角度出发，把逆变器和电动机作为一个整体来考虑。与传统PWM相比，其电流畸变小、直流电压利用率高，在传动系统和变频电源装置中有着广泛应用。

1 变频调速系统结构
图1为整个变频调速系统的结构框图。系统由整流电路、滤波电路、智能功率模块(IPM)、单片机(SPMC75F2313A)、光耦隔离电路、脉冲整形电路、过压过流检测电路及显示电路等部分组成。整个系统由VB编写的友好界面通过上位机进行控制，可正反转起停，还可实现在线调速、测速，对电压电流进行监测等功能。

1．1 SPMC75F2313A单片机
变频调速系统的控制内核为凌阳的16位单片机SPMC75F2313A，适用于体积小、嵌入式的变频系统。其内部集成有于位置侦测的接口，以提高电机伺服系统的定位精度。DIP封装引脚图如图2所示。其中，TCLKD和TCLKC引脚分别接光电编码器的A、B相。1．2 FSBB20CH60智能功率模块
功率驱动部分主要由IPM模块和光耦隔离电路组成。IPM模块选用美国仙童公司生产的FSBB20CH60，引脚图如图3所示。该模块适用于三相DC／AC功率变换，内部集成了过压过流、欠压欠流及热保护等功能。光耦隔离由6路高速光耦6N137构成，其作用是将单片机产生的SVPWM波与驱动电路隔离，防止波形受到干扰从而影响输出电压波形。

1．3 脉冲整形电路
如图4所示，+5V(A)不同于+5V(B)，GND(A)也不同于GND(B)，二者不共地，其原因在于光耦6N137的两侧不能共地，否则达不到隔离的目的，还可抑制电源侧对信号输出侧的电磁干扰，能够得到的A、B相波形。

由ST公司的运放LM339组成的迟滞比较器，其主要优点是抗干扰能力强，当输入信号受干扰或噪声的影响而上下波动时，适当调整比较器的输入电平差值即可避免比较器的输出电压因干扰或震动而发生改变。输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不过△U之值，输出电压的值就将是稳定的；但随之而来的是分辨率降低，因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于△U的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，还可避免由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。

其中，在转速不太低时，定子电阻压降RsIs可忽略。Rs为定子电阻；us、Is、ψs分别为定子三相电压、电流、磁链的合成空间矢量；φm是磁链的幅值，ω1为其旋转角速度。电压us也可表示为：

其中，uAO、u BO、uCO为A、B、C三相相对于原点O的电压。
逆变的每相桥臂有两种开关电平(+ud和-ud)，因此每周期逆变器共8种工作状态。其中尾两种状态是冗余的，状态切换后分别形成6个空间电压矢量和、磁链矢量，如图5所示。如果想获得多或逼近圆形的旋转磁场，须在每个π／3时间内出现多个工作状态，以形成多相位不同的空间电压矢量。图6绘出了逼近圆形时的磁链矢量轨迹。如果每周期只切换6次，当电压为u1时，磁链增量为u1△t=△ψ1，磁链轨迹呈六边形。不同空间电压矢量在不同时间作用下的线性组合就可得到所需相位的磁链增量。增加开关切换次数可使磁链逼近圆形，如图6中的磁链增量由△ψ11、△ψ12、△ψ13、△ψ14、△ψ15、△ψ16六段组成。△ψ11是u1和u6在不同作用时间下合成的，即

其中，t1、t2为作用时间；T0为采样周期。

2．2 SVPWM软件实现
SVPWM中断服务程序流程如图7所示。测速编码器将测得脉冲经整形电路后送入单片机，再经过PI调节，设置定时器，在每次速度采样的时间内计算转角增量和空间电压矢量的相角，进行SVP-WM波的调制。 此开放式教研系统还加入了二级控制系统，通过设置Twido PLC参数可对各个系统分别控制，也可由上位机直接控制。

用Matlab得出电机三相线电压和转速曲线图，如图8和图9所示。

从可以看出，逆变器输出的线电压是按正弦规律变化的，转速在启动后稍有波动，之后一直处于稳定的状态，从而证明对SVPWM调制算法的分析是正确的。

结 语
本文利用SPMC75F2313A和FSBB20CH60智能功率模块构成了变频调速系统的主要部件，采用的SVPWM调制技术，通过对空间电压矢量的控制逼近磁链圆，使其输出转矩恒定，有效地降低了开关损耗和交流侧的谐波畸变率，提高了直流侧电压利用率。目前，该调速系统已经成功地应用于实验室的教学和研究。