Рисунок 3 – Отладочная плата Stm32L- DISCOVERY

XIX Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 7: Информатика и управление в технических системах
СОВРЕМЕННЫЙ УЧЕБНО-ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЭНД «ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ»
Логунов В.А., Чурсин Ю.А., Денисевич А.А.
Томский политехнический университет, г. Томск, 634004, пр. Ленина, 30
e-mail: izvestkovo@mail.ru
работ по изучению динамических характеристик
Роль современного электропривода в
асинхронного двигателя т.е. время первого
народном хозяйстве
согласования,
перерегулирование,
время
Успешное развитие отечественной атомной
переходного
процесса
и
время
выбега.
промышленности, науки и техники стало
Выполнение учащимися лабораторных работ,
возможным во многом благодаря тому, что в
является важным средством более глубокого
стране практически одновременно были начаты
усвоения и изучения учебного материала, а также
работы как по созданию новейших технологий и
приобретения
практических
навыков
по
уникального оборудования, так и по их
экспериментальному исследованию и обращению
оснащению принципиально новыми приборными
с различными приборами электроники и
средствами и соответственно разработкам систем
автоматизации. Чтобы внедрить на производство
автоматического
управления
над
новыми
для предприятий «новизну» идеи, необходимо
устройствами. Автоматизация технологических
сначала произвести испытания на лабораторном
процессов является решающим фактором в
стенде, с целью выявления ошибок, недочетов и
повышении
производительности
труда,
работоспособности идеи.
улучшении качества выпускаемой продукции и
Лабораторный стенд состоит из следующих
экономии ресурсов. Автоматизация становится
компонентов:
асинхронный
трехфазный
необходимой особенно при управлении простыми
двигатель,
частотный
преобразователь,
технологическими операциями, которые человек
микроконтроллер, угловой энкодер, двигатель
не может осуществлять из-за их монотонности и
постоянного тока, персональный компьютер.
длительности.
Одними
из
самых
Асинхронный трехфазный двигатель – это
распространенных
устройств
атомной
электрическая машина переменного тока, частота
промышленности, являются двигатели, которые
вращения ротора которой не равна частоте
применяются в компрессорах, насосах, турбинах.
вращения магнитного поля, создаваемого током
Главными достоинствами двигателей, являются
обмотки статора. Двигатель постоянного тока
простота использования, универсальность и
(ДПТ) – электрическая машина, преобразующая
отсутствие аналогичных по принципу работы
электрическую энергию постоянного тока в
устройств.[1]
механическую
энергию.
Частотный
преобразователь на производстве обеспечивает
плавный пуск электродвигателя, его остановку,
изменение скорости и направления вращения.
Микроконтроллер предназначен для создания
систем
автоматизированного
управления
технологическим оборудованием в различных
областях промышленности. Датчик угла поворота
Рисунок 1 – Универсальная структурная схема
(энкодер) – устройство, предназначенное для
преобразования угла поворота вращающегося
На рисунке 1 показана универсальная
объекта (вала) в электрические сигналы,
структурная схема управления любым объектом
позволяющие определить угол его поворота.[2]
(здесь МК – микроконтроллер, Д – датчик, ИУ –
При этом пользователь с компьютера может
исполнительный механизм, ОУ – объект
управлять крутящим моментом асинхронного
управления, ПК – персональный компьютер).
двигателя, а также моментом нагрузки двигателя
Проведение
работ
по
разработке
постоянного тока. Основным достоинством
лабораторных комплексов (стендов) в Томском
является то, что сохраняется наглядность, т.е.
политехническом университете на кафедре
пользователь видит асинхронный трехфазный
ЭАФУ.
двигатель и сопутствующие элементы, тем самым
В целях ознакомления студентов с подобными
стенд не представляет собой некий «черный
принципами появляется необходимость создания
ящик» в котором происходят неизвестные
лабораторного стенда, в котором можно будет
процессы.
получить практические навыки по исследованию
Основные принципы работы стенда
систем
автоматического
управления
Микропроцессорное управление
асинхронными двигателями. Лабораторный стенд
В качестве управляющего микропроцессора
будет
имитировать
технологическое
использовался
микроконтроллер
производство,
которым
необходимо
будет
STM32L152RBT6, который входит в состав
управлять.
Данный стенд предназначен для
отладочной платы STM32L-DISCOVERY,которая
проведения лабораторных и исследовательских
изображена на рисунке 2.
282
XIX Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 7: Информатика и управление в технических системах
осуществляется путем ввода значения мощности
асинхронного трехфазного двигателя, а так же
ввода величины нагрузки.
Работа стенда
На рисунке 2 изображена функциональная
схема стенда.
Рисунок 2 – Функциональная схема стенда
Рисунок 3 – Отладочная плата Stm32LDISCOVERY
Основные характеристики:
1. Ядро Cortex-M3, 128 кБ Flash, 16 кБ RAM,
4 кБ EEPROM, интерфейсы: USB2.0 FS,
3xUSART, 2xSPI, 2xI2C, 8 таймеров, 24канальный 12-бит АЦП 1мкс, компараторы, 2х12бит ЦАП, часы реального времени, контроллер
LCD 8х40;
2. Встроенный программатор/отладчик STLink с возможностью программировать другие
микроконтроллеры STM32;
3. LCD дисплей 24х8 в форм-факторе DIP28;
4. Четыре
светодиода:
LD1
(красный/зеленый) для сигнализации обмена
данных по USB, LD2 (красный) для питания 3.3В,
два пользовательских диода LD3 (зеленый) и LD4
(синий);
5. Две кнопки (user и reset), сенсорная
клавиатура (четыре сенсорных кнопки или один
слайдер).[3]
Связь с компьютером
Связь
и
управление
осуществляется
посредством интерфейса RS-232 c использованием
протокола Modbus[5], разработано программное
обеспечение в SCADA-системе TraceMode6.06,
реализующее управление микроконтроллером.
Связь с асинхронным трёхфазным двигателем
Связь между контроллером и асинхронным
двигателем
осуществляется
с
помощью
частотного
преобразователя,
посредством
которого происходит регулирование скорости
вращения асинхронного двигателя.
Наглядное представление информации
Информация
выдаётся
пользователю/оператору на экран монитора в
цифровом и графическом виде, а также на
жидкокристаллическом дисплее отладочной платы
Stm32L-DISCOVERY.
Управление
ПК – персональный компьютер, RS-232 –
преобразователь уровня, МК – микроконтроллер,
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь, ШИМ
– широтно-импульсная модуляция, ПЧ –
преобразователь частоты, УЭ – угловой энкодер,
АД – асинхронный трехфазный двигатель, ДПТ –
двигатель постоянного тока.
Как видно из схемы, управление асинхронным
двигателем и его нагрузки производится
благодаря подаче управляющего сигнала на
микроконтроллер, который в свою очередь
посылает задающий сигнал на ШИМ и ЦАП,
которые
непосредственно
управляют
асинхронным двигателем и нагрузкой двигателя
постоянного тока в режиме генератора.
В результате выполнения данной работы,
студентам
позволит
наглядно
видеть
протекающие
процессы,
при
изменении
параметров управления и нагрузки асинхронного
двигателя.
В
дальнейшем
планируется
составить
методику изучения динамических характеристик
асинхронного трёхфазного двигателя, т.е. время
первого согласования, перерегулирование, время
переходного процесса и время выбега, а также
описание лабораторного стенда.
283
1.
2.
3.
4.
5.
Литература
Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева
О.Ф. Проектирование цифровых устройств на
однокристальных микроконтроллерах. М.:
Энергоатомиздат, 1990. – 224 с.
Справочник
по
автоматизированному
электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева и
А.В. Шинянского. – М.:Энергоатомиздат,
1983. – 616 с.: ил.
Техническое описание отладочной платы
Stm32L-DISCOVERY
сайт
производителя:www.st.com
Справочник.
Микроконтроллеры:
архитектура, программирование, интерфейс.
Бродин В.Б., Шагурин М.И. М.:ЭКОМ,1999.
Спецификация промышленного протокола
«Modbus»
[Электронный
ресурс]:
Техническое описание / Copyright © 2000
Modicon Gould, Ins. – Режим доступа:
http://www.modicon.com/techpubs/toc7.html.