超速离心机电控系统设计

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离心机主要用来分离血液、细胞、化工等产品,是工业、医学、生物等行业常见的设备。一般把最高转速超过30,000rpm的离心机称为超速离心机。随着科技技术的发展,现在国外已有最高转速达150,000rpm的离心机,而国内的离心机最高转速不超过60,000rpm,无论是最高转速还是整机的智能化等多个方面都跟国外还有很大的差距。本文设计超速离心机电控系统,包括电控系统硬件设计和电控系统软件设计。重点设计了电机变频控制部分的硬件电路和软件。本文研究了超速离心机异步电机的变频控制方法,采用转差频率控制方法,通过电机的速度反馈,构成闭环控制系统,具有较高的调速性能。逆变部分采用PAM方式,降低了逆变桥上的开关器件的开关频率,减少了开关器件的开关损耗,可抑制高次谐波的生成,减小对电网的污染。本文设计了超速离心机电控系统的硬件电路,将硬件电路按功能分为电机变频控制电路,舱门检测与转子识别电路,真空度与温度控制电路,存储与通信接口电路,人机交互界面,电源电路,故障检测电路。其中变频控制电路的硬件设计主要包括转速检测电路,半控整流电路,电流、电压检测电路和控制电路,脉冲分配电路以及驱动电路等组成。电机控制采用主控板上的STM32发送指令进行控制。STM32主要完成频率的输出以及电流、电压的控制信号输出。本文分别对各部分电路进行了研究和设计,使得各电路能够达到超速离心机控制的要求。在电控系统中,改进了制冷片控制电路,控制更加高效、合理。电控系统中加入了USB接口电路,方便用户接打印机。本文设计了超速离心机电控系统软件,将电控系统的软件按模块进行设计,然后在主程序中调用各个模块。设计了电控系统主程序的流程图,然后分模块对各个模块的程序进行设计,重点设计了电机转速变频控制的软件,包括转速和电流、电压的检测程序设计,函数发生器的设计,转速控制程序设计。设计了触摸屏与STM32的MODBUS从机通信程序以及STM32与打印机通信的USB通信驱动程序。设计了超速离心机故障检测及保护方面的程序,提出可以通过上位机来对超速离心机进行故障诊断的方法。
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