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                        小型平臺自動調平控制系統開發

                        添加時間:2018/12/10 來源:武漢輕工大學 作者:姚金
                        小型平臺(特別是懸掛式設備)自動調平系統主要針對電力部門隔離開關機構箱的安裝所設計。隔離開關的安裝對水平度和水平位置提出了較高的要求,而傳統的手動安裝不僅耗時且精度低,不能滿足現代電力部門的需要。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘要

                          目前, 自動調平技術在大型重載設備上的應用已經研究得比較成熟,但對于小型輕載設備,自動調平技術還涉及得很少。實際上,像電網中常用的對水平度要求較高的小型電力設備——隔離開關機構箱安裝平臺,它的水平度直接關系到整個電網的可靠運行。為此,本文專門針對小型平臺進行自動調平控制系統的研究,結合本課題的實際要求,綜合比較多種方案的優缺點,確定了符合本系統的優化調平方案和調平策略,設計出一款以 ATmega162 單片機為控制核心的小型平臺機電式自動調平控制系統,實現了小型平臺的快速、穩定、高精度自動調平,解決了長期以來人工手動調節小型平臺所帶來的費時費力、調節精度低等缺陷。本文主要包括以下內容:

                         。1)論文詳細敘述了自動調平技術的發展現狀與趨勢,指出了自動調平控制技術現階段的主要應用范圍,并提出了本文需要解決的關鍵問題。

                         。2)系統總體方案設計:本文結合選題的要求分析了現有調平方法的優缺點,確定了系統合理的支撐方式和傳動方式,然后詳細探討了系統的電氣組成和控制原理,完成了系統的總體設計。

                         。3)系統硬件設計:首先結合系統的成本和功能要求,確定系統硬件的總體構成,完成了系統關鍵元器件的選擇,然后分單元對各個功能模塊的硬件電路進行了設計,同時充分考慮系統可能存在的干擾問題,設計了相應的抗干擾電路,完成了系統主控制原理圖和 PCB 的設計。

                         。4)系統軟件設計:首先結合系統功能的要求詳細探討了控制算法、調平流程及控制原理后,提出了合理的主程序設計流程,并用 C 語言按程序流程進行編譯,完成了主控驅動程序的設計,然后根據系統對人機界面的要求,完成了人機界面及其驅動程序的設計。

                         。5)系統現場調試:試驗結果表明本系統能夠很好地滿足系統的設計要求,并且為同類產品的設計提供了參考。

                          關鍵詞:小型平臺,自動調平,高精度,機電式,單片機

                        Abstract

                          At present, automatic leveling technology has been more mature in heavy equipment. However, this kind of technology involves little in light equipment. Especially, isolating switch box installation platform is one of power equipments, which is commonly used in power grid and needs a higher level. Its level of accuracy is directly related to the reliable operation of the whole power grid. According to the requirements of the research, the leveling scheme and strategies of this system were determined by comparing the existing solutions. Small platform automatically leveling control system based on the ATmega162 single chip microcomputer was developed, which could realize rapid, stable, and high precision automatic leveling. This project solved a key problem that was the time-consuming and low accuracy of adjusting the small platform, which was brought about by manual adjustment. The paper mainly includes several parts as follows: Firstly, the paper detailed the present situation and trend of the development of automatic leveling technology, pointed out its main scope of application, and put forward the key problems that need to be solved.

                          Secondly, the advantages and disadvantages of the leveling method were analyzed, considering the project requirements of this topic selection. The reasonable supporting way and transmission mode for the system were determined. The electric composition and control principle of the system were discussed thoroughly. Lastly, the overall design of the system was accomplished.

                          Thirdly, the overall composition of the system hardware was determined and the key components were selected, considering the cost and function requirements of the system. Then various element circuits of different functional modules were designed. The corresponding anti-interference circuit was designed, fully considering the interference problem of the system. At last, the main control schematic diagram and PCB for the system were completed.

                          Fourthly, according to requirements of the system functional, the reasonable main program design process was proposed after the discussion of the control algorithm, leveling process and control principle. The main control program was designed by using the C language. According to the requirement of human-machine interface system, the man-machine interface and its driver were achieved.

                          Finally, the test result showed that this system could well meet the requirements of the design and provides reference for the design of similar products.

                          Keywords: Small Platform;Automatic Leveling;High Precision;Electromechanical;Single Chip Microcomputer

                          本選題來源于湖北省教育廳科技計劃項目(項目名稱:基于并聯機器人的平臺自動調平技術的研究,項目編號 D20131706)以及橫向項目(項目名稱:隔離開關機構箱自動調平裝置設計,項目編號:2012006),主要用于解決工程實際問題。

                          隨著科技的飛速發展,自動調平技術被廣泛運用于軍事和生活領域。軍事上,大量需要高精度平臺來確保設備的工作性能和機動性。例如車載雷達平臺、導彈及火炮發射平臺、激光武器平臺等設備[1],調平精度和調平時間對這類重載設備來說,是一切性能發揮的前提條件,直接關系到戰爭的成敗。這些設備由于任務的需要,經常變換工作地點,到達目的地后,要求能夠快速安裝并調節設備的高度和水平度,待精度達標才開始工作,工作完成后,又要求能夠快速撤收和轉移[2]。

                          生活中,汽車車身平臺的調節就是自動調平技術最典型的運用。無論是小型汽車還是重型汽車起重機,車身的水平度直接關系到使用的平穩性和安全性。在過去,由于技術的落后,平臺的水平度調節主要依靠人工手動完成,具體操作通常是將工作人員分成兩組,一組人員手動調節千斤頂或者絲桿,另一組人員負責觀察設備上放置的水平儀水泡的位置,直到水泡位于水平儀正中間為止,整個過程不僅費時費力,而且調節精度低、抗傾覆能力差[3]。因此,為了縮短調平時間,提高調平精度,自動調平技術逐步取代手動調平。

                          我國對于重型設備的自動調平技術已經取得了很大成績,很大程度上滿足了國防的需要。但是對于一些小型設備如測量儀器的平臺,電力設備機構箱的安裝平臺等等的自動調平技術仍然涉及得很少,F有的各種調平裝置都主要針對各種大型重載設備而設計,普遍具有體積大、結構復雜、成本高等特點。對于一些載荷較小的電力設備機構箱或某些對水平度要求較高的小型設備來說顯得不太適用。

                          目前,小型平臺,特別是電力設備中的隔離開關操作機構箱等設備仍采用人工手動調節,安裝時在機構箱底部放置木箱作為支撐,通過觀察放置在機構箱頂部的水平儀,逐步調整底部木箱的高度來實現調平。這種方法不僅耗時長、人工成本高,而且調節精度較低效果不好,容易產生很多故障隱患。但是,隔離開關投入使用之前,必須有一個精度較高的水平度和高度,才能保證整個電網的可靠運行,這就使得隔離開關機構箱的安裝成為一個極為重要的環節。正是因為隔離開關的運行狀態直接關系到整個電網的可靠運行,若安裝位置不當,哪怕一點點偏差,都有可能導致機構輸出軸直接承受徑向應力,電機轉動時,更會對輸出軸產生扭力,從而導致其塑性變形,長期運行后,會對隔離刀閘的分、合閘總行程以及輸出軸兩端固定件產生不可逆的影響。

                          所以,手動調平已經不能滿足人們的實際需求。

                          隨著電子技術的發展,越來越多的新器件、新方法被運用到自動控制系統中,自動調平技術的優勢也就越來越明顯,運用范圍也越來越廣,逐步取代了手動調平,這一革新不僅提高了調平精度,而且縮短了調平時間,更好地滿足了嚴格的現場工作要求。

                          本選題專門針對各種小型設備(如電力機構箱安裝平臺等)設計一款基于單片機的自動調平控制系統,以解決長期以來人工手動調平帶來的費時費力、調節精度低等缺陷,具有良好的實用性和經濟性。

                          小型平臺自動調平控制系統硬件設計:

                        ATmega162 實物圖
                        ATmega162 實物圖

                        SCA120T-05電壓型雙軸傾角傳感器
                        SCA120T-05電壓型雙軸傾角傳感器

                        傾角傳感器的結構圖
                        傾角傳感器的結構圖

                        NS-ZN084A 觸摸顯示屏實物圖
                        NS-ZN084A 觸摸顯示屏實物圖

                        觸摸屏菜單顯示界面
                        觸摸屏菜單顯示界面

                        目 錄

                          摘 要
                          Abstract
                          第 1 章 緒論
                            1.1 選題的來源、背景及意義
                              1.1.1 選題的來源
                              1.1.2 選題的背景及意義
                            1.2 自動調平系統的研究進展
                            1.3 選題的主要研究內容
                          第 2 章 調平系統的總體方案設計
                            2.1 系統的設計要求
                            2.2 系統的調平方法
                              2.2.1 系統支撐方式的選擇
                              2.2.2 傳動方式的選擇
                            2.3 系統的電氣設計方案
                              2.3.1 主控模塊
                              2.3.2 執行機構
                              2.3.3 傳感檢測單元
                              2.3.4“虛腿”及其避免方法
                            2.4 系統的控制原理
                            2.5 系統的主體構成
                            2.6 系統的總體設計
                            2.7 本章小結
                          第 3 章 自動調平系統的硬件設計
                            3.1 系統軟硬件開發工具介紹
                            3.2 系統關鍵元器件的選擇
                              3.2.1 主控芯片的確定
                              3.2.2 傳感器的確定
                              3.2.3 A/D 轉換器的確定
                              3.2.4 伺服電機的確定
                              3.2.5 操作面板
                            3.3 調平系統的硬件電路設計
                              3.3.1 ATmega162 最小系統電路設計
                              3.3.2 水平傾角采集電路設計
                              3.3.3 LED 指示燈電路設計
                              3.3.4 系統 A/D 轉換電路
                              3.3.5 抗干擾電路設計
                              3.3.6 系統主控制電路原理圖
                              3.3.7 系統主控模塊 PCB 設計
                          第 4 章 自動調平系統的軟件設計
                            4.1 系統軟件開發工具
                            4.2 系統的調平策略
                              4.2.1 位置誤差調平法
                              4.2.2 角度誤差調平法
                              4.2.3 綜合比較確定系統調平方法
                            4.3 系統程序流程設計
                              4.3.1 主控制程序流程設計
                              4.3.2 調平原理子程序流程設計
                            4.4 系統主控驅動程序設計
                            4.4.1 串口初始化程序設計
                              4.4.2 兩個定時器初始化程序設計
                              4.4.3 USART 串口驅動程序設計
                            4.5 人機界面驅動程序設計
                              4.5.1 觸摸按鍵設計
                              4.5.2 主菜單設計
                              4.5.3 傾角傳感器角度誤差值顯示程序設計
                          第 5 章 系統的調平試驗
                          第 6 章 總結與展望
                            6.1 總結
                            6.2 展望
                          參考文獻
                          致 謝

                        (如您需要查看本篇畢業設計全文,請您聯系客服索。

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