變頻專用芯片SM2001的離心機變頻控制器設計

摘要：設計一種通過STC系列單片機來控制變頻專用芯片SM2001，最終輸出目標頻率及電壓的變頻調速系統。該系統在變頻調速的基礎上對控制曲線進行優化，最終獲得較大的輸出轉矩以及穩定的調速性能。
關鍵詞：SM2001；變頻器；離心機

引言
離心機是一種借助高速旋轉產生的巨大離心力來分離或提純某種物質的設備。離心機按照其應用規模可以分為以下兩類：一類用于化工、醫藥類等主要應用領域，稱為通用離心機；另一類應用領域較為特別、范圍較窄，稱為特種離心機，如氣體離心機、航空航天離心機、精密離心機和土工離心機等。目前，主要是以通用離心機為研究對象。
離心機可以采用各種電機進行驅動，隨著電機的控制技術的發展，離心機也相應地采用不同的電機驅動。直流調速在20世紀90年代以前占據著非常重要的地位，其主要特點是具有良好的起制動、調速范圍寬、結構簡單、成本低、理論和實踐都比較成熟等。但機械整流子換向是其致命的弱點。到了90年代，國內外離心機普遍采用變頻調速技術，主要通過改變感應電機的供電頻率調節轉速。由于感應電機無需機械整流子，不僅免去更換碳刷的麻煩，而且提高了電機轉速，也能直接驅動，大大簡化了離心機的結構，提高了系統的可靠性。因此，本項目采用感應電機作離心機的動力。

1 硬件設計
綜合考慮成本、產品化以及使用的因素，本變頻器的核心控制器采用Silicon Labs公司的混合信號控制器C8051F410。同時，變頻器還包含有一塊獨立的鍵盤顯示控制面板和一塊集變頻器主電路和變頻核心控制電路于一體的變頻控制面板。系統結構框圖如圖1所示。

1．1 核心控制器及控制電路
1．1．1 核心控制器
核心控制器C8051F410一方面通過串口與控制面板連接，接收并處理相應的命令；另一方面通過模擬三線同步串行口與控制芯片SM2001連接，根據控制面板所需要的相關頻率設置SM2001的參數。本項目中，在串口電路中增加了光耦隔離。這樣有利于高低壓的分離、干擾的消除以及元器件安全性的提高。
C8051F410特點如下：
◆高速、流水線結構的8051兼容的CIP-51內核 (50MIPS)，70％的指令為一個或者兩個系統時間周期；
◆時鐘源內部振蕩器為24．5MHz，±2％精度，時鐘乘法器可達98MHz；
◆可編程計數器陣列(PCA)，可配置為頻率輸出模式。