焦炉移动机车自动控制系统功率放大器的设计

湖南理工学院毕业设计（论文）学 号 业 设 计 （ 论 文 ）题目：焦炉移动机车自动控制系统功率放大器的设计作 者： 杨焕伟 作 者： 2015 届 院 别：机械工程学院 专 业：机械电子工程指导教师： 李徽 职 称： 教授 完成时间： 2015-5-12 湖南理工学院毕业设计（论文）湖南理工学院毕业设计（论文）诚信声明书本人郑重声明：本人所提交的毕业设计（论文） 焦炉移动机车自动控制系统功率放大器的设计 ，是本人在指导教师的指导下取得的成果。毕业设计（论文）中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，毕业设计（论文）中的结论和结果为本人独立完成。有关教师、同学和其他人员对完成本毕业设计（论文）提出过并为我在设计（论文）中采纳的意见、建议，均已在文中作了明确说明并表示谢意。如本人的毕业设计（论文）涉及抄袭或剽窃等行为，本人愿承担由此而造成的一切后果及责任。毕业设计（论文）作者： （签名） 指 导 教 师 （已阅）： （签名） 年 月 日湖南理工学院毕业设计（论文）摘要本课题是以感应无线通信技术为基础的应用于焦炉移动机车自动控制系统中移动站功率放大器的设计。该设计的主要作用是将移动机车位置信息通过感应无线技术输出二进制编码经 FSK 调制为载波信号，再进行整流、滤波、放大后输出稳定的信号被中控系统有效识别。设计中主要应用了集成运放 NE5532、LM324、集成滤波芯片MAX275。本文相信解说了整流电路、放大电路、滤波电路的设计。痛时对通信原理、感应无线技术、相关主要元器件的特点也做了比较详细的介绍。关键词：数据通信、感应无线、编码扁平电缆、有缘滤波、整流电路、前置放大、功率放大。湖南理工学院毕业设计（论文）ABSTRACTThis topic is take induces the wireless communication to move in the locomotive automatic control system as the foundation application in the coke oven to move the station power amplifier the design. This design main function is moves the locomotive positional information through the induction wireless technology output binary code after the FSK modulation is the intelligence signal, after again carries on the rectification, the filter, the enlargement outputs the stable signal to control by the system effective recognition. In the design mainly applied the integration to transport puts NE5532, LM324, integrated filter chip MAX275.This article believed illustrated the leveling circuit, enlarges the electric circuit, the filter circuit design. When pain to the correspondence principle, the induction wireless technology, the correlation main primary device characteristic has also made the quite detailed introductionKey words: The data communication, the induction wireless, Coding flat cable, is predestined friends the filter, the leveling circuit, the pre-amplification, the power enlarges。湖南理工学院毕业设计（论文）目 录摘要 .ABSTRACT.1.绪论 .12.焦炉移动机车自动控制系统的介绍 .12.1 系统 组成 .12.2 无线感应技术 .42.3 编码扁平电缆 .43、数据通信 .53.1数据通信原理 .53.2数据通信系统的组成 .53.3数字信号的调制（FSK） .63.4焦炉移动机车自动控制系统中数据通信链路 .64、通信功率放大器的设计 .74.1功率放大器主要解决的问题 .74.2功率放大器设计流程图 .74.3功率放大器中元器件的选择及介绍 .84.3.1 芯片 NE5532.84.3.2 芯片 LM324.114.3.3 MAX 芯片 .144.4 电路原理图设计 .154.4.1 整流电路 .154.4.2 运放电路 .154.4.3 滤波电路 .164.4.4 功率放大电路 .184.4.5 电路总原理图 .185 结束语 .20参考文献 .21致谢 .22湖南理工学院毕业设计（论文）11.绪论工业自动化中，焦炉移动机车自动控制系统是由地面控制室、数据处理中心、编码扁平电缆、车上控制器和车上显示屏组成。它通过沿着轨道安装的编码扁平电缆将各移动机车（推焦车、拦焦车、熄焦车）和地在控制室有机的联系在一起。车上部分通过控制器与机车电器室交换信息，通过显示屏和语言向车上人员传递信息。地面控制室通过收集、分析、处理各种机车送来的信息形成控制指令只会各车工作状态。并可在局域网上设立专用多页，便于各部门查询生产全过程有关信息。移动机车它对生产过程管理以及计算机集中联控有着重要意义。它提高了生产管理自动化水平，保证安全生产、提高了生产效率和经济效益。本文主要讲述了移动机车自动控制系统中功率放大器的设计。它的线性度。输出功率以及效率很大程度上影响着系统中的信号品质、通信距离和待机时间。2.焦炉移动机车自动控制系统的介绍2.1 系统组成如图 l-1 所示， 系统采用三级计算机结构， 机上部分是系统的控制级， 其主控器采用 SIEMEN S s7 200 系列 PLC ；控制中心构成系统的中控级，由 SIE M EN S S7。 300 系列 PL C 和地上局(地面位置检测设备仪器及通信设备仪器 ) 组成；两者间的通信采用感应无线技术 ，由编码电缆和机车上天线完成 ； 管理级 由计划记录与实时动画两台工控机组成， 其与中控级通信 由串行接 口完成， 并且通过网络适配器和企业的局域网相连， 实行高一级的管理监控。因管理计算机和控制中心全部位于地面控制室， 因此习惯上把系统看成由机上部分 和编码扁平电缆 与地面中控室 (计划记录、实时动画 _ 丁控机+控制中心 ) 三部分组成。整个 系统通过沿机车轨道安装的编码电缆将各焦炉移动机车与地面控制室有机的联系在一起。 编码电缆传达机上部分控制器与地面网络中心发送出来的信息， 如 湖南理工学院毕业设计（论文）2图 l-1 焦炉机车联锁与炉号识别系统组成。并产生检测地址信号， 送达到地面控制室的无线感应检测位置装置检测到各作业机车的实时精确地绝对位置。图 2-1焦炉机车系统构成机上部分通过中心控制器和机车电器室两者之间交换信息、 并通过显示屏与语音报道向作业机车上人员传递实时信息。 网络中心经过收集整理、 分析、 处理各作业机车送来的信息形成控制指令来指挥各车工作。 中控数据处理中心(记录计划工控机 )能自动生成产生计划、记录、统计报表 实时动画工控机可以动态得显示各机车工作状态。四大移动机车各使用一组编码电缆实现各 自的数据信息通信与位置检测，所以推焦车和拦焦车、熄焦车与装煤车各自对应一地上局。 地上局是由地址检测与数据通信两个部分组成的： 检测地址部分一一对应编码电缆上各移动机车的位置检测；而数据编码扁平电缆编码扁平电缆编码扁平电缆机上部分机上部分机上部分机上部分机上部分机上部分机上部分控制中心机上部分机上部分编码扁平电缆装煤车熄焦车推焦车拦焦车局域网计划记录实时动画局域网实时动画湖南理工学院毕业设计（论文）3通信部分则完成中控室与之对应的电缆上各个作业车辆的通信联络和数据传工业自动化中，焦炉移动四机车自动控制系统是由地面控制室、数据处理中心、编码电缆、车上控制器和车上显示屏组成。它通过沿着轨道安装的编码扁平电缆将各移动机车（推焦车、拦焦车、熄焦车）和地在控制室有机的联系在一起。车上部分通过控制器与机车电器室交换信息，通过显示屏和语言向车上人员传递信息。地面控制室通过收集、分析、处理各种机车送来的信息形成控制指令只会各车工作状态。并可在局域网上设立专用多页，便于各部门查询生产全过程有关信息。移动机车它对生产过程管理以及计算机集中联控有着重要意义。它提高了生产管理自动化水平，保证安全生产、提高了生产效率和经济效益。本文主要讲述了移动机车自动控制系统中功率放大器的设计。它的线性度。输出功率以及效率很大程度上影响着系统中的信号品质、通信距离和待机时间。如图 l-1 所示， 系统采用三级计算机结构， 机上部分是系统的控制级， 其主控器采用 SIEMEN S s7 200 系列 PLC ；控制中心构成系统的中控级，由 SIE M EN S S7。 300 系列 PL C 和地上局(地面位置检测设备仪器及通信设备仪器 ) 组成；两者间的通信采用感应无线技术 ，由编码电缆和机车上天线完成 ； 管理级 由计划记录与实时动画两台工控机组成， 其与中控级通信 由串行接 口完成， 并且通过网络适配器和企业的局域网相连， 实行高一级的管理监控。因管理计算机和控制中心全部位于地面控制室， 因此习惯上把系统看成由机上部分 和编码扁平电缆 与地面中控室 (计划记录、实时动画 _ 丁控机+控制中心 ) 三部分组成。整个 系统通过沿机车轨道安装的编码电缆将各焦炉移动机车与地面控制室有机的联系在一起。 编码电缆传送机上部分控制器与地面实时网络中心发送的信息， 如 图l-1 焦炉机车联锁与炉号识别系统组 成。并形成地址检测的信号， 送给至地面控制室地无线感应检测位置装置检测到各作业机车的实时精确地绝对位置。机上部分通过中控器和机车电器室两者之间交换信息、 通过显示屏与语音报道向车上人员传递实时信息。通过网络中心的收集整理、 分析、 处理各作业机车传递而来的信息形成控制指令来指挥各车工作。 中控数据处理中心(记录计划工控机 )能自动生成产生计划、记录、统计报表 实时动画工控机可以动态得显示各机车工作状态。湖南理工学院毕业设计（论文）4四大移动机车各使用一组编码电缆实现各 自的数据信息通信与位置检测，所以推焦车和拦焦车、熄焦车与装煤车各自对应一地上局。 地上局是由地址检测与数据通信两个部分组成的： 检测地址部分一一对应编码电输。 车上部分是由车上的控制器与机上局两者组成：控制器的任务是收集各作业机车工作时的状态以及相关动作信息，向作业机车发出动作指令；而机上局则通过天线箱与编码电缆和地面控制室进行数据通信联络和数据传输。编码电缆与天线箱、 始端箱、段间箱和终端箱组成通信和检测位置的媒介， 是机车和地面控制室之间进行沟通的桥梁。 发送天线和接收天线都采用分离式安装，从而使位置检测和通信相互不产生影响，从而保证了通信和位置检测的稳定可靠性。 同时，因为都安装在室外， 因此它们都采用密封结构，以 适应恶劣的现场环境。2.2 无线感应技术感应无线有称之为诱导母线，是一项通信技术。感应无线技术采用一条独特的编码电缆，成功的同时解决了工业上移动机车实现计算机集中管理控制的两大难题：第一，机车的定位问题。第二，机车与机车之间、机车与中控室的数据通信问题。因而在移动接车自动控制系统中得到了广泛的应用。也因此感应无线技术是焦炉移动机车制动控制系统中的核心。感应无线技术原理：在感应无线编码扁平电缆中有一对间隔一定距离就交叉一次的通信对线，两个交叉之间形成的闭环等同于一个单线圈 ，故安装在焦炉移动作业机车上的车上天线是由多匝线圈绕制而成 ，当天线中通过电流并靠近感应无线编码电缆时，在对应的电缆对线闭合环路中因电磁感应而产生感生电动势，并在通信对线中形成电流， 其实质上等效于互感变压器两端地信号传输。2.3 编码扁平电缆编码电缆内部有若干对按照一定的编码规则在不同的位置交叉的传输对线，各传输对线起着不同的作用，如图 2-2 所示。湖南理工学院毕业设计（论文）5图 2-2编码电缆内部传输对线平铺示意图实际使用时，编码电缆中任何一传输对线在其终端加一个匹配电阻，它的任何一个网孔，相当于一个单圈矩形线圈。传输对线的网孔既可以作为单圈发送线圈，也可以作为单圈接收线圈。3、数据通信3.1数据通信原理数据通信是将通信技术与计算机技术结合而产生的一种全新的通信方式。要在两地之间进行数据信息传输必须要有传输信道，而根据传输媒体不一样，划分为有线通信和无线通信。但其原理都是通过数据传输信道将数据终端和计算机联结起来，从而使几个不同地点的数据终端真正的实现软件和硬件与信息资源共享。3.2数据通信系统的组成计算机网络中，数据通信系统的任务是：把数据源计算机所产生的数据迅速、可靠、准确地传输到数据宿（目的）计算机或专用外设。从计算机网络技术