【正文】 0 1480 F、 H 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 變頻 器 包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個(gè)部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。控制電路的主要作用是完成對逆變器開關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能。 圖 變頻器容量的選用由很多因素決定，例如電動(dòng)機(jī)的容量、電動(dòng)機(jī)的額定電流、電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間等，其中，最主要的是電動(dòng)機(jī)的額定電流。 驅(qū)動(dòng)一臺電動(dòng)機(jī)時(shí)。對于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須同時(shí)滿足下列三項(xiàng)計(jì)算公式，即 滿足負(fù)載輸出（ kVA） c o sP kPC M M ??? 滿足電動(dòng)機(jī)容量（ kVA） 310 3P kU IC M E E?? 滿足電動(dòng)機(jī)電流（ A） AC AC 整流器 逆變器 控制電路 DC 控制電路 運(yùn)行指令 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 I kICM E? 式中 CMP —— 變頻器容量，單位為 kVA； MP —— 負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率，單位為 kW； EU —— 電動(dòng)機(jī)額定電壓，單位為 V； EI —— 電動(dòng)機(jī)額定電流，單位為 A； ? —— 電動(dòng)機(jī)效率（通常為 ）； ?cos —— 電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（通常為 ）； k—— 電流波形補(bǔ)償系數(shù)。 k是電流波形補(bǔ)償系數(shù)，由于變頻器的輸出波形 并不是完全的正弦波，而是含有高次諧波的成分，其中電流應(yīng)有所增加。對于 PWM控制方式的變頻器， k約為 － 。本系統(tǒng)采用 安川 CIMR— G5A4011型變頻器。 安川 CIMR— G5A4011型變頻器，控制和保護(hù)功能相當(dāng)豐富，配有參數(shù)設(shè)置面板，可讀寫各種參數(shù)，顯示屏可監(jiān)視變頻器的運(yùn)行狀況，并能實(shí)現(xiàn) PID控制、 DWELL控制、節(jié)能控制、轉(zhuǎn)矩限定、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制、高速滑差制動(dòng)、防止失速、瞬停電故障處理后平衡恢復(fù)、錯(cuò)誤診斷等一系列功能。變頻器的控制模式有無 PG V／ F控制、帶 PG v／ F控制、無 PG矢量控制 帶 PG矢量控制、無 PG矢量控制 2共 5種控制模式。變頻器運(yùn)行指令共有數(shù)字操作器、控制回路端子、 MEMOBUS通信、選擇卡 4種模式。此變頻器調(diào)速范圍寬，精 度高，無級變速，高效率，高可靠性，保護(hù)功能完善，故障率低，特別適用于起重機(jī)械的電機(jī)控制。 G5系列的變頻器，運(yùn)用 16段的頻率指令和一個(gè)點(diǎn)動(dòng)頻率指令，可以切換最多 17段速的速度。根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行需要，在變頻器輸入端功能中，運(yùn)用多段速指令 1～ 3及點(diǎn)動(dòng)頻率選擇四個(gè)功能，實(shí)現(xiàn) 6段速 (零位 + 四檔 +點(diǎn)動(dòng) )運(yùn)行。端子多功能接點(diǎn) (指令 )輸入和組合如表 2所示。其外部端子見 圖 （變頻器部分）。 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 注：虛線為未接端子 圖 表 2 端子多功能接點(diǎn)輸入 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 PLC 控制器 可編程程序控制器 (Programable controller )因?yàn)樵缙谥饕獞?yīng)用于開關(guān)量的控制，因此也稱為 PLC(Programable Logic controller )即是可編程邏輯控制器 ?，F(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，高度集成的新型工業(yè)控制裝置，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。 PLC自問世以來，經(jīng)過 20年的發(fā)展，己經(jīng)成為最受歡迎的工業(yè)控制類產(chǎn)品。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。 2. 典型的 PLC 控制功能有以下幾點(diǎn) : （ 1）順序控制； （ 2）過程控制； （ 3）數(shù)據(jù)處理； （ 4）通信聯(lián)網(wǎng)和顯示打印。 3. PLC的基本組成與各部分的作用 PLC的類型繁多，功能和指令系 統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機(jī)、輸入 /輸出接口、電源、編程器擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成。 PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 ： 輸入模塊C P U模塊輸出模塊可編程序控制器編程裝置接觸器電磁閥指示燈電源 電源 限位開關(guān)選擇開關(guān)按鈕 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 圖 硬件結(jié)構(gòu)圖 （ 1） .主機(jī) 主機(jī)部分包括中央處理器（ CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。 CPU是 PLC的核心，它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入 /輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成 用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。 PLC的內(nèi)部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。 （ 2）．輸入 /輸出（ I/O）接口 I/O接口是 PLC與輸入 /輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕、傳感器、觸點(diǎn)、行程開關(guān)等）的控制信號。輸出接口是將主機(jī)經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。 I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。 I/O點(diǎn)數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是 PLC的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，通常小型機(jī)有幾十個(gè)點(diǎn)，中型機(jī)有幾百個(gè)點(diǎn)，大型機(jī)將超過千點(diǎn)。 （ 3）．電源 圖中電源是指為 CPU、存儲器、 I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設(shè)備提供直流電源。 （ 4）．編程器 編程器是 PLC的一種主要的外部設(shè)備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)視 PLC的工作情況。除手 持編程器外，還可通過適配器和專用電纜線將 PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。 （ 5）．輸入 /輸出擴(kuò)展單元 I/O擴(kuò)展接口用于連接擴(kuò)充外部輸入 /輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）。 （ 6）．外部設(shè)備接口 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 此接口可將編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。本系統(tǒng)采用 三菱 FX2N一 128MR一 001型 PLC。 三菱 FX2N一 128MR一 001型 PLC將一體式 PLC和模塊式 PLC的優(yōu)點(diǎn)巧妙而完美的結(jié)合在一起，不僅方便了系統(tǒng)的擴(kuò)展，而且與用戶的實(shí)際需求也更為貼近，豐富的指令集，較好的調(diào)試和故障診斷功能，便捷的通訊，嚴(yán)格的口令保護(hù)，靈活的中斷處理，高速計(jì)數(shù)等多項(xiàng)功能的組合，更使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中或是連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能，以滿足用戶的多種需求。外部端子接線見圖(可編程控制器部分 ) 其余部件 1. A/D和 D/A轉(zhuǎn)換部件 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換原理： （ 1）模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字的基本原理 :輸入信號是現(xiàn)場物理參數(shù) (如溫度、壓力和流量等 )經(jīng)傳感器檢測變成電信號 (弱信號 )，再經(jīng)過放大、濾波之后成為連續(xù)變化的波形。根據(jù)事先確定的頻率對波形采樣。 將每次的采樣值 (如模擬電壓值 )送給 A/D變換器，則對應(yīng)每次采樣的電壓值轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號 (H進(jìn)制數(shù)字 )。 （ 2）將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成為模擬量的原理 :首先將數(shù)字信號并行輸入給 D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出一個(gè)矩形波，經(jīng)過放大濾波之后即變成一個(gè)連續(xù)變化的模擬量輸出信號。 2. 轉(zhuǎn)度傳感器 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 置，使裝置能夠根據(jù)速度大小來確定運(yùn)行狀態(tài)，可同時(shí)解決膠帶低速運(yùn)轉(zhuǎn)、打滑和斷帶等問題的智能傳感器。 將兩個(gè)磁缸分別裝在皮帶運(yùn)輸機(jī)滾筒和皮帶托輥上，利用兩個(gè)霍爾傳感器將它是一種將皮帶的運(yùn)行速度檢測出來，變成電脈沖信號輸送給保護(hù)裝滾筒和托輥的轉(zhuǎn)速分別傳送 給 PLC 系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷，輸出、打滑、低速運(yùn)行、斷帶等數(shù)字信號，經(jīng)控制器進(jìn)一步處理，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。 它是通過拉線來使設(shè)備立即停止的一種保護(hù)裝置。急停開關(guān)為雙向拉線式。當(dāng)皮帶機(jī)正常工作時(shí)，急停開關(guān)處于正常位置；當(dāng)出現(xiàn)事故，任意拉動(dòng)拉線上的拉環(huán)，使裝在兩端的微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作， 發(fā)出動(dòng)作信號并切斷控制回路，保護(hù)系統(tǒng)安全。 3 皮帶運(yùn)輸機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)軟件的功能 控制系統(tǒng)軟件的功能和任務(wù)如下： （ 1）實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的軟啟動(dòng)； （ 2）能自動(dòng)或者手動(dòng)的對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速 ， 控制系統(tǒng)在最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)速度，平滑的無級調(diào)速特性 ； （ 3）能自動(dòng)檢測到系統(tǒng)是否過載，并自動(dòng)停止； 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 （ 4）實(shí)現(xiàn)快速的起制動(dòng)及正反轉(zhuǎn)運(yùn)行； （ 5）并要求在不同轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，速度穩(wěn)定；系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，能克服負(fù)載的擾動(dòng)、電源電壓波動(dòng)等因素對系統(tǒng)的影響。 控制系統(tǒng)的主要指標(biāo) 控制系統(tǒng)的主要指標(biāo)如下： （ 1）初始狀態(tài)：初始階段，電機(jī)定義為正轉(zhuǎn)，并設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為一檔； （ 2）停止：當(dāng)需要停止的時(shí)候，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行延時(shí)之后再停止； （ 3）故障停止：緊急情況下無條件下通過急停開關(guān)把 電機(jī)停止。 PLC 程序設(shè)計(jì) PLC 編程器 編程器是 PLC的最重要外圍設(shè)備，它一方面對 PLC進(jìn)行編程，另一方面又能對 PLC的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。 FX系列 PLC的編程設(shè)備可分為 FX20PE簡易編程器， GP80FXE圖形編輯器，還可以用編輯軟件 MELSECMEDOC在個(gè)人計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程。 FX20PE簡易編程器可以用于 FX系列 FX FX0、 FXON、 FX2C型 PLC，也可以通過 FX20PEFKIT轉(zhuǎn)換器用于 F1和 F2系列 PLC。 FX20PE和一般編程器一 樣，有在線編程器和離線編程器兩種方式。在線編程也叫聯(lián)機(jī)編程。編程器和 FX系列型 PLC直接相聯(lián)。簡易編程器對PLC用戶程序存儲器直接操作。在寫入程序時(shí)，若未在 PLC內(nèi)裝上 EEPROM卡盒時(shí)，程序就會(huì)寫入 PLC內(nèi)部的 RAM；若 PLC裝有 EEPROM卡盒時(shí)，則程序就寫入該存儲器卡盒。離線編程方式，編制的程序先寫入編程器內(nèi)部的 RAM中，在成批的傳送到 PLC的存儲器，也可以在編程器和 ROM寫入器之間進(jìn)行山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 程序傳送。 FX系列的簡易編程器也有很多種，功能也有差異，這里以有代表性的FX20PE簡易編程器 為例，介紹其結(jié)構(gòu)、組成和編程操作。 （ 1） FX20PE的結(jié)構(gòu) FX20PE簡易編程器由液晶顯示屏、 ROM寫入器接口、存儲器卡盒的接口及由功能鍵、指令鍵、元件符號鍵、數(shù)字鍵等鍵盤組成。 簡易編程器配有專用電纜與 PLC主機(jī)連接。主機(jī)的系列不同，電纜型號也不同。還有系統(tǒng)存儲器卡盒，用于存放系統(tǒng)軟件。其他如 ROM寫入器模塊和 PLC存儲器卡盒等為選用件。 （ 2） FX20PE的操作面板 先把鍵盤上各鍵的作用說明下： 功能鍵三個(gè)。 RD/WR：讀出 /寫入鍵； INS/DEL：插入 /刪除鍵； MNT/TEST：監(jiān)視 /測試鍵。三個(gè)功能鍵都是復(fù)用鍵，交替起作用，按第一次時(shí)選擇鍵左上方表示的功能，按第二次時(shí)則選擇右下方表示的功能。 執(zhí)行鍵 GO：此鍵用于指令的確認(rèn)、執(zhí)行、顯示畫面和檢索。 清除鍵 CLEAR：如在按執(zhí)行鍵前按此鍵，則清除鍵入的數(shù)據(jù)。該鍵也可以用于清除顯示屏上的錯(cuò)誤信息或恢復(fù)原來的畫面。 其它鍵 OTHER：在任何狀態(tài)下按此鍵，將顯示項(xiàng)目方式單菜單。安裝ROM寫入模塊時(shí)，在脫機(jī)方式項(xiàng)目單上進(jìn)行項(xiàng)目選擇。 輔助鍵 HELP：顯示應(yīng)用命令一覽表。監(jiān)視時(shí)，進(jìn)行十進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換。 空格鍵 SP：在輸入時(shí)，用此鍵指定元件號 和常數(shù)。 步序鍵 STEP：設(shè)定步序號時(shí)按此鍵。 兩個(gè)光標(biāo)鍵↑、↓：用該鍵移動(dòng)光標(biāo)和提示符，指定已指定元件前一個(gè)或后一個(gè)地址號的元件，做行滾動(dòng)。 指令鍵、元件符號鍵、數(shù)字鍵：這些都是復(fù)用鍵。每個(gè)鍵的上面為指令符號，下面為元件符號或者數(shù)字。上、下的功能是根據(jù)當(dāng)前所執(zhí)行的操作自動(dòng)進(jìn)行切換，其中下面的元件符號 Z/V、 K/H、 P/I又是交替起作用，山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)