【正文】 絲光機調速系統(tǒng)方案的論證 絲光機的動力主要由電動機驅動， 根據生產的工藝要求對電動機的旋轉速度進行控制和調節(jié)就是一項經常而重要的工作。 直流調速系統(tǒng)所存在的問題 直流電動機的轉速易于控制和調節(jié)，在額定轉速以下，保持勵磁電流恒定，可用改變電樞電壓的方法進行 恒轉矩調速；在額定轉速以上，保持電樞電壓恒定，可用改變勵磁的方法進行恒功率調速。如果要超出極限允許值，則將大大增加電機的制造難度和成本，以及調速系統(tǒng)的復雜性。這就使得直流調速系統(tǒng)維護工作量大、費用高，同時停機檢修和更換電刷也直接影響了正常的生產。 20 世紀七十年代以后，由于科學技術的迅速發(fā)展為交流調速的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術條件和物質基礎，交流調速理論及應用技術大致沿以下四個方面發(fā)展 : 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 6 (1)電力電子器件的蓬勃發(fā)展和迅速換代促進了變流技術的迅速發(fā)展和變流裝置的現代化 。 (3)矢量變換控制技術的誕生和發(fā)展奠定了現代交流調速系統(tǒng)高性能化的基礎交流電動機是個多變量、非線性、強禍合的被控對 象，采用參數重構和狀態(tài)重構的現代控制理論概念可以實現交流電動機定子電流的勵磁分量和轉矩分量之間的解藕，實現了將交流電動機的控制過程等效為直流電動機的控制過程，使交流調速系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了顯著的改善和提高，從而使交流調速最終取代直流調速成為可能?，F在，交流調速系統(tǒng)已全面、逐步取代直流調速系統(tǒng)。 交流變頻調速控制的優(yōu)點主要有 : (1)交流變頻調速使用的是異步電動機，比同容量的直流電動機具有體積小、占空間小，結構簡單，維護方便、可靠性高、價格低等優(yōu)點。 (5)容易實現電動機的正反轉切換，可以進行高額度的起停運轉，可以進行電氣制動，可以對電動機進行高速驅動。這種“自我保護”的功能，不僅 保護了變頻器，還保護了電機不易損壞。節(jié)能效果非常明顯， 16100 歐元的設備改造總投資預計可以在三年以內收回。我國各行各業(yè)也涌現出大批應用 PLC 改造設備的成果，機械行業(yè)生產的設備越來越多地采用PLC 作控制裝置。例如包鋼 1150 軋機采用變頻裝置后，年平均事故時間達到工作時間的 %以下，大幅度提高了產品質量和產量，且年節(jié)約電費約 50 萬元 。 本系 統(tǒng) 以各電機的速度 實際 值 (即各 速度傳感 器的 輸出 電壓信號 )作為 PLC的模擬量輸入，以 按鈕 開關 ，限位開關，熱繼電器 的輸出信號作為 PLC 的開關量輸入，通過 PLC 內部算法輸出模擬量，輸送到變頻器，改變其頻率來控制各電機的轉速，最終目的是控制 絲光機生產線的自動運行 。它通過接受 PLC 的信號控制電機轉速大小。 吸邊器運行 ， 檢測 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 9 初始化開始電源好？NNYY幅寬調節(jié)好？1 直輥升速？變量= 設定值？變量每周期減1Y降速Y變量每周期加1變量= 設定值？1 直棍越位？吸邊器運行NNYNYYN1 軋車P I D 調節(jié)2 直輥運行升速？變量= 設定值？Y降速Y變量= 設定值？NNYNYY1 軋車運行？NY變量每周期減1變量每周期加1A1 軋車越位？NY初始化開始電源好？NNYY幅寬調節(jié)好？1 直輥升速？變量= 設定值？變量每周期減1Y降速Y變量每周期加1變量= 設定值？1 直棍越位？吸邊器運行NNYNYYN1 軋車P I D 調節(jié)2 直輥運行升速？變量= 設定值？Y降速Y變量= 設定值？NNYNYY1 軋車運行？NY變量每周期減1變量每周期加1A延時6 0 秒60秒內2直棍越位？故障報警停車制動結束N布鋏主傳動延時1 0 秒Y2 軋車P I D 調節(jié)3 直輥運行2 軋車運行？NY升速？變量= 設定值？Y降速Y變量= 設定值？NNYNYY10秒內4直棍越位？故障報警停車制動結束N3 軋車P I D 調節(jié)3 軋車運行？NY4 直輥運行變量每周期減1變量每周期加1AB蒸洗1 烘筒越位？NY烘筒運行冷水棍越位？NY冷水棍運行牽引棍越位？NY牽引棍運行擺布運行落布越位？NY落布運行卷布運行結束升速？變量= 設定值？Y降速Y變量= 設定值？NNYNYY變量每周期減1變量每周期加14 軋車P I D 調節(jié)4 軋車運行？NYB1 軋車越位？NY3 軋車越位？NY2 軋車越位？NY4 軋車越位？NY (a) 變頻調速傳動模塊程序流程 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 10 蒸洗1 烘筒越位？NY烘筒運行冷水棍越位？NY冷水棍運行牽引棍越位？NY牽引棍運行擺布運行落布越位？NY落布運行卷布運行結束升速？變量= 設定值？Y降速Y變量= 設定值？NNYNYY變量每周期減1變量每周期加14 軋車P I D 調節(jié)4 軋車運行？NYB4 軋車越位？NYCC蒸洗1烘筒越位？NY烘筒運行冷水棍越位？NY冷水棍運行牽引棍越位？NY牽引棍運行擺布運行落布越位？NY落布運行卷布運行結束升速？變量=設定值？Y降速Y變量=設定值？NNYNYY變量每周期減1變量每周期加14軋車PID調節(jié)4軋車運行？NYB4軋車越位？NYCC (b) 變頻調速 傳動模塊程序流程 圖 22 變頻調速傳動模塊程序流程圖 1直輥是否越位，若未越位， 等待 ，直至 1直輥越位， 1軋車運行。 3烘筒 依次運行，檢測 是否越位，若未越位，繼續(xù)運行，直到 3烘筒越位 。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 11 3 硬件設計 變頻器的 選擇 變頻器的功能 與構成 變頻器實現 的功能： (1)節(jié)能的應用 利用變頻器實現調速節(jié)能運行 ，是變頻器應用的一個最典型的優(yōu)點，也成為節(jié)約能源的有效措施。高速運行可以縮短搬運時間，低速運行速度雖慢但有利于提高定位停車的精度。如果機械設備的工作情況總是保持使異步電動機工作在額定狀態(tài)下，則保持著最大的生產能力。 (3)提高產品質量 生產中引入變頻器傳動 ，可使機械、裝置性能提高，而裝置、機械性能的提高又使生產過程中的產品質量提高。另一方面，則是充分利用通用變頻器的功能，改造傳統(tǒng)的唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 12 恒速運行的異步電動機傳動的生產機械，使一大部分生產機械的功能得以 “升級 ”。 圖 31 變頻器基本 原理圖 變頻器由整流、濾波、逆變及控制回路等部分組成。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。它是利用六個半導體開關器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。控制回路主要由以下部分組成 :決定 V/F 特性的頻率電壓“運算回路”、主回路的“電壓 /電流檢測回路”、電動機的“轉速檢測回路”、根據運算回路的結果生成相應的 PWM 脈沖并進唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 13 行隔離和放大的“ PWM 生成及驅動回路”以及變頻器和電動機的“保護回路 ”。它與控制回路隔離，使主回路功率器件導通、關斷。 由式 (31)可見，通過改變交流異步電動機的轉差率、磁極對數 p或電源頻率f 均可實現對電動機轉速的調節(jié)。目前，市場流行的通用變頻器的種類繁多，而印染行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結構也不盡相同，但其總的控制思想卻是大同小異。特別是微機的應用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。 VS616G5 變頻器的特點如下 : ① 該變頻器是基于現代控制理論的磁通觀測器、神經元控制，直接控 制轉矩，真正的電流矢量控制達到高精度轉矩控制 速度控制范圍 :1:1000(1:100 不帶 PG)。 ④ 應用軟件更加豐富 ， 適用于各種系統(tǒng) ， 易于維護 。此時，軸上輸出轉矩、輸出功率都可以達到額定值。 在一臺變頻器驅動一臺電機的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動機的額定電流，或者是變頻器所適配的電動機功率大于當前該電動機的功率。另外，也可根據生產機械所需的實際轉矩與穩(wěn)定 運行時的轉速，求其乘積，得到所需電機的軸上功率，據此確定變頻器容量。能耗制動電阻 Rz的大小應使制動電流 Iz的值不超過變頻器額定電流的一半，即 Iz=Uo/Rz ≤ In (35) 其中 Uo 為額 定情況下變頻器的直流母線電壓。 PLC 及其相關設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 16 一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 PLC 具有如下的特點 : (1)編程方法簡單易學 PLC 中配備了企業(yè)中一般電氣技術人員和技術工人易于接受的和掌握的梯形圖語言。 PLC 一般用接線端子連接外部接線，因而安裝接線也很方便。 (4)可靠性高，抗干擾能力強 PLC 用軟件取代了繼電器系統(tǒng)中容易出現故障的大量觸點和接線，因而可靠性高。 (6)維修方便，且工作量小 PlC 的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示功能，一旦發(fā)生故障，可以根據PLC 上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除 PLC 的故障。 整體式 PLC 是將中央處理 單元 (CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構成主機。裝有 CPU 單元的底板稱為 CPU 底板，其它稱為擴展底板。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務 : ① 接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據 ； ② 診斷電源、 PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤 ； ③ 用掃描的方式接收輸入信號，送入 PLC 的數據寄存器保存起來 ； ④ PLC 進入運行狀態(tài)后，根據存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作 ； ⑤ 將用戶程序的執(zhí) 行結果送至輸出端。由于用戶程序需要經常改動、調試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的 RAM。 (3)I/O接口 數字 I/O 接口主要實現 CPU 模板與 I/O 裝置和外設之間的數字信號 (開關量 )的聯(lián)系，它完成電平轉換、電氣隔離以及提供足夠驅動能力的各種數字驅動信號等工作，有時還可提供各種中斷和通信方面的控制信號。 (4)通信接口 為實現“人一機過程”或“機一機”之間的對話，可編程控制器配有各種通信接口。擴展接口就是用于連接中心單元與擴展單元，擴展單元與擴展單元的模板。編程器的主要任務就是輸入程序、調試程序和監(jiān)測程序的執(zhí)行。 PLC 的 工作原理 是 用戶程序的執(zhí)行不是從頭到尾只執(zhí)行一遍，而是執(zhí)行完一遍之后，又返回去執(zhí)行第二遍、第三遍??直到停機。在本工作周期的執(zhí)行和輸出過程中，輸入映像區(qū)內的內容不會隨實際信號的變化而變化。 上述三個過程構成了 PLC 工作的一個工作周期。 (1)S7200PLC CPU226 的特點 ① 體積極小 S7200PLC CPU226 的尺寸為 196 80 62cm， 質量 660g，功耗 17W。 ③ 功能強、使用方便 S7200系列 PLC功能強、速度快、擴展靈活，具有模塊化、緊湊的結構。程序存儲區(qū)在線編程時為 16384B，非在線編程時為 24576B，數據存儲器為 10240B。也有 PPI/MPI 和自由方式通信的能力 ,更大的存儲空間，更強的擴展能力及更快的運行速度和強大的內部集成特殊功能，使其可以滿足復雜的中小型控制系統(tǒng)的要求。模擬量首先被傳感器和變送器轉換為標準量程的電流或電壓，例如 DC 4~20mA， 1~5V， PLC 用 A/D 轉換器將它們轉換成數字量。 A/D 轉換器 和 D/A 轉換器 的二進制位數反映了它們的分辨率，位數越多，分辨率越高。 表 31 系統(tǒng)擴展模塊技術數據 模塊 擴展 模塊 數 (塊 ) 點數 EM223 1 32 輸入 /32 輸出 EM232 4 2 路模擬量輸出 EM235 2 4 路輸入 1 路輸出 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 21 電動機的選擇 (1)電動機的類型選擇 選擇電機主要選擇電動機的類型、結構、容量、轉速，最后確定電動機的型號和規(guī)格。結構為全封閉、自扇冷式，能防止灰塵、鐵屑、雜物侵入電動機內部 [17]。本系統(tǒng)各電機轉速選擇 1440r/min 和 1430r/min。 根據容量和轉速范圍，從 《新編機械設計實用手冊》 中查出適用的電