【正文】 ...............................18 PLC 的應(yīng)用與發(fā)展和系統(tǒng)組成 ......................................................................19 PLC 的工作原理、抗干擾分析及設(shè)計 ..........................................................21第 5 章 調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計和部件選型 .......................................................................22 概述 .................................................................................................................22 采用變頻調(diào)速的基本考慮 .............................................................................23 橋式起重機變頻調(diào)速控制系統(tǒng) .....................................................................27第 6 章 橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 ...............................................................30 S7200PLC 網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議 ..........................................................................30 PLC 程序設(shè)計 ..................................................................................................30展 望 ...............................................................................................................................35致 謝 ...............................................................................................................................37參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................38附 錄 .............................................................................................................................39電氣圖紙 .................................................................................................................39PLC 源程序 ..............................................................................................................41緒 論橋式起重機作為物料搬運機械在整個國民經(jīng)濟(jì)中有著十分重要的地位，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機制造廠和使用部門在設(shè)計、制造工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗，不斷改造，推動了橋式起重機的技術(shù)進(jìn)步。此系統(tǒng)特別適用于橋式起重機在惡劣條件下的工作情況，對改善橋式起重機的調(diào)速性能，提高工作效率和功率因數(shù)，減小起制動沖擊以及增加起重機使用的安全可靠性是非常有益的。在實際使用中，由于變頻設(shè)備和被控電動機有一定的距離，而高精度的轉(zhuǎn)速傳感器都要使用專門的電源，被控電動機有的是在戶外，運行工況非常惡劣，要保證速度反饋的準(zhǔn)確性，有時不得不采取特別措施，因此也會增加額外費用，運行的可靠性和控制精度也會因此受到影響。這方面的研究論文還不多，也還沒有成熟的類似低壓變頻器的產(chǎn)品出現(xiàn)。5) 無換向器同步電機的變頻調(diào)速無換向器電動機也是在 20 世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來的新型調(diào)速系統(tǒng)。從控制電阻分級控制，到交磁放大控制，到可控硅 SCR 激磁控制，到主回路可控硅即晶閘管整流供電系統(tǒng)。目前，該技術(shù)已進(jìn)入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應(yīng)用階段。目前，變頻調(diào)速的控制方法有恒壓頻比控制，轉(zhuǎn)差頻率控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等。變頻器使用 PWM 技術(shù)可嚴(yán)格地使輸入電流正弦 ，即在下降過程各機1cos???械減速制動中，將動能和位能轉(zhuǎn)化為電能反饋電網(wǎng)，達(dá)到理想的節(jié)能指標(biāo)，同時確保工況正常運行，上述發(fā)展己完成了產(chǎn)品系列化上市，對 “變頻”裝置在技術(shù)上以及經(jīng)濟(jì)上與其他驅(qū)動裝置競爭將有明顯的優(yōu)勢。前四種方案均屬有級調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運行，只能在額定速度以下調(diào)速：起動電流大，對電網(wǎng)沖擊大；常在額定速度下進(jìn)行機械制動，對起重機的機構(gòu)沖擊大，制動閘瓦磨損嚴(yán)重；功率因數(shù)低，在空載或輕載時低于 ~，即使?jié)M載也低于 ，線路損耗大。級數(shù)越多，相鄰兩轉(zhuǎn)速的差值越小，平滑性越好。 靜差率與機械特性的硬度有關(guān)。例如切削機床，要求精加工小切削量時，工件轉(zhuǎn)速高，粗加工大切削時，工件轉(zhuǎn)速低。對于直流電機來說，勵磁系統(tǒng)是獨立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補償合適，保持 不變m是很容易做到的。 //速為恒磁通調(diào)速，由于 不變，調(diào)速過程中電磁轉(zhuǎn)矩 不變，m 22cos?NmTIC??屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。同步點：由 ，則 ， 下調(diào)， 隨之下降。最大轉(zhuǎn)矩11/60pfn1fn?f1n點：由 ，當(dāng) 調(diào)高時， 減小。由于把直流電逆變成交流電較易控制，因此在頻率的調(diào)節(jié)范圍、變頻后電動機特性的改善等方面都具有明顯的優(yōu)勢，目前使用最多的變頻器均為交—直—交變頻器。目前使用最多的占空比按正弦規(guī)律變化的正弦脈寬調(diào)制，即 SPWM 方式。它是利用六個半導(dǎo)體開關(guān)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(guān)元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。 脈寬調(diào)制型(PWM)變頻器1) 在一般的交直交變頻器供電的變壓、變頻調(diào)速中，為獲得變頻調(diào)速所要求的變頻與變壓的協(xié)調(diào)控制，整流器必須是可控整流，這樣在變頻調(diào)速時要同時控制整流器和逆變器，這就帶來一系列的問題。所謂占空比是指脈沖寬度與一個脈沖周期比值，用 表示，即 。 u t0T圖 33 正弦波脈寬調(diào)制的輸出電壓SPWM 的脈沖系統(tǒng)中，各脈沖的寬度 t1 和脈沖的間隔 t2 都是變化的。0調(diào)制電路raubc/dd圖 34 PWM 逆變器簡單原理圖3) 單極性 SPWM在單極性的調(diào)制方式中，調(diào)制波為正弦波 載波為單極性的等三角形 ，即調(diào)rau1u制波為正半周時，載波為正極性的三角波，調(diào)制波為負(fù)半周時，載波為負(fù)極性的三角波，如圖 35 所示(僅畫出了正半周)。由此可見，單極性 SPWM 逆變器的輸出交流電壓和頻率均可由調(diào)制波電壓來控制。由于線電壓 = ，所以線電壓的脈沖是單ABuO極性的，如圖 37e 所示。1980 年美國電氣制造協(xié)會簡稱 NEMA)把這種新的控制設(shè)備正式命名為可編程程序控制器(Programmable Controller 簡稱 PC)。同一臺 PLC 只能改變軟件則可實現(xiàn)控制不同對象或不同的控制要求。6) 設(shè)計、施工和調(diào)試周期短 PLC 在許多方面是以軟件編程來取代硬件接線，用 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)比較簡單，編程容易，安裝使用方便，目前的 PLC 已商品化，硬件軟件較齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，不需要很多配套的外圍設(shè)備和大量的復(fù)雜的接線，程序調(diào)試修改也很方便。 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機系統(tǒng)基本相同。運行時 CPU 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。編程器有簡易型和智能型兩類。 PLC 的工作原理、抗干擾分析及設(shè)計 PLC 的 CPU 采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，PLC 采用的是不同于一般微型計算機的運行方式一掃描技術(shù)，PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于100ｍｓ。這三點就是抑制電磁干擾的基本原則。LT2) 對拖動系統(tǒng)的要求 大車和小車對拖動系統(tǒng)的要求較為一般，這里重點介紹對吊鉤拖動系統(tǒng)的要求。 對電動機運行狀態(tài)的分析大車與小車拖動系統(tǒng)的運行狀況與普通負(fù)載無異，本節(jié)只分析吊鉤拖動系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)。CDT39。這時，由于重力加速度的原因，電動機的旋轉(zhuǎn)速度將超過同步轉(zhuǎn)速而進(jìn)入再生制動狀態(tài)。為此，具體控制方法如下：1) 重物停住的控制過程如圖 54 所示： XfBSftONOF正轉(zhuǎn)制動抱閘要求制動抱閘開始制動抱閘完成圖 54 重物停住的控制過程 a 設(shè)定一個“停止起始頻率” ，當(dāng)變頻器的工作頻率下降到 時，變BSf BSf頻器將輸出一個“頻率到達(dá)信號” 。 橋式起重機采用變頻調(diào)速的優(yōu)點1) 工作可靠性顯著提高 主要有以下幾個方面：a 消除了電動機的薄弱環(huán)節(jié)由于用籠型轉(zhuǎn)子異步電動機取代了繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，從而消除了電刷和滑環(huán)等薄弱環(huán)節(jié)。4) 可簡化傳動鏈 由于可以進(jìn)行無級調(diào)速，從而在機械上省去了非標(biāo)設(shè)計的減速箱，使傳動鏈結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化。 系統(tǒng)配置及選型1) 電動機的選型 提升機構(gòu)則選用 YTP 系列變頻調(diào)速專用電機，其主要特點如下：a 對定、轉(zhuǎn)子槽形和定子繞組的分布作了特殊考慮可抑制高次諧波的影響。在 1Hz 的低頻下，即使無速度反饋環(huán)節(jié)，也能提供150% 額定轉(zhuǎn)矩的啟動轉(zhuǎn)矩。2)起升機構(gòu) 起升機構(gòu)用變頻調(diào)速專用電機。 協(xié)議 PPI 通信協(xié)議是西門子專門為 S7200 系列 PLC 開發(fā)的一個通信協(xié)議。S7200CPU 可以通過 EM277 ProfibusDP 擴(kuò)展的方法連接到 Profi busDP 協(xié)議支持的網(wǎng)絡(luò)中。 STEP 7micro/win32 軟件的一個特點是調(diào)試功能很強大，不僅能在線讀取數(shù)據(jù)，而且能在線修改過程數(shù)據(jù)，對于調(diào)試大型復(fù)雜控制程序非常有效。PLC 的軟件設(shè)計部分我們采用模塊化的方法，PLC 程序設(shè)計共有三個模塊:按鈕處理模塊、通信模塊、故障報警模塊。USS 是一個主/從協(xié)議，在這個協(xié)議中，S7200 一般作為主站，變頻器自己不能發(fā)送信息，只有當(dāng) S7200 主站發(fā)信息給從站，從站才進(jìn)行響應(yīng)。許多廠家生產(chǎn)類型眾多的 Profibus 設(shè)備。根據(jù)所使用的 S7200CPU，網(wǎng)絡(luò)可以支持一個或多個協(xié)議，包括通用協(xié)議和公司專用協(xié)議。表 56 變頻調(diào)速系統(tǒng)的配置變頻器型號 電機型號（容量/kW） 備注起升機構(gòu) 6SE64402AD315DA1 YTP160L4(15) 變頻調(diào)速專用電機大車 6SE64402AD315DA1 YTP132M4(2 )?變頻調(diào)速專用電機小車 6SE64402AD255CA1 YTP132M4() 變頻調(diào)速專用電機 系統(tǒng)介紹1) 大、小車運行機構(gòu) 見表 56，小車由單臺電動機拖動，并由單獨得變頻器供電；大車為雙梁結(jié)構(gòu)，分別用兩臺 的電動機拖動，由一臺功率較大的變頻器 15kW 供電。2) 變頻器的選型某些公司已有針對起重機的專用變頻器，但價格昂貴。4) 起升機構(gòu)應(yīng)保證能起吊 倍額定載荷的重物，能在空中停住，且不溜鉤。3) 調(diào)速質(zhì)量明顯提高 采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，調(diào)速比可達(dá) 1：50 以上，調(diào)速精度達(dá) 1%。b 啟動前的直流強勵磁功能變頻器可以在啟動前自動進(jìn)行直流強勵磁。防止溜鉤的控制需要注意的關(guān)鍵問題是：1) 電磁制動器在通電到松開(或從斷電到抱閘)之間是需要時間的，約 (視型號和大小而定) 。C39。nBA39。a 首先，通過變頻調(diào)速系統(tǒng)的再生制動和直流制動把運動中的大車、小車或吊鉤迅速而準(zhǔn)確地將轉(zhuǎn)速降為 0(使它們停住)；b 對于吊鉤，常常需要重物在半空中停留一段時間(如重物在空中平移時)，而變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干擾(如在平移過程中常易出現(xiàn)的瞬間斷電)，可靠性較差。 橋式起重機的負(fù)荷特點和對拖動系統(tǒng)的要求1) 負(fù)荷特點 各拖動系統(tǒng)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩 都與 “阻力” 和回轉(zhuǎn)半徑 的乘積成正比：LTLFLR = (51)R在大車和小車拖動系統(tǒng)中， 是摩擦力，而在吊鉤拖動系統(tǒng)中， 是被吊LF物和吊鉤的重力。PLC 控制系統(tǒng)的干擾源大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。 當(dāng) PLC 與打印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打?。划?dāng)與監(jiān)視器 (CRT)相連時，可將過程圖像顯示出來；當(dāng)與其他 PLC 相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計算機相連時，可以組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性