【正文】 第二章 矢量控制變頻調(diào)速 變頻調(diào)速的基本原理異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為: = （ 1－） ()其中: —異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。由上式可知，要保持不變，單頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低然而繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以控制的，但電動(dòng)勢(shì)較高時(shí)，可以忽略電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓U1 ≈E，則得U1 /f1=常值。變頻器的功能是為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)極調(diào)速。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。SPWM(Sinusoidal PWM)則是較為常用的技術(shù)。若有兩個(gè)互相垂直的M繞組和T繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，繞組中分別通以直流電流iM和iT，產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)可以與三相合成磁動(dòng)勢(shì)等效且炳個(gè)磁動(dòng)勢(shì)有相同的幅值、轉(zhuǎn)速和方向。為了保證三相電動(dòng)機(jī)變換成兩相電動(dòng)機(jī)后所產(chǎn)生的磁勢(shì)不變，需要考慮這兩種坐標(biāo)變換的折算因子2/3，,BAC以電流的變換為何可以得出如式()的變換矩陣表達(dá)式。例如由和幾求出和就屬于K/P變換。為交軸繞組。通過(guò)這種設(shè)定，就得到轉(zhuǎn)子磁通定向的異步電動(dòng)機(jī)電壓方程式（），也就是矢量控制所依據(jù)的異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型。主起升和副起升兩臺(tái)電機(jī)各使用一個(gè)變頻器?？刂品绞竭x用無(wú)PG v/f的變頻控制方式?？梢愿鶕?jù)對(duì)象的不同，選用不同的型號(hào)和不同數(shù)量的模塊。 當(dāng)CPU的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時(shí)，就要進(jìn)行I/0擴(kuò)展，I/O擴(kuò)展包括I/0點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。Siemens S7200 PLC的工作原理： 各種PLC具體工作原理大同小異都采用掃描工作方式。嚴(yán)格意義上的變頻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，響應(yīng)較快，可工作在比額定轉(zhuǎn)速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機(jī)的特定要求。五、電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及電機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，為了加速電機(jī)需有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故電機(jī)容量需由負(fù)載功率P廠及加速功率Pa兩部分組成。此時(shí)變頻器容量為 (KVA) 式中—電機(jī)的功率因數(shù)，= —起升額定負(fù)載所需功率，kw —電機(jī)效率， =0. 85 —變頻器容量，KVA —系數(shù)，K=2起升機(jī)構(gòu)變頻器容量依據(jù)負(fù)載功率計(jì)算，并考慮2倍的安全力矩。SIMATIC S7200系列是西門子公司小型可編程序控制器，可以單機(jī)運(yùn)行，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面(HMI)可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。常在其直流電路中加接一檢測(cè)直流電壓的晶體管。 (3)保護(hù)功能:主副機(jī)構(gòu)上升限位、下降限位、大車限位、小車限位、主副機(jī)構(gòu)及大小車電機(jī)的保護(hù)等?？梢酝ㄟ^(guò)PC/PPI電纜或兩芯屏蔽雙絞線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。Profibus協(xié)議通常用于實(shí)現(xiàn)分布式I/0設(shè)備(遠(yuǎn)程式I/0)的高速通信。上位機(jī)和PLC之間的通信如下： 硬件:上位計(jì)算機(jī)(PC)通過(guò)CP5611卡與可編程控制器(PLC)的串行通信接口連接，對(duì)PLC進(jìn)行集中監(jiān)視和管理。STEP 7micro/win32軟件還附帶一些控制程序模塊，如PID調(diào)節(jié)模塊，這些模塊可以從主控制程序中直接調(diào)用，以便實(shí)現(xiàn)不同的功能。STEP 7Micro/Win32軟件工具包提供了LISS通信協(xié)議，從減少軟件的工作量和提高可靠性出發(fā)，我們采用LISS協(xié)議來(lái)完成PLC與變頻器的通信。 采用上述方法，我們可以很好地控制網(wǎng)帶的速度并查詢變頻器的狀態(tài)，把診斷信息反饋給PLC. （三）PID控制模塊橋式起重機(jī)主副起升機(jī)構(gòu)速度的控制，是一現(xiàn)很重要的技術(shù)指標(biāo)，本系統(tǒng)由通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)得電機(jī)速度，由數(shù)模轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，傳遞給變頻器，與設(shè)定速度進(jìn)行比較，采用常規(guī)的 PID算法在控制效果上就能夠達(dá)到較為理想的結(jié)果，所以，本系統(tǒng)起升機(jī)構(gòu)控制方案為常規(guī)的數(shù)字PID算法并結(jié)合PLC中的PID控制模塊來(lái)控制。所以在本系統(tǒng)中也不例外，有必要考慮PLC的抗干擾措施。盡量縮短模擬量I/0信號(hào)線的長(zhǎng)度，并采用雙芯屏蔽線作為信號(hào)線。上位機(jī)選擇觸摸屏主要完成系統(tǒng)的組態(tài)、監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置和開關(guān)量置位。導(dǎo)師給我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境、以及社會(huì)實(shí)踐的機(jī)會(huì)。也感謝我在123求學(xué)期間結(jié)識(shí)的好友，給予我的幫助、鼓勵(lì)和支持，在此一并感謝。導(dǎo)師以其嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心和敬業(yè)精神，給予我極大的幫助與鼓勵(lì)。 根據(jù)要求，此系統(tǒng)要能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況、運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以在司機(jī)控制室掌握，用戶在控制室可以通過(guò)人機(jī)界面來(lái)設(shè)置變頻器的運(yùn)行頻率、啟動(dòng)和停止電機(jī)，并且變頻器的故障信息可以在人機(jī)界面上反映出來(lái)，以用來(lái)提示用戶。所以，對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，在任何情況下，都必須分開電纜進(jìn)行傳輸。報(bào)警處理由畫面元素和PLC變量直接對(duì)應(yīng)，無(wú)需編程。 (3)通過(guò)調(diào)用DRV_ CTRL指令來(lái)控制指定的變頻器，如啟停，控制方向，設(shè)定速度，查詢變頻器返回的狀態(tài)字等。 其中按鈕模塊主要處理各電機(jī)和電磁閥的啟停控制。 系統(tǒng)變量表SymbolcontrolAddressDatatypeInitialvaluementDCPIPLC_1VW14WORD0驅(qū)動(dòng)大車頻率設(shè)置DCYOUPLC_1BOOL0驅(qū)動(dòng)大車右行輸出點(diǎn)DCZHUOPLC_1BOOL0驅(qū)動(dòng)大車左行輸出點(diǎn)DCBPBJPLC_1BOOL0大車變頻器故障信號(hào)DCGZBJPLC_1BOOL0大車故障信號(hào)DCTIPLC_1BOOL0閉合大車電機(jī)的繼電器DCSXPLC_1VW12WORD0大車電機(jī)速度輸出值FGPIPLC_1VWOWORD0驅(qū)動(dòng)副鉤電機(jī)頻率設(shè)置FGSSPLC_1BOOL0驅(qū)動(dòng)副鉤上升輸出點(diǎn)FGSXPLC_1VW2WORD0副鉤電機(jī)速度輸出值FGTIPLC_1BOOL0閉合副鉤電機(jī)的繼電器FGXJPLC_1Q205BOOL0驅(qū)動(dòng)副鉤電機(jī)下降輸出點(diǎn)FGBPBJPLC_1BOOL0副鉤變頻器故障信號(hào)FGCZBJPLC_1BOOL0副鉤超重報(bào)警信號(hào)FGGZBJPLC_1BOOL0副鉤故障信號(hào)XCHOUPLC_1BOOL0驅(qū)動(dòng)小車后行輸出點(diǎn)XCPIPLC_1VW4WORD0驅(qū)動(dòng)小車頻率設(shè)置XCQIPLC_1BOOL0驅(qū)動(dòng)小車電機(jī)前行輸出點(diǎn)XCSXPLC_1VW6WORD0驅(qū)動(dòng)小車電機(jī)速度輸出值XCTIPLC_1BOOL0閉合小車電機(jī)的繼電器XCBPBJPLC_1BOOL0小車變頻器故障信號(hào)XCGZBJPLC_1BOOL0小車故障信號(hào)ZGPIPLC_1VW8WORD0驅(qū)動(dòng)主鉤電機(jī)頻率設(shè)置ZGSSPLC_1BOOL0驅(qū)動(dòng)主鉤電機(jī)上升輸出點(diǎn)ZGSXPLC_1VW10WORD0驅(qū)動(dòng)主鉤電機(jī)速度輸出值ZGTIPLC_1BOOL0驅(qū)動(dòng)主鉤電機(jī)繼電器閉合ZGXJPLC_1BOOL0驅(qū)動(dòng)主鉤電機(jī)下降輸出點(diǎn)ZGBPBJPLC_1BOOL0主鉤變頻器故障信號(hào)ZGCZBJPLC_1BOOL0主鉤超重報(bào)警信號(hào)ZGGZBJPLC_1BOOL0主鉤故障報(bào)警信號(hào) PLC程序設(shè)計(jì) PLC編程軟件概述 S7200的編程語(yǔ)言是STEP 7micro/win32，它是用于S7200系列PLC進(jìn)行編程、調(diào)試的全新軟件，它是在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工EC11313的基礎(chǔ)上建立的，可以用LAD, FBD和STL來(lái)編程。S7200向人機(jī)界面產(chǎn)品提供全局?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)。在MPI網(wǎng)中，S7200作為從站，從站之間不能通信，S7300/400作為主站，當(dāng)然主站也可以是編程器或HMI產(chǎn)品。 PPI通信協(xié)議是西門子專門為S7200系列PLC開發(fā)的一個(gè)通信協(xié)議。 對(duì)橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本要求 (1)主、副機(jī)構(gòu)升降速度調(diào)節(jié)。同時(shí)，交流電抗器的接入還可起到降低電機(jī)噪聲、改善起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、在電機(jī)輕載時(shí)改善電機(jī)功率因數(shù)的作用。： 變頻器參數(shù)設(shè)置參數(shù)號(hào)參數(shù)值說(shuō)明P0026加減時(shí)間秒P0036減速時(shí)間秒P00551檔速度P0063附加數(shù)字給定P0070開關(guān)量輸入控制P0516固定頻率5開關(guān)P0526固定頻率4開關(guān)P0536固定頻率3開關(guān)P05410故障復(fù)位P0551運(yùn)行右轉(zhuǎn)P03562運(yùn)行左轉(zhuǎn)P0465固定頻率5P04415固定頻率4P04325固定頻率3P0616故障P0624外部制動(dòng)控制P0770V/f特性(大車多電機(jī))P0771FCC特性(小車單電機(jī)) PLC的選用 目前PLC使用性能較好的有SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國(guó)的AB公司?？紤]到電源電壓波動(dòng)因素及需通過(guò)125%超載試驗(yàn)要求等因素，以確保其安全使用的要求。四、電機(jī)效率國(guó)外以4極電機(jī)作變頻電機(jī)首選極數(shù)，因此時(shí)電機(jī)有最好的功率因數(shù)和最高的工作效率，使能耗降為最低。同時(shí)由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電機(jī)可以避開共振點(diǎn)，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生的共振問題。其內(nèi)部集成了D/A轉(zhuǎn)換器、放大器等多種功能的電路，可用于復(fù)雜的控制場(chǎng)合。CPU222它有8輸入/6輸出，I/0共計(jì)14點(diǎn)。CPU存儲(chǔ)器通信模塊 主機(jī)編程器