【正文】 器組成，逆變器的輸入為恒定不便的直流電壓，通過調(diào)節(jié)逆變器的脈沖寬度和輸出交流電壓的頻率，既實現(xiàn)調(diào) 壓又實現(xiàn)調(diào)頻，變頻變壓都由逆變器承。 (4) 設(shè)備狀況了解工藝要求之后還要掌握控制對象的設(shè)備狀況，先應(yīng)滿足整個工藝要求了解時，既掌握設(shè)備的種類、數(shù)量，還要掌握設(shè)備的新舊程序。 監(jiān)測顯示功能有： a）變頻器運行、故障等狀態(tài)顯示； b）電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)矩、分部線速度、速差顯示； c）張力顯示； d）卷紙機(jī)狀態(tài)顯示。即任一傳動點由 3 個數(shù)據(jù)（“父子兄”或“父子弟”）確定其在速度鏈中的位置，填位置 寄存器數(shù)值。這樣可以構(gòu)成任意分支控制速度鏈控制系統(tǒng)。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 20 系統(tǒng)原件的布置及負(fù)荷分配 各主動點電機(jī)功率及負(fù)荷分配初定如下表 41： 表 41 各傳動點電機(jī)功率及負(fù)荷分配 序號 名 稱 電機(jī)功率KW 有無負(fù)荷分配 01 伏輥 90 有 02 驅(qū)網(wǎng)輥 55 有 03 第一導(dǎo)網(wǎng)輥 有 04 一壓上輥 75 有 05 一壓下輥 75 有 06 二壓上輥 75 有 07 二壓下輥 75 有 08 一組缸 55 無 09 二組缸 55 無 10 施膠上輥 22 有 11 施膠下輥 22 有 12 三組缸 45 無 13 卷紙機(jī) 30 無 該控制系統(tǒng)一共 38 個傳動點，元件的布置如下： 主傳動系統(tǒng)電源及變壓器位于 G1 柜中，伏輥、驅(qū)網(wǎng)輥、第一導(dǎo)網(wǎng)輥位于 G2 柜，一壓位于 G3 柜，二壓位于 G4 柜，一組缸、二組缸，施膠身上位于 G5 柜，施膠下、三組缸、卷取位于 G6 柜中，勻漿輥等輔助傳動位于 G7 柜。另外，他的輸入功率因數(shù)高，而且多個逆變器可以接在一個公共直流母線上，便于實現(xiàn)多臺電動機(jī)變頻調(diào)速拖動。PWM 變頻器一般都是電壓型供電的，無論是 PWM 型變頻還是方波（ 6 階方波）變頻，根據(jù)直流電壓是可變和不可變的控制都可以分為以下兩種調(diào)壓方式。較為常用的方法是采用調(diào)制的方法，即把正弦波 作為調(diào)制信號，把接收調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制即可得到 SPWM 波形。脈沖越窄，輸出的差異越小。因此，MR 1L 1 ( L 1 L 2 / M2m 1 ) FR 2 ( L 1 / M )2E = j ω y ( l 1 i 2 + l21 l 2 i 2 / M2m )i mi 39。它的控制既直接又簡化。而矢量控制磁場定向所用的是轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測轉(zhuǎn)子需要知道電動機(jī)轉(zhuǎn)子電阻和電感。直接轉(zhuǎn)矩控制理 論從控制思想上放棄了矢量控制理論中模仿直流電機(jī)控制，而采用的是解耦和雙閉環(huán)控制概念。所以，零速轉(zhuǎn)矩的提法不確切不合理。 隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，性能可靠、匹配完善、價格便宜的變頻器會不斷出現(xiàn)，交流變頻調(diào)速技術(shù)會得到更為廣泛、普遍的應(yīng)用，這一方法將是異步電機(jī)最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。引起速度變化的外界因素來自兩方面：紙機(jī)內(nèi)部條件的變化和外部電網(wǎng)的波動。在基頻以下，屬于“ 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。然而 繞組中的感應(yīng)電動勢是難以控制基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 的，但電動勢較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 U=E，則得 U/f=常值。磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費；若要增大磁通，又會使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因為繞組過熱而損壞電機(jī)。當(dāng)將三相異步電動機(jī)繞組的任意兩相進(jìn)行交換時，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)l(fā)生改變。變換過程有中間直流環(huán)節(jié)的稱為交 — 直 — 交變頻，沒有直流環(huán)節(jié)的稱為交 —交變頻。 ABB600 系列變頻器的應(yīng)用宏有以下幾種：（ 1） Factory（工廠宏） (2)Hand/Auto ctrl(手動 /自動宏 )（ 3） PID control (PID 控制宏 )（ 4） sequential control（順序控制宏） (5) Torque control（轉(zhuǎn)矩控制宏）。通訊故障功能 通訊故障功能監(jiān)測逆變器與外部控制設(shè)備 (如現(xiàn)場總線適配器模塊 )之間的通訊。外部故障功能 帶有外部故障功能，通過定義一個數(shù)字輸入口作為外部聯(lián)鎖信號輸入，可以監(jiān)視外部故障。手動 /自動 – 提供了典型的 HVAC 的 I/O 配置 178。備份電池可用 10 年 2） 傳動優(yōu)化功能 通過傳動優(yōu)化功能可以實現(xiàn)電機(jī)的高效、低噪、穩(wěn)定控制 178。應(yīng)用宏及 I/O 口的設(shè)置 基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 178。ACS550 變頻器滿足多種應(yīng)用要求，從最簡單的到最復(fù)雜要求的應(yīng)用。然而在實際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特 性受電動機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。例如，確定的 V/F 曲線，可以理解為就是一個變頻電源，至于實際的電機(jī)運行情況變頻器是不予理會的。現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 —直 —交方式（ VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。因此，在直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間總會有無功功率的交換，這種無功能量就靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件來緩沖。 一般的三相變頻器 [2]的整流電路由三相橋式全控整流橋組成?；?S7200PLC 文化紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 5 2 變頻調(diào)速基礎(chǔ)知識 變頻器 變頻器基礎(chǔ) 原理知識 變頻器是利用 電力 半導(dǎo)體器件的通斷作用將 工頻 電源變換為另一 頻率 的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟起動、 變頻調(diào)速 、提高運轉(zhuǎn) 精度 、改變功率因數(shù)、過流 /過壓 /過載保護(hù)等功能。紙機(jī)的基本組成部分按照紙張成型的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機(jī)、卷紙機(jī)等。 圓網(wǎng)造紙機(jī)在國內(nèi)小型造紙廠中被廣泛地采用 。這類紙機(jī)在傳動控制中應(yīng)設(shè)有負(fù)荷分配。干燥后，通常使用由 6～ 8 輥組成的壓光機(jī)來提高紙幅表面質(zhì)量。當(dāng)濕紙幅脫水到一定干度 (通常是 20%左右 )，便可以從網(wǎng)面剝離，送至壓榨部繼續(xù)脫水。 紙機(jī)的類型及工藝流程 按造紙機(jī)網(wǎng)部結(jié)構(gòu)的不同，造紙機(jī) [1]有下列幾種主要的類型：長網(wǎng)類型、圓網(wǎng)類基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 型、夾網(wǎng)類型、疊網(wǎng)類型和帶有飾面輥等一些結(jié)構(gòu)比較特殊的造紙機(jī)網(wǎng)造紙機(jī)是造紙工業(yè)中最廣泛使用的一種造紙機(jī)。并隨著新的控制理論和技術(shù)如：矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、無速度傳感器控制及基于模糊控制 、滑模變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制等理論的逐步完善，使交流變頻技術(shù)日益成熟。 (1)交直流總軸傳動階段。這都是我國造紙工業(yè)國際化的趨勢。近幾十年，世界各國工業(yè)向著大型化、連續(xù)好和綜合化的方向發(fā)展。通過對本課題的設(shè)計，可以培養(yǎng)自己分析與解決問題的能力，同時也能對工業(yè)生產(chǎn)中運用到的如：電動機(jī)、變頻器、 PLC、通訊技術(shù)、現(xiàn)場總線、操作屏等有更深一步的理解。所以研究高性能的紙機(jī)電氣傳動控制系統(tǒng)，對我國造紙行業(yè)的發(fā)展有著極為重要的意義。 本次設(shè)計的為文化紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)，用 ABB 變頻 器和西門子 PLC 所組成的控制網(wǎng)絡(luò)來完成造紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的 ,其電氣傳動控制系統(tǒng)是基于 PLC 控制的交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。對于電動機(jī)的控制方法運用更為深入。為了提高競爭能力，造紙工業(yè)正在不斷 地提高自動化水平，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能源和增強(qiáng)企業(yè)國際競爭力。各個造紙企業(yè)都在向生產(chǎn)名牌專業(yè)產(chǎn)品而努力。在該傳動形式下，各個分部的傳動比例分配是靠機(jī)械調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在許多性能指標(biāo)如：調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動態(tài)響應(yīng)、零速轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)、運行效率和使用方便、維護(hù)簡單等中有些方面甚至超過了直流調(diào)速系統(tǒng)。造紙機(jī)可以看作是一種由多臺設(shè)備組成的聯(lián)動機(jī)。造紙機(jī)的壓榨部是由若干組輥式壓榨組成。最后用卷紙機(jī)卷成紙筒，供整飾工段進(jìn)一步加工使用。網(wǎng)部負(fù)荷變化在造紙機(jī)中是最劇烈、最大的，所以網(wǎng)部負(fù)荷分配控制比較復(fù)雜。它主要是用來生產(chǎn)一些質(zhì)量要求不高、定量較低的紙張，如有光紙、郵封紙、火柴紙和一般的文化、印刷用紙等，多圓網(wǎng)多烘缸紙機(jī)廣泛地用在紙板的生產(chǎn)中，并在造紙工業(yè)中用來生產(chǎn)某些定量較大的繪圖紙、卡片紙等。本課題設(shè)計主要基于文化紙機(jī)網(wǎng)部和壓榨部的傳動控制，采用交流多點傳動方式。國內(nèi)技術(shù)較領(lǐng)先的品牌有英威騰、匯川、三 晶、 紫日電器科技公司 、雷諾爾、 歐瑞 (原煙臺惠豐 )、藍(lán)海華騰。它的主要作用是對工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。它的主要作用是在控制電路的 控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。 變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。而轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)差補(bǔ)償就不一樣了，他是一種實時計算過程，根據(jù)預(yù)先輸入的電機(jī)參數(shù)通過電機(jī)模型計算電機(jī)應(yīng) 有的電流和轉(zhuǎn)矩，再根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)矩控制輸出電壓和頻率。 2)電壓空間矢量 （ SVPWM） 控制方式 電壓空間矢量（ SVPWM）控制方式是以三相波形整體生成 效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。 以上問題都有各自更深層次的理論和具體的技術(shù)問題，提出的目的在于提醒決策人員了解系統(tǒng)和變頻器二者之間的關(guān)系，清楚各種控制方式及相互的區(qū)別和含義，不要盲目追求變頻器的性能或?qū)δ承┎粶?zhǔn)確的產(chǎn)品宣傳，而輕視諸如電機(jī)和負(fù)載及給定反饋等因素，導(dǎo)致系統(tǒng)性能達(dá)不到應(yīng)有的指標(biāo)。 ACS550 的功能描述 ACS550 矢量控制的變頻器是全數(shù)字技 術(shù)的有電壓中間回路的變頻器，它具有電機(jī)辨識運行功能，此功能在變頻器初次驅(qū)動電機(jī)時，控制電機(jī)的運行，創(chuàng)建電機(jī)模型，從而達(dá)到辨識電機(jī)特性，優(yōu)化控制的目的。 PID 調(diào)節(jié)器自優(yōu)化 178。可改變恒壓頻比 U/F 178。 PID 控制 – 用于多種閉環(huán)控制系統(tǒng) 178。 178。用戶可以定義通訊丟失時傳動的動作，以及設(shè)定動作的延時。用戶以根據(jù)需要選擇應(yīng)用宏。直流可以認(rèn)為是頻率為零的交流，按傳統(tǒng)理解，交流變成直流叫整流（ ACDC 變換），而直流變成交流叫逆變（ DCAC 變換），所以變頻器就叫 ACAC 或 ACDCAC 變換器。因此，電動機(jī)的轉(zhuǎn)向也將發(fā)生改變。對于直流電機(jī)來說，勵磁系統(tǒng)是獨立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合理，保持Φ m不變時很容易做到的。低頻時， U 和 Eg 都較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能再忽略。 U/定子電壓 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒功率調(diào)速 Um U1 O fm f頻率 圖 33 基頻以上調(diào)速異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制特性 變頻調(diào)速的優(yōu)點 變頻調(diào)速相對于直流調(diào)速來說，有其自己的特點和優(yōu)點。一般來說外部電網(wǎng)的波動可以控制在國家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，對傳動系統(tǒng)干擾比較小。 變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) 對于任何一個調(diào)速系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的性能指標(biāo)不外乎有以下幾個： a）穩(wěn)態(tài)特性，如靜差率、調(diào)速范圍、穩(wěn)定度、最大轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩等； b）動態(tài)特性，如上升時間、超調(diào)量、動態(tài)速降、恢復(fù)時間等。實際上用戶只需要知道最低頻率下變頻器能夠輸出的電流是多少就可以了，頻率越低，輸出電流越大越 好。而是從轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生到控制的角度，通過對電壓矢量的實時控制而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的直接控制。因此直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制性能能易受參數(shù)變化影響的問題。 對轉(zhuǎn)矩的這種直接控制方式也稱為直接控制，其基本的原理是在維持定子磁鏈恒定的條件下控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，從而控制異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩。 2 = M m i 3 / L 1U 1L 1 Pi 1基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 17 轉(zhuǎn)矩直接控制和電壓矢量控制的控制過程和思路完全一樣，只不過在電壓矢量控制的系統(tǒng)中加入了轉(zhuǎn)矩反饋和速度調(diào)節(jié)的控制。本著這一理論可以解決變頻調(diào)速中的調(diào)壓問題。通常采用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波上下寬度與高度線性關(guān)系，且左右對稱，當(dāng)它與正弦波調(diào)制信號相交時，如在交點時刻陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 18 控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符合SPWM 控制的要求。 1） 幅值可調(diào) PWM 這是一種變頻器輸出電壓和頻率分別進(jìn)行調(diào)節(jié)的一種控制方式，其基本電路如圖36 所示，該電路由可 控整流器、中間環(huán)節(jié)與可控硅（或其他電力開關(guān)元件）逆變組成，中間環(huán)節(jié)是濾波電容器，可控硅整流器用來調(diào)壓。 基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 19 4 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng) 設(shè)計要求 硬件設(shè)計的依據(jù) (1)紙機(jī)介紹 生產(chǎn)紙種：文化紙 紙張定量： 90120 g 設(shè)計車速： 350 米 /分 工作車速： 280 米 /分 左右手機(jī)：右手機(jī) 主要根據(jù)：文化紙機(jī)工藝要求，設(shè)備狀況，控制功能， I/O