【正文】 a 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 b 用戶程序存儲(chǔ)器 c 工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 I/O 單元 I/O 單元也稱為 I/O 模塊 。 PLC 的應(yīng)用與發(fā)展和系統(tǒng)組成 目前 PLC 廣泛應(yīng)用于汽車制造、石油、化工、冶金、輕工、機(jī)械、電力等各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)邏輯、步進(jìn)、數(shù)字、機(jī)器人、模擬量等的自動(dòng)控制 。 使用方便 PLC 體積小，重量輕，便于安裝。 PLC 的主要優(yōu)點(diǎn) 編程簡(jiǎn)單 PLC 的基本指令不多；編程器的使用簡(jiǎn)便；對(duì)程序進(jìn)行增減、修改和運(yùn)行監(jiān)視很方便。一年后美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)根據(jù) GM 公司的招標(biāo)要求，研制成功世界上第一臺(tái)可編程序控制器，型號(hào) PDP14，并在 GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。在雙極性 SPWM 方法中，所用的調(diào)制信號(hào) ru未可變頻變幅的三相對(duì)稱普通正弦波 rau、 rbu、 rcu ，其載波信號(hào)為雙極性三角波 tu，如圖 。 wtrau1udau等 效 正 弦 波dauwta)b )OO 圖 單極性 SPWM 調(diào)制 若降低調(diào)制波的幅值，見(jiàn)圖 中的 rau39。同時(shí)，其他管子的導(dǎo)通亦可得到三相交流電的 B 相和 C相。 湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) uu1t2t DNU0 NT tt0 39。這樣，首先使主電路只有一個(gè)可控的功率環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)；第二使湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 用了不可控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)與逆變器輸出電壓的大小無(wú)關(guān)而接近 1；第三逆變器在調(diào)節(jié)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，而與中間直流環(huán)節(jié)的元件參數(shù)無(wú)關(guān)，加快了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；第四可獲得比常規(guī)六拍階梯波更好的輸出電壓波形，能抑制或消除低次諧波，使負(fù)載電動(dòng)機(jī)可在近似正弦波的交變電壓下運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈沖小，大大擴(kuò)展了拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速范圍，提高了系統(tǒng)性能。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。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。 根據(jù)調(diào)壓方式不同，交 — 直 — 交變頻器又分成脈幅調(diào)制型和脈寬調(diào)制型兩種。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，靜止式變頻器已完全取代了早期的旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組。但當(dāng) 1f 下調(diào)過(guò)低時(shí)，因 1U 也很低，此時(shí)定子電阻 1R 上的壓降11RI 已不能再忽略，而使 1E 、 m? 下降更嚴(yán)重，電動(dòng)機(jī)的 mT 將變小。 把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來(lái)，可得到異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如 圖 所示。為此，電動(dòng)機(jī)在基頻以下調(diào)速時(shí)，應(yīng)使 m? 恒定不變。 湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法可分為兩大類：一類是通過(guò)改變同步轉(zhuǎn)速 0n 來(lái)改變轉(zhuǎn)速n ，具體方法有變極調(diào)速 (改變 p )和變頻調(diào)速 (改變 f )；另一類是通過(guò)改變轉(zhuǎn)差率 s 來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這就需要讓電動(dòng)機(jī)從固有特性上運(yùn)行改為人為特性上運(yùn)行，具體方法有變壓調(diào)速 (改變 1U )，轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速 (改變 2R )，等等。 生產(chǎn)機(jī)械在調(diào)速時(shí)，為保持一定的穩(wěn)定性會(huì)對(duì)靜差率提出一定的要求。無(wú)級(jí)調(diào)速的平滑性當(dāng)然就比有級(jí)調(diào)速好。這是生產(chǎn)機(jī)械經(jīng)常向電動(dòng)機(jī)提出的要求。 起重量：起重機(jī)正常工作時(shí)允許最大起吊重量。分為：橡膠緩沖器和彈簧式緩沖器。常用有 CL 型齒輪聯(lián)軸器、 CLZ 型齒輪聯(lián)軸器、制動(dòng)輪齒輪聯(lián)軸器。 鋼絲繩：注意：斷絲、斷股、打結(jié)、生銹、點(diǎn)蝕。 時(shí)動(dòng)作 ,其閘皮 的磨損很小，使用壽命延長(zhǎng)。 橋式吊車的速度調(diào)節(jié)可利用變頻器的多級(jí)頻率選擇功能，將 9 FWD、 CM 接通則正轉(zhuǎn)， REV、 CM 接通則反轉(zhuǎn)，將 X CM， X CM， X CM 三對(duì)端子分別接通，或其中兩對(duì)或三對(duì)同時(shí)接通，可得 7 種頻率，從而可方便地得到橋吊所要求的正反兩個(gè)方向各 6 種速度。因此要控制異步電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩十分困難。可編程序控制器 PLC 引入到交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)后，使傳動(dòng)系統(tǒng)性能發(fā)生了質(zhì)的變化。 該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施主回路 SCR 整流，其控制是給定模擬量通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò)速度環(huán)、電流環(huán)到 SCR移現(xiàn)觸發(fā)的邏輯無(wú)環(huán)流的調(diào)速系統(tǒng)。交流無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)采用交 交變頻控制系統(tǒng)。這種高壓電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠的送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)上。最近 10 多年來(lái)，國(guó)外在這一領(lǐng)域己有較深入的研究。隨著變頻技術(shù)的普及和深入，以及國(guó)際、國(guó)內(nèi)電器設(shè)備使用的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)的強(qiáng)化，電力系統(tǒng)行業(yè)和用戶對(duì)變頻技術(shù)的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)電氣傳動(dòng)和自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展。控制電阻分級(jí)控制到交磁放大控制到可控硅 SCR激磁控制再到主回路可控硅即晶閘管整流供電系統(tǒng)。 具體要求： （ 1）了解變頻器的主要功用；（ 2） 編輯 15/3 橋式起重機(jī)程序控制器 （ 3）采用變頻器的基本來(lái)對(duì) 15/3 橋式起重機(jī)進(jìn)行改造 （ 4） PLC 的程序設(shè)計(jì) 時(shí)間： 20xx 年 4 月 10 日至 20xx 年 6 月 10 日共 八 周 系部： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)電一體化 技術(shù) 學(xué)生姓名：尹卓豪 學(xué)號(hào)： 111188021 指導(dǎo)單位或教研室：機(jī)電一體化技術(shù)教研室 指導(dǎo)老師：張華 系主任： 張澧生 20xx 年 4月 10 號(hào) 湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃表 日 期 工 作 內(nèi) 容 執(zhí)行情況 指導(dǎo)教師 簽 字 4 月 10 號(hào) — 4月 12 號(hào) 選題 完成 4 月 13 號(hào) — 4月 20號(hào) 查找各方面資料 完成 4 月 20號(hào) — 4月 27號(hào) 寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，方案論證 完成 4 月 28號(hào) — 5月 5號(hào) 總體方案設(shè)計(jì) 完成 5 月 6號(hào) — 5 月 15 號(hào) 15/3 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速改造軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 完成 5 月 16號(hào) — 5月 25號(hào) 系統(tǒng)調(diào)試，寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì) 完成 6 月 1號(hào) — 6 月 5 號(hào) 修改畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 完成 6 月 8號(hào) — 6 月 10 號(hào) 答辯 完成 指導(dǎo)教師對(duì)進(jìn)度計(jì)劃實(shí)施情況總評(píng) 簽名： 年 月 日 湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 摘 要 【 摘 要 】電氣調(diào)速控制的方法許多， 60年代采用發(fā)電機(jī) — 電機(jī)系統(tǒng)。要從根本上解決這些問(wèn)題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。特別是最近 20 年來(lái)，隨 著交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用普及，交流變頻調(diào)速在化工、火電廠、礦山、油田、機(jī)械制造、城市建設(shè)、水處理、甚至家電等行業(yè)己經(jīng)全面推廣使用，一般主要用于節(jié)能及控制。 針對(duì)功率因數(shù)提高和諧波污染的研究 低壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制雖然己經(jīng)是非常成熟了，但目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品，一般都是矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，重點(diǎn)放在電機(jī)變頻控制理論的實(shí)現(xiàn)和完善上，而對(duì)變頻器的輸出波形、功率因數(shù)，以及諧波污染等問(wèn)題還沒(méi)有引起足夠的重視。國(guó)內(nèi)，高壓變頻調(diào)速和它的節(jié)能控制還是一個(gè)比較薄弱的環(huán)節(jié) .它主要是針對(duì) 6~10kV 的交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制。直流無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)采用交 直 交或直 交變頻控制系統(tǒng) 。目前國(guó)內(nèi)外幾種常用調(diào)速系統(tǒng)配置及其性能： DC300 直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)： GE 公司 DC300， DC20xx 是微處理器數(shù)字量控制的直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，其控制功率從 300HP 到 4000HP，并采用 PLC 對(duì)整機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施故障診斷、檢測(cè)、報(bào)警及控制。借助電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，由分離元件發(fā)展到大規(guī)模集成電路，從而實(shí)現(xiàn)控制部件的微型組件化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，進(jìn)而從模擬量控制發(fā)展到數(shù)字量控制。異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的原理雖然與直流電動(dòng)機(jī)相同，但由于建立氣隙磁場(chǎng)的勵(lì)磁分量和電磁轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)裝置電流有功分量都應(yīng)包含在定子電流中，無(wú)法直接將它們分開(kāi)，在運(yùn)行過(guò)程中，這兩個(gè)分量有會(huì)互相影響。 橋吊中電機(jī)所帶負(fù) 載都為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，抓斗開(kāi)合、大車、小車電機(jī)都運(yùn)行在 3象限，均為電動(dòng)狀態(tài)，抓斗提升電機(jī)可運(yùn)行在 4 象限，采用變頻調(diào)速，機(jī)械特變硬，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變。 電流限制得較小，頻繁啟動(dòng)和停止時(shí)電動(dòng)機(jī)熱耗減少，壽命延長(zhǎng)。由于不均勻加熱，使滑輪變形，且硬度不均勻，會(huì)造成鋼絲繩不正常磨損，焊接質(zhì)量也不易保證，故不允許焊補(bǔ)。 聯(lián)軸器：用來(lái)聯(lián)接兩根同軸線布置或基本平行的轉(zhuǎn)軸，傳遞扭矩同時(shí)補(bǔ)償少許角度和徑向偏移。 緩沖器：用來(lái)吸收起重機(jī)（或小車）與擋架（或碰頭）或同一跨度上相鄰起重機(jī)相碰撞時(shí)所產(chǎn)生的能量。 主要技術(shù)參數(shù) 起重量、起升高度、下放深度、跨度、機(jī)構(gòu)工作速度、工作級(jí)別、及起重機(jī)總重或輪壓。 湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第二章 調(diào)速系統(tǒng)介紹 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速指標(biāo) 調(diào)速就是在一定的負(fù)載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要 人 為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果在一定的調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速都可以得到則稱為無(wú)級(jí)調(diào)速。例如兩條平行的機(jī)械特性硬度相同，在靜差率公式中的 0n n 相同，由于 0n 不同，他們的 s 就不同， 0n 大的， s 小， 0n 小的， s就大。 變頻 調(diào)速的基本原理 根據(jù)異步電機(jī)的知識(shí)，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： 其中： n — 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； f — 定子的電源頻率，單位為 Hz； s — 電機(jī)的轉(zhuǎn)速滑差率； p — 電機(jī)的極對(duì)數(shù)。這是因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)定子繞組相電壓 mNfEU ??? 1111 ，當(dāng) 1f 下降時(shí)，若 1U 不變，則必使電動(dòng)機(jī)每極磁通 m? 增加，在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)， m? 處于磁路磁化曲線的膝部，湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) m? 的增加將進(jìn)入磁化曲線飽和段，使磁路飽和，電動(dòng)機(jī)空載電流劇增，使電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力變小，而無(wú)法正常工作。于是，隨著 1f 升高 m? 將下降，但 n 上升，故屬于恒功率調(diào)速。所以其機(jī)械特性基本上是平行的。前者由直流電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電動(dòng)機(jī)組成，調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就能改變交流發(fā)電動(dòng)機(jī)的頻率，由于變頻機(jī)組設(shè)備龐大，可靠性差。電流型變頻器是指變頻器整流后是由電感元件來(lái)濾波，目前少見(jiàn)。它的主要作用是對(duì)工頻的外湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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。圖 PWM 逆變器示意圖，在該逆變器電路中，同時(shí)進(jìn)行輸出電壓幅值與頻率的控制，滿足變頻調(diào)速對(duì)電壓與頻率協(xié)調(diào)控制的要求。與 a 圖相比， b 圖的電壓周期增大 (也就是說(shuō)頻率降低 )，電壓脈沖的幅值不變，仍為 DNU ，而占空比則減小，故平均電壓降低。因此， V V2的輪流導(dǎo)通就可得到 A相交流電壓的正、負(fù)半周。 湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) turaurau39。 雙極性脈寬調(diào)制 若調(diào)制波信號(hào) ru與載波信號(hào) tu均為雙極性信號(hào)，即在 tu的半個(gè)周期內(nèi)，三角形載波是在正、負(fù)兩個(gè)方向變化的，稱為雙極性脈寬調(diào)制，這種調(diào)制方法是目前使用最多的方法。 1968 年美國(guó)通用汽車公司 (GM)公開(kāi)招標(biāo)研制功能更強(qiáng)，使用更方便，價(jià)格便宜，可靠性更高的新型控制器。它可完成以下主要功能：1 邏輯控制 2 定時(shí)控制 3 記數(shù)控制 4 步進(jìn)控制 5A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換 6 數(shù)據(jù)處理 7通信與聯(lián)網(wǎng) 8 對(duì)控制系統(tǒng)監(jiān)控 可以預(yù)料，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， PLC 的功能也會(huì)不斷拓寬和增強(qiáng)。而且 PLC 技術(shù)發(fā)展很快，功能不斷增強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更廣。但是 PLC 也有其缺點(diǎn)：目前價(jià)格還比較高；工作速度比計(jì)算機(jī)慢；使用中檔和高檔 PLC，要求使用者具有相當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)知識(shí)； PLC 制造廠家和 PLC 品種類型很多，而指令系統(tǒng)和使用方法不盡相同，這給用戶帶來(lái)不便。它是PLC 的運(yùn)算、控制中心。 擴(kuò)展接口 擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使 PLC 的 配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有LCD 或 CRT 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過(guò)屏幕對(duì)話。 吊鉤拖動(dòng)系統(tǒng) 拖動(dòng)重物作吊起或放下的上、下運(yùn)動(dòng)。 M3~ 1KM2KM34KM134R5 圖 原拖動(dòng)系統(tǒng)的主電路 采用變頻調(diào)速的基本考慮 主拖動(dòng)系統(tǒng) 電動(dòng)機(jī)選型 (1)大車與小車 變頻調(diào)速 專用電機(jī) (2)吊鉤用電動(dòng)機(jī) 由于要求較高，應(yīng)選用變頻專用的籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) ； 制動(dòng)方法 湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 采用再生制動(dòng)、直流制動(dòng)和電磁機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的方法。電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向仍與轉(zhuǎn)矩方向相同，但方向反了，其機(jī)械特性在第 3 象限，工作點(diǎn)如圖 53 中的 C 點(diǎn) (高速 )與 D點(diǎn) (低速 )所示。B 點(diǎn)。 橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中需要引起注意的是關(guān)于防止溜鉤的控