【文章內(nèi)容簡介】 生的數(shù)字信號(hào)送入 PLC。由開環(huán) /閉環(huán)開關(guān)控制系統(tǒng)在開環(huán)或閉環(huán)狀態(tài)下運(yùn) 行。當(dāng)交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)定為開環(huán)運(yùn)行時(shí)，檢測到的轉(zhuǎn)速信號(hào) PLC 不進(jìn)行處理，直接進(jìn)行顯示；當(dāng)交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)定為閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，光電編碼器將檢測到的轉(zhuǎn)速信號(hào)一方面由PLC 與設(shè)定轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，處理過的信號(hào) 送去控制變頻器，另一方面將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。 本文內(nèi)容安排如下 ： 第一章 緒論 介紹了本課題的研究目的和意義，還有變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀。還對(duì)各種變頻調(diào)速的控制方法做了簡單的闡述和比較。 第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 介紹了系統(tǒng)的組成及其工作原理 ，對(duì) 其外部硬件的接線和內(nèi)部模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊的主要參數(shù)進(jìn)行了說明 ，論證了本系統(tǒng)對(duì)于 PLC和變頻器的選型，介紹了變頻器的快速設(shè)置方法。 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 介紹了系統(tǒng) 上位機(jī)編程 軟件 SWOPCFXGP/WINC 及其GOT 編程軟件 GTdesigner2，說明了 FX2n 的 PID 控制指令，對(duì) PLC 控制程序及其部分控制內(nèi)容做了簡單的介紹。 第四章 系統(tǒng)的調(diào)試及其數(shù)據(jù)分析 對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場的運(yùn)行和調(diào)試，并利用現(xiàn)場得到的結(jié)果進(jìn)行修正，說明了閉環(huán)反饋參數(shù)的計(jì)算方法及其誤差產(chǎn)生的原因。 2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系 統(tǒng)的組成及工作 原理 系統(tǒng)主要由 四 個(gè) 部分構(gòu)成，即 速度給定， 可編程邏輯控制器件 PLC、變頻器 ，電機(jī) 和測速發(fā)電機(jī) ，其中速度給定由 GOT 完成，控制器由 PLC 負(fù)責(zé)，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和變頻器，電機(jī)組成了系統(tǒng)的被控對(duì)象，而測速發(fā)電機(jī)（光電編碼器）和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成了系統(tǒng)的反饋。 首先通過設(shè)置給定輸入給 PLC，確定選擇的是開環(huán)工作模式或閉環(huán)工作模式，再通過 PLC 控制變頻器，經(jīng)由變頻器來控制電機(jī)，隨后將電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋給 PLC，經(jīng)比較后輸出給變頻器從而實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。 系統(tǒng) 框圖如圖 21 所示。 可編程控制器 PLC 接收 4~20mA 的轉(zhuǎn)速給定信號(hào)和轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換變 成 12 位數(shù)字信號(hào)，然后在 PLC主機(jī)內(nèi)完成 PI 運(yùn)算，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器輸出0~20mA 電流信號(hào)，在逆變器內(nèi)部，把該信號(hào)對(duì)映變成不同頻率，不同電壓的交流信號(hào)控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最后用測速發(fā)電機(jī)完成速度反饋，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 MMG O TP L CD / A變 頻器測 速 發(fā)電 機(jī)A / D控 制 器反 饋被 控 對(duì) 象速 度 給定 圖 21 變頻調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 外部硬件接線圖 M開關(guān)電源模塊開關(guān)電源模塊開關(guān)電源模塊開關(guān)電源模塊直 流 2 2 0 V 直 流 2 4 V 直 流 1 2 V 直 流 5 V控 制 操 作 屏P L C 主 控 制 器零 線變 頻 器Q S K M 1K M 2V F三相輸入電源 圖 22外部硬件接線圖 模擬量輸入輸出模塊 FX2n4AD 與 FX2n4DA FX2n4AD 模擬量輸入模塊是一種高精度的模擬量輸入模塊，只要選擇合適的傳感器及前置放大器，就可以用于溫度，壓力，流量，電壓和電流等模擬信號(hào)的監(jiān)視與控制， FX— 4AD 模擬量輸入模塊有 4 個(gè)輸入通道，通道號(hào)分別為 CH1， CH2，CH3， CH4。輸入通道用于將外部輸入的模擬量信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，即稱為A/D 轉(zhuǎn)換，其分辨率為 12 位。 輸入的模擬量信號(hào)可以是電壓也可以是電流，輸入電壓或電流的選擇是由用戶通過不同的接線來完成的。模擬量電壓值范圍是 — 10V~10V，分辨率為 果為電流輸入，則電流輸入范圍為 4~20mA 或 20mA~+20Ma,分辨率為 20uA。 特點(diǎn)： 1）提供 12 位高精度分辨率（包括符號(hào)位） 2） 4 通道電壓輸入（ 10~+10V）或電流輸入（ 20~+20mA）。 3) 每一通道都可以分別指定為電壓輸入或電流輸入。 4） FX2N 型 PLC 最多可連接 8 臺(tái)。 性能指標(biāo)： 1）電源：模擬電路： 24V177。 10%V，電流為 55mA(源于基本單元的外部電源 )。 數(shù)字電路： 5V DC 30mA (源于基本單元的內(nèi)部電源 )。 2）環(huán)境：與 PLC 基本單元一致，耐壓絕緣電壓 :AC 5000V, 1 分鐘（在所有端子和地之間） FX2n4DA模擬量輸出 模塊用于將可編程控制器中的 12位數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出到外部，控制外部電氣設(shè)備。 FX— 4DA 有四個(gè)輸出通道，可以輸出 10V 到 10V直流電壓（分辨率： 5mV）或 0~20mA(分辨率： 20uA)的模擬量輸出。 FX2n4DA 和FX2n 主單元之間通過緩沖器交換數(shù)據(jù)， FX2n— 4DA共有 32個(gè)緩沖器，每個(gè)緩沖器16位。 FX2n— 4DA 占用 FX2n 擴(kuò)展總線的 8 個(gè)點(diǎn)。這 8 個(gè)點(diǎn)可以分配成輸入或輸出。FX2n— 4DA 消耗 FX2n 主單元或有源擴(kuò)展單元 5V 電源槽的 30mA 電源。 擴(kuò)展模擬量輸入模塊接線圖 (如圖 23 所示） 4 A D 模 塊+ 2 4 V（ P L C ）C O M（ P L C ）+ 2 4 V 2 4 V瓷 片 電 容4 7 4測 速 發(fā) 電 機(jī)紅 線測 速 發(fā) 電 機(jī)黑 線V +（ 1 ）V I （ 1 ） 圖 23擴(kuò)展模擬量輸入模塊接線圖 擴(kuò)展模擬量輸出模塊及其變頻器接線圖 （如圖 24 所示） M三 相交 流電 源交 流 接觸 器K M 2RSTS F S R S CWVUF CF R變 頻 器C O M ( P L C )+ 2 4 VV + ( 1 )V 1 ( 1 ) 2 4 V4 D A 模 塊Y 6 ( PL C )C O M 2( P L C)Y 4 ( PL C )交 流 調(diào) 速 電動(dòng) 機(jī) 圖 24 擴(kuò)展模擬量輸出模塊及其變頻器接線圖 硬件的選型 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。 PLC 及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的， 按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用 PLC 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)， PLC 的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 控制對(duì)象 本次設(shè)計(jì)的 被控對(duì)象是一臺(tái)實(shí)驗(yàn)室用鼠籠式三相交流異步電動(dòng)機(jī)。額定值為AC 380 V、 0. 4 kW、 極對(duì)數(shù) P= 轉(zhuǎn)速 1 500 r/ min, Y 型連接 , 中間一臺(tái)是直流發(fā)電機(jī) ,該機(jī)為并勵(lì)直流機(jī) ,其額定值為 DC 250 V、 0. 5 kW、 2 000 r/ min。 在系統(tǒng)中作為可變負(fù)載用。 本文以空載形式介紹。 最后一臺(tái)為測速發(fā)電機(jī) , 額定值為 DC 110 V、 200 mW、轉(zhuǎn)速 2 200 r / min。在系統(tǒng)中作為反饋裝置。 小型可編程控制器的選型 FX2N32MR 型 小型可編程控制器 是三菱電機(jī)小型 PLC 的強(qiáng)功能機(jī)， FX2n系列 PLC 由基本單元，擴(kuò)展單元，擴(kuò)展模塊，特殊功能模塊和編程器等構(gòu)成。基本單元（主機(jī)）中包含 CPU，儲(chǔ)存器， I/O 電路和電源，是 PLC 的主要部分；擴(kuò)展單元是用于增加 I/O 點(diǎn)數(shù)，內(nèi)部沒有電源；擴(kuò)展模塊用于增加 I/O 點(diǎn)數(shù)和改變 I/O比例，模塊內(nèi)部無電源，由基本單元或擴(kuò)展單元供電。 擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊都無CPU，必須與基本單元一起使用。特殊功能模塊是為了獲得某些特殊功能，滿足控制要求的特殊裝置。編程器用于程序的輸入，運(yùn)行監(jiān)視和故障分析等。 所以 在這里我選擇了 課程中學(xué)習(xí)過的三菱公司 FX2N32MR 型 PLC FX2n32MR 的各部分構(gòu)成和說明 如圖 25 所示 [注 ]圖片引用自三菱 FX2N 使用手冊(cè) 圖 25 FX2n32MR 的各部分構(gòu)成和說明 及變頻器 的選型 正確選擇通用型變頻器對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行時(shí)至關(guān)重要的，首先要明確使用通用變頻器的目的，按照生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、速度響應(yīng)和控制精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等要求，充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)負(fù)載特性，決定采用什么功能的通用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng)，然后決定選用哪種控制方式最合適。所選用的通用變頻器 應(yīng)是既滿足生產(chǎn)工藝要求，又要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上合理。若對(duì)通用變頻器選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用不當(dāng)，往往會(huì)使通用變頻器不能正常的運(yùn)行、達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，甚至引發(fā)設(shè)備故障，造成不必要的損失。另外，為了確保通用變頻器長期可靠的運(yùn)行，變頻器的地線的連接也是非常重要的。 在本系統(tǒng)中我采用了 VS mini 變頻器 VS mini 變頻器的外形結(jié)構(gòu) 如圖 26 所示 圖 26 VS mini 變頻器的外形結(jié)構(gòu) VS mini 變頻器控制端控制運(yùn)行模式時(shí)的基本連線圖 如圖 27 所示 U、 V、 W 是變頻器輸出 , 當(dāng)電機(jī)在基頻以 下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩區(qū) , 其輸出為電壓與頻率呈恒比值的交流信號(hào) ,控制三相交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 。當(dāng)電機(jī)在基頻以上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ,為恒功率區(qū) ,其輸出為電壓不變頻率變化的交流信號(hào) , 控制三相交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 ,并且 U、 V、 W 的相序任意調(diào)換兩相 , 則電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變一次。 正 轉(zhuǎn)運(yùn) 行 / 停 止反 轉(zhuǎn)運(yùn) 行 / 停 止故 障 復(fù) 位三 相 電 源2 K ΩO VF CF RF SMB 1 B 2UN / L 2 ( S )L 3 ( T )L 1 ( R )VWS FS 1S RM BM CM A變 頻 器 的 工 作 狀 態(tài)（ 常 開 常 閉 ）S C邏 輯 公 共 端功 能 控 制 輸 入頻 率給 定屏 蔽 鏈 接 線頻 率 給 定電 源（ + 1 2 V , 2 0 m A )參 考 （ 0 1 0 V 、 4 2 0 m A ) 圖 27 VS mini 變頻器控制端控制運(yùn)行模式時(shí)的基本連線圖 變頻器 VS mini 為我們提供了很好的 BOP 控制面板具體如 圖 28 所示。 綠紅F O U T輸 出 頻 率監(jiān) 視F R E F頻 率 參 考設(shè) 定 / 監(jiān) 視A C C加 速 時(shí) 間D E C減 速 時(shí) 間V M A X最 大 電 壓F M A X最 大 頻 率T H R電 機(jī) 額 定 電流M O D E工 作 模 式 選擇P R G M常 數(shù) / 數(shù) 值F B A S最 大 電 壓 輸出 頻 率F / R正 / 反 轉(zhuǎn) 運(yùn)行 命 令I(lǐng) O U T輸 出 電 流監(jiān) 視 圖 28 變頻器 VS mini BOP 控制面板 變頻器的快速設(shè)置 變頻器的工作原理是把市電（ 380V 、 50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（ GTO、 GTR 或 IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電 變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。 psfn /)1(60 ?? （ 21） 對(duì)于成品電機(jī)，其磁極對(duì)數(shù) p已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率 s變化不 大，故電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n與電源的頻率 f 成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)的調(diào)試目的。 變頻器 有 兩種工作模式 如果所用的變頻器剛剛出廠的變頻器，則需對(duì)它進(jìn)行快速調(diào)試，試驗(yàn)中用到的變頻器都已經(jīng)完成了快速調(diào)試 要實(shí)現(xiàn)快速預(yù)置，首先按下【 MENU】鍵多次，直至切換到快速編程模式（ LCD顯示屏左上方顯示 QUICK）為止 (1) 按下【 DATA/ENTER】 鍵，立即切換到快速編程模式下的第一個(gè)功能碼“ A102” . (2) 按【↑】，【↓】鍵，找到所需修改的功能碼 “ C102” . (3) 按【 DATA/ENTER】 鍵，讀出該功能碼中的原油數(shù)據(jù)碼“ ” 。 (4) 按【 向右】鍵，使光標(biāo)移至修改位。 (5) 按【↑】，【↓】鍵，將數(shù)據(jù)碼調(diào)整為“ ” 。 (6) 按【 DATA/ENTER】鍵，寫入新數(shù)據(jù)碼，此時(shí)，顯示屏顯示“ Entry Accepted” (新數(shù)據(jù)已被接受 )； 1s后顯示當(dāng)前的功能碼及數(shù)據(jù)