【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 主機(jī)編程器或編程軟件 可編程控制器基本結(jié)構(gòu)示意圖 Siemens S7200結(jié)構(gòu)及工作原理 (1)S7200系列PLC介紹 S7200系列PLC功能強(qiáng)、速度快、具有模塊化、具有極高的可靠性、極豐富的指令集、實(shí)時(shí)特性、良好的通信能力等。 它的強(qiáng)大功能使其無(wú)論是在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能?？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。并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架上。 (2) Siemens S7200主要功能模塊介紹 1. CPU模塊S7200的CPU模塊包括一個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字I/0點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中采集信號(hào)，輸出部分則輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。從CPU模塊的功能來(lái)看，CPU模塊為CPU222。這里介紹CPU222。CPU222它有8輸入/6輸出，I/0共計(jì)14點(diǎn)。和CPU 221相比，它可以進(jìn)行一定的模擬量控制和2個(gè)模塊的擴(kuò)展，因此是應(yīng)用更廣泛的全功能控制器。 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。典型的數(shù)字量I/0擴(kuò)展模塊有:輸入擴(kuò)展模塊EM221有兩種:8種DC, 8點(diǎn)AC輸入。輸出擴(kuò)展模塊EM222有三種:8點(diǎn)DC晶體管輸出，8點(diǎn)AC輸出、8點(diǎn)繼電器輸出。輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊EM2323有六種:分別為4點(diǎn)((8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸入/4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸出、4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))DC輸入/4點(diǎn)(8點(diǎn)、16點(diǎn))繼電器輸出。 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，就需要EM277 PROFIBUSDP模塊，在這里主要介紹模擬量輸出模塊EM232。 EM232模塊提供了有2輸出模擬量通道，具有12位的分辨率，且具有多輸入，輸出信號(hào)范圍。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。它能夠不用外部放大器而與傳感器直接相連，可根據(jù)輸出模擬量的大小，通過(guò)其外置的D工P開(kāi)關(guān)選擇不同的檔位及分辨率，且模擬量的輸出可作為測(cè)量傳感器的恒流源使用。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。Siemens S7 200PLC的工作過(guò)程:PLC上電后，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入循環(huán)工作過(guò)程。一次循環(huán)過(guò)程可歸納為公共處理、程序執(zhí)行、掃描周期計(jì)算處理、I/0刷新和外設(shè)端口服務(wù)五個(gè)工作階段，一次循環(huán)所用的時(shí)間稱為一個(gè)工作周期(或掃描周期)，其長(zhǎng)短與用戶程序的長(zhǎng)短以及PLC機(jī)本身性能有關(guān)，其數(shù)據(jù)級(jí)ms級(jí)，典型值為幾十ms。 一、變頻調(diào)速對(duì)電機(jī)的要求采用變頻調(diào)速時(shí)，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生了一些與在工頻電源下傳動(dòng)時(shí)不同的特征。主要反映在功率因數(shù)、效率、輸出力矩、電機(jī)溫升、噪音及振動(dòng)等方面。隨著高開(kāi)關(guān)頻率的工GBT等電力電子器件的使用、PWM調(diào)制、矢量控制、增強(qiáng)型V/f控制方法的應(yīng)用、使變頻器輸出波形、諧波成份、功率因數(shù)及使用效率得到了很大的改善，有效地提高了變頻控制電機(jī)的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。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(kāi)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(wèn)題。二、變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電機(jī)的選型起重機(jī)起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比一般不大于1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)率在60%以下，負(fù)載多為大慣量系統(tǒng)。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。普通電機(jī)與變頻電機(jī)在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致。在連續(xù)工作時(shí)考慮到冷卻效果限制了普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機(jī)僅在連續(xù)工作時(shí)的變頻驅(qū)動(dòng)特性比變頻電機(jī)稍差。三、電機(jī)冷卻西門(mén)子變頻器在調(diào)速比為1:20的范圍內(nèi)能確保起重機(jī)上普通電機(jī)有150%的過(guò)載力矩值。，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)在以額定速度運(yùn)行時(shí)電機(jī)通常工作在額定功率以下。但若電機(jī)要求在整個(gè)工作周期內(nèi)在大于1:4的速比下持續(xù)運(yùn)行則必須采用他冷式電機(jī)。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。目前，國(guó)內(nèi)用于起重機(jī)械的4極電機(jī)有強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻的YZFXXX4型電機(jī)等。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。一般情況下,電機(jī)容量P為式中一電機(jī)平均起動(dòng)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷特點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)間短(13s)，只占等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間的較少比例。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的10%20%。其電機(jī)容量P為 (kw)式中 一起重機(jī)額定提升負(fù)載，kg 一額定起升速度，m/s 一重力加速度，g=9. 81m/s 一機(jī)構(gòu)總效率，能承受電壓波動(dòng)的影響，其最大轉(zhuǎn)矩值必須大于2,否則必須讓電機(jī)放容，從而降低電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的工作效率。通過(guò)利用上述公式的計(jì)算，: 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)電機(jī)功率主起升機(jī)構(gòu)YZR250M1830KW副起升機(jī)構(gòu)YZR200L815KW大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)YZR160M162*5. 5KW小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)YZR160165. 5KW一，變頻器選型本系統(tǒng)選用西門(mén)子變頻器，西門(mén)子變頻器具有較合理的價(jià)格，完整的理論計(jì)算書(shū)及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。 二、變頻器容量選擇 。考慮到電源電壓波動(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。等額變頻器僅能提供小于150%超載力矩值，為此可通過(guò)提高變頻器容量(Yz型電機(jī))或同時(shí)提高變頻器和電機(jī)容量(Y型電機(jī))來(lái)獲得200%力矩值。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。若用在電機(jī)額定功率選定的基礎(chǔ)上提高一擋的方法選擇變頻器的容量，則可能會(huì)造成不必要的放容損失。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再作電流驗(yàn)證，公式如下:＞ 式中一變頻器額定電流，A —電機(jī)額定電流，A。式中—電流波形補(bǔ)償系數(shù)，PWM方式K=～ —負(fù)載轉(zhuǎn)距， 一總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)電機(jī)軸的折算值， —加速時(shí)間，s —電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min當(dāng)運(yùn)行電機(jī)在300s內(nèi)電機(jī)有大于60s加速時(shí)間時(shí)，變頻器容量按下式取值： ( kVA ) 電流驗(yàn)證:以上公式均以負(fù)載功率作為變頻器容量計(jì)算的基本參數(shù)，相同功率不同極數(shù)的電機(jī)有不同的額定電流。故最終尚需驗(yàn)證電機(jī)和變頻器額定電流，即 電壓型變頻器可以一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)，其并聯(lián)運(yùn)行且變頻器短時(shí)過(guò)載能力為150%、 60%時(shí)，如電機(jī)加速時(shí)間在300s內(nèi)有小于60s的加速時(shí)間，則并要求 式中—負(fù)載所要求的電機(jī)軸輸出功率—并聯(lián)電機(jī)的臺(tái)數(shù)—同時(shí)啟動(dòng)的臺(tái)數(shù)—電機(jī)效率，=—電動(dòng)啟動(dòng)電流與電機(jī)額定電流之比值 —電流波形的修正系數(shù)， —變頻器容量，KVA —變頻器額定電流，A、電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)選擇根據(jù)起重機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特性和技術(shù)要求，采用帶測(cè)速反饋接口的MASTERDRIVE6SE70系列變頻器作為主、副起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，MASTERDRI Vector 6SE440系列變頻器作為大、小行車(chē)行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，6SE440系列是一種通用性高性能矢量控制型變頻器，功能強(qiáng)，價(jià)格低，完全滿足行走機(jī)構(gòu)的需求，因此我們推薦用戶選用該系列變頻器。通過(guò)利用上述公式的計(jì)算，: 各機(jī)構(gòu)的變頻器參數(shù)變頻器型號(hào)額定功率/電流主起升機(jī)構(gòu)6SE70272ED6137KW/48A副起升機(jī)構(gòu)6SE702747ED6122KW/47A大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)6SE64402AD3115KW/30A小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)6SE64402AD25 、變頻器主要參數(shù)設(shè)置首先將所用電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)輸入P80_ P85，大車(chē)變頻器應(yīng)輸入幾個(gè)電機(jī)的總電流及總功率，并且大車(chē)變頻器帶有幾個(gè)電機(jī)時(shí)應(yīng)運(yùn)行于線性頻率/電壓特性，速度變化采用固定頻率的迭加，同時(shí)利用變頻器的制動(dòng)器接通、斷開(kāi)功能由RL2輸出繼電器觸點(diǎn)控制機(jī)械制動(dòng)器，使行走機(jī)構(gòu)在電機(jī)停止時(shí)不會(huì)由于外力而隨意移動(dòng)。： 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(kāi)關(guān)量輸入控制P0516固定頻率5開(kāi)關(guān)P0526固定頻率4開(kāi)關(guān)P0536固定頻率3開(kāi)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(chē)多電機(jī))P0771FCC特性(小車(chē)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。根據(jù)性價(jià)比的選擇，根據(jù)被控對(duì)象的I/0點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，我們采用SIEMENS公司的S7200系列PLC。SIMATIC S7200系列是西門(mén)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)。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)，同時(shí)具有可靠性高，運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，繼承了和發(fā)揮了它在大、