【文章內(nèi)容簡介】 頻率：50HZ；絕緣等級：E[2]。 變頻器的選擇隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得交流變頻調(diào)速得到廣泛應(yīng)用。其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對較貴。所以我選用了通用變頻器，通過合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻器的控制效果。本設(shè)計(jì)采用的變頻器是西門子公司面向世界推出的21世紀(jì)通用型變頻器MM420。它可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到理想輸出，這種變頻器不僅考慮了V/f控制，而且還實(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動(dòng)調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。MM420變頻器的特點(diǎn)如下：(1) 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 (2) 有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。(3) 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。(4) 保護(hù)功能完善、維修性能好。(5) 通過LCD操作裝置，可提高操作性能[10]。 PLC的選擇 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，我們一般有采用單片機(jī)和PLC控制兩種選擇。與單片機(jī)相比，PLC有以下優(yōu)點(diǎn): (1) 通用性強(qiáng)，使用方便。 (2) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，所有的I/O口均采用光電隔離，有效使內(nèi)部電路與外部隔離，其各模塊均采用屏蔽措施，采用性能良好的開關(guān)電源，具有良好的自診斷功能，在大型的PLC中采用雙CPU或三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，是可靠性進(jìn)一步提高。 (3) 豐富的I/O接口模塊。 (4) 采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便組合。 (5) 編程簡單易學(xué)，PLC編程采用梯形圖與繼電器電路圖類似，不需要計(jì)算機(jī)專門知識也能理解。 (6) 安裝簡單，維修方便。 (7) 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，成本相對較低。而對于單片機(jī)最大的缺點(diǎn)就是抗干擾的能力差，驅(qū)動(dòng)能力差，需要很多外圍設(shè)備來驅(qū)動(dòng)，在工業(yè)控制中多采用PLC，此外單片機(jī)編程復(fù)雜，需要了解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作方式[3]。在控制中，PLC的選擇的原則是在滿足可靠性，實(shí)時(shí)性，快速性，操作的便捷性以及強(qiáng)勁的通信能力的前提下，選擇成本更低的。因此選擇西門子S7200可編程控制器來作為主要的控制裝置。S7200系列的PLC具有極高的可靠性，豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通信能力，豐富的擴(kuò)展模塊，適用于各行各業(yè)各種場合的檢測監(jiān)測及自動(dòng)化控制的需要。S7200系列的PLC是整體式結(jié)構(gòu)，根據(jù)其規(guī)模的的大小，可選擇相應(yīng)的主機(jī)單元CPU[11][19]。 調(diào)速方式的選擇 變頻調(diào)速是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。其特點(diǎn)： (1) 效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗； 　　 (2） 應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動(dòng)機(jī)； 　　 (3) 調(diào)速范圍大，特性硬，精度高； 　　　　從效率和穩(wěn)定性的角度出發(fā)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，選擇變頻調(diào)速方式。 3 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) S7200PLC 本系統(tǒng)選用的是西門子公司生產(chǎn)的S7200系列小型PLC，可用于代替繼電器的簡單控制場合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于它極強(qiáng)的的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其功能。 S7200的可靠性高，可以用梯形圖語句表功能塊圖三種語言來編程。它的指令豐富，指令功能強(qiáng)，易于掌握，操作方便，內(nèi)置有高速計(jì)數(shù)器、高速輸出、PID控制器、RS485通信/編程接口、PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由端口模式通信功能，最大可以擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O，最多有30多KB的程序和數(shù)據(jù)存儲空間[5]。 MicroMaster420變頻器 本系統(tǒng)采用的是通用變頻器MicroMaster420，MicroMaster420是全新一代模塊化設(shè)計(jì)的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。它有強(qiáng)大的通訊能力、精確的控制性能、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有更多的靈活性，操作方便。最新的IGBT技術(shù)，具有7個(gè)固定頻率，4個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率。靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器帶有起始段和結(jié)束段的平滑特性，防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘，直流制動(dòng)和復(fù)合制動(dòng)方式提高制動(dòng)性能。用BiCo技術(shù)，實(shí)現(xiàn)I/O端口自由連接。MicroMaster420是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列，從單相電源電壓額定功率120W到三相電源電壓額定功率11KW可供選用，由微處理器控制，用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率輸出器件。因此，具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲，全面完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。MicroMaster420具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動(dòng)裝置。由于MicroMaster420具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)[5]。 外部電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要完成異步電機(jī)三種調(diào)速，由于變頻器的參數(shù)設(shè)置的不同，調(diào)速方式也有所不同，分別為變頻開環(huán)調(diào)速、數(shù)字量方式多段速控制和PLC及變頻器通信控制。 變頻開環(huán)調(diào)速根據(jù)輸入端的控制信號經(jīng)過程序運(yùn)算后由通信端口控制變頻器運(yùn)行。打開啟動(dòng)開關(guān)，變頻器開始運(yùn)行。 首先應(yīng)對變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如表31 所示。 表31 變頻器的參數(shù)設(shè)置 序號變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值功能說明1P0304230380電動(dòng)機(jī)的額定電壓( 380V )2P0305電動(dòng)機(jī)的額定電流( )3P0307電動(dòng)機(jī)的額定功率( 60W )4P0310電動(dòng)機(jī)的額定頻率( 50Hz )5P031101430電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速( 1430 r/min )6P100023固定頻率設(shè)定7P108000電動(dòng)機(jī)的最小頻率( 0Hz )8P108250電動(dòng)機(jī)的最大頻率( 50Hz )9P11201010斜坡上升時(shí)間( 10S )10P11211010斜坡下降時(shí)間( 10S )11P070022選擇命令源（ 由端子排輸入 ）12P0701117固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON命令）13P07021217固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON命令）14P0703917固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON命15P1001固定頻率116P1002固定頻率217P1003固定頻率318P1004固定頻率419P1005固定頻率520P1006固定頻率621P1007固定頻率7其中：在設(shè)置參數(shù)前先將變頻器參數(shù)復(fù)位為工廠的缺省設(shè)定值；設(shè)定P0003=2 允許訪問擴(kuò)展參數(shù)；設(shè)定電機(jī)參數(shù)時(shí)先設(shè)定P0010=1(快速調(diào)試),電機(jī)參數(shù)設(shè)置完成設(shè)P0010=0(準(zhǔn)備)[14][15]。根據(jù)系統(tǒng)分析，需要九個(gè)輸入量，輸出端由三八通信線實(shí)現(xiàn)。其I/O分配如表32 所示。表32 系統(tǒng)的I/O分配序號PLC地址（PLC端子）電氣符號（面板端子）功能說明1啟動(dòng)開關(guān)變頻器開始運(yùn)行2停止開關(guān)變頻器停止運(yùn)行3急停開關(guān)變頻器緊急停止4復(fù)位開關(guān)變頻器錯(cuò)誤復(fù)位5反轉(zhuǎn)開關(guān)變頻器反轉(zhuǎn)運(yùn)行6減速開關(guān)變頻器減速運(yùn)行7加速開關(guān)變頻器加速運(yùn)行8全速開關(guān)變頻器全速運(yùn)行9歸零開關(guān)變頻器頻率歸零 變頻開環(huán)調(diào)速外部接線如圖31所示。圖31 變頻開環(huán)調(diào)速外部接線圖在 MM420變頻器通過數(shù)字量的輸入DINDINDIN3不同的組合方式可實(shí)現(xiàn)七種不同的輸出頻率，從而實(shí)現(xiàn)多段速的控制。變頻器的參數(shù)設(shè)置如表33所示。 表33 變頻器的參數(shù)設(shè)置序號變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值功能說明3