【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 監(jiān)控畫面：包括生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如給定值、在線檢測(cè)值、故障信號(hào)等。④事故顯示記錄：顯示記錄故障設(shè)備編號(hào)、故障類型、發(fā)生時(shí)間等。⑤控制操作畫面：對(duì)各設(shè)備、單元全部過程參數(shù)、設(shè)定值修改、控制方式（手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)）選擇，對(duì)設(shè)備進(jìn)行起停控制。為了便于管理，系統(tǒng)設(shè)置了訪問控制權(quán)限，輸入登陸密碼才允許操作控制。根據(jù)操作權(quán)限的不同, 通過密碼的方式來(lái)保證系統(tǒng)的安全。4皮帶硬件資源配置前面介紹了皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及其相關(guān)設(shè)備，根據(jù)其工作原理和控制系統(tǒng)的功能要求，本節(jié)主要介紹如何設(shè)計(jì)皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)和所需的各種硬件設(shè)備。如圖8所示的是皮帶節(jié)能系統(tǒng)的硬件連接示意圖。此控制系統(tǒng)的核心處理器是PLC,輸入、輸出量包括數(shù)字量和模擬量。圖8 皮帶節(jié)能系統(tǒng)的硬件連接示意圖 PLC選型根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來(lái)考慮，選擇西門子S7300系列PLC作為皮帶節(jié)能控制系統(tǒng)的主機(jī)。 S7300PLC系統(tǒng)組成中央處理單元（CPU）：不同的CPU有各自不同的性能，例如，有的CPU上集成有輸入/輸出點(diǎn)，有的CPU上集成有PRFIBUS_DP通訊接口等；信號(hào)模塊（SM）：用于數(shù)字量、模擬量輸入輸出；通訊處理器（CP）：用于連接網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接；功能模塊（FM）：用于高速計(jì)數(shù)，定位操作（開環(huán)或閉環(huán)控制）和閉環(huán)控制；負(fù)載電源模塊（PS）：用于將SIMATIC S7300連接到120/230V AC電源；接口模塊（IM）：用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架（CR）和擴(kuò)展機(jī)架（ER）。S7300通過分布式的主機(jī)架（CR）和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架（ER），可以操作多達(dá)32個(gè)模塊。運(yùn)行時(shí)無(wú)需風(fēng)扇。 S7300PLC模塊選型S7300PLC模塊主要有:電源模塊PS（Power Supply）、中央處理單元CPU、信號(hào)模塊SM（Signal Module）、Profibus總線電纜、連接編程器PG的電纜等。中央處理器（CPU）CPU模塊是控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的中央控制責(zé)任，存儲(chǔ)并執(zhí)行程序，實(shí)現(xiàn)通信功能，為U形總線提高5V電源。CPU選擇CPU314C2DP，它屬于緊湊型CPU，帶集成的數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，以及PRFIBUSDP主站/從站接口，帶有與過程相關(guān)的功能，可以完成特殊功能的任務(wù)，可以連接標(biāo)準(zhǔn)的I/O設(shè)備，CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)器卡。CPU有4種操作模式：STOP（停機(jī)），STARTUP（啟動(dòng)），RUN（運(yùn)行）和HOLD（保持）。在所有的模式中，都可以通過MPI接口與其他設(shè)備通信。樣式如圖所示：訂貨數(shù)據(jù)：CPU314C2DP 緊湊型CPU，48K主存儲(chǔ)器，24VDC電源，內(nèi)置16DI/16DO、4AI/2AO，帶集成功能，MPI，Profibus DP主站/從站接口；需要MMC。模擬量輸入/輸出模塊在生產(chǎn)過程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需要用PLC來(lái)測(cè)量或控制。有的是非電量，例如溫度、壓力、流量物體的成分和頻率等。有的是強(qiáng)電量，例如發(fā)電機(jī)組的電流、電壓、有功功率和無(wú)功功率等。變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的量程的直流電流和直流電壓信號(hào)，例如DC1~5V和DC4~20mA。模擬量輸入模塊用于將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)，其主要組成部分是A/D轉(zhuǎn)換器。模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)一般都是模擬量變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電壓，直流電流信號(hào)。模擬量輸入/輸出模塊中模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字稱為模擬值，模擬值用16位二進(jìn)制補(bǔ)碼來(lái)表示最高位為符號(hào)位。模擬量輸入模塊的模擬值與百分?jǐn)?shù)表示的模擬量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:雙極性模擬量量程的上下限(100%和100%)分別對(duì)應(yīng)模擬值27648和27648。單極性模擬量量程的上下限(100%和0%)分別對(duì)應(yīng)于模擬值27648和0。 編程工具STEP7STEP7是用于SIMATIC PLC組態(tài)和編程的基本軟件包。它包括功能強(qiáng)大、適用于各種自動(dòng)化項(xiàng)目任務(wù)的工具。STEP組件主要包括：SIMATIC管理器，用于集中管理所有工具以及自動(dòng)化項(xiàng)目數(shù)據(jù)；程序編輯器，用于以LAD、FBD和STL語(yǔ)言生成程序；符號(hào)編輯器，用于管理全局變量；硬件組態(tài)，用于組態(tài)和參數(shù)化硬件；硬件診斷，用于診斷自動(dòng)化系統(tǒng)的狀態(tài)；NetPro，用于組態(tài)MPI和Profibus等網(wǎng)絡(luò)連接。變頻器使用的是ABB公司生產(chǎn)的ACS80007/U7變頻器，這個(gè)變頻器非常適合重載啟動(dòng)的傳動(dòng)單元。ACS800變頻器適用于控制低壓交流異步電動(dòng)機(jī)的壁掛式傳動(dòng)單元。 負(fù)載特性一旦確定變頻器容量可以用三個(gè)參數(shù)來(lái)表述，即變頻器的功率、額定電流和最大電流。在這三個(gè)電氣參數(shù)中，額定電流是一個(gè)反映變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量，因此應(yīng)保證在無(wú)故障狀態(tài)下負(fù)載總電流不允許超過變頻器的額定電流，同時(shí)還應(yīng)使電機(jī)的起動(dòng)電流小于變頻器的最大電流，也就是說變頻器的過載能力一定要包絡(luò)電機(jī)過載能力。計(jì)算方法舉例皮帶變頻電機(jī)型號(hào)：YBK2355L24（，AC 660V）（防爆型）。查變頻器選型手冊(cè)，變頻器過載能力ABB ，；Imax為變頻器最大輸出電流，此值在電機(jī)軸功率為額定功率的150%時(shí)可以連續(xù)工作10s。根據(jù)電機(jī)吸收的視在功率來(lái)選擇變頻器連續(xù)輸出的視在功率因大于電機(jī)的視在功率，即 。 ()根據(jù)電機(jī)的額定電流來(lái)選擇變頻器的額定電流IUN應(yīng)大于電機(jī)的額定電流（）。根據(jù)電機(jī)的過載系數(shù)以及變頻器過載能力來(lái)選擇 ()根據(jù)上述電機(jī)計(jì)算后對(duì)變頻器的要求選擇ABB公司ACS800變頻器的型號(hào)。變頻器必須使用快速熔斷器作為短路保護(hù)。由于變頻器內(nèi)半導(dǎo)體和晶閘管的熱容量低，承受過載能力差，所以在發(fā)生過載或短路時(shí)希望快速斷電。～5 h都不會(huì)熔斷，但在4～～。國(guó)產(chǎn)RS3型熔斷器常用于大容量晶閘管器件的的短路保護(hù)，它分?jǐn)嗄芰?qiáng)，限流特性好，功率損耗低，能可靠保護(hù)半導(dǎo)體器件及其成套裝置。 熔體額定電流按IR≥，Ihd為變頻器連續(xù)額定電流，不同廠商的變頻器過載電流倍數(shù)是不同的。制動(dòng)單元又叫制動(dòng)斬波器，和制動(dòng)電阻一起配套工作，都是變頻器的選件。變頻器正常的母線電壓為540V（AC 380機(jī)型），當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，該母線電壓會(huì)超過540V，最大允許700~800V，如長(zhǎng)期或頻繁超過這個(gè)最大值將損壞變頻器，所以用制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻進(jìn)行能量消耗，防止母線過高。電機(jī)有兩種情況會(huì)由電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)：1大慣量負(fù)載快速減速或太短的減速時(shí)間；2提升負(fù)載下行時(shí)一直處于發(fā)電狀態(tài)。選擇制動(dòng)單元比較簡(jiǎn)單，一般選擇與變頻器同等功率的就可以，而流過電阻的電流可以用以下公式計(jì)算： R=U/I ()U一般為710~750V（制動(dòng)單元?jiǎng)幼麟妷海?，可以按?50V來(lái)考慮。R為制動(dòng)電阻的阻值，一般制動(dòng)單元都有規(guī)定其最小阻值，請(qǐng)按照手冊(cè)選取。如果沒有這個(gè)數(shù)據(jù)，請(qǐng)按照U/I來(lái)計(jì)算，I為最大允許制動(dòng)電流，按照80%變頻器的額定電流來(lái)選。制動(dòng)電阻的功率按照以下來(lái)選： P=ED%*U^2/R ()ED%：制動(dòng)使用率，按照一般經(jīng)驗(yàn)，ED%的范圍是從10%~50%不等，如果制動(dòng)頻度低（偶爾動(dòng)作），選10%即可。如果長(zhǎng)期或頻繁動(dòng)作，按30%~50%選取即可，一般30%可滿足大部分應(yīng)用要求。注：，50kW。 ACS800變頻器參數(shù)設(shè)定起動(dòng)數(shù)據(jù)是設(shè)定電機(jī)信息的一組參數(shù)，只需在第一次運(yùn)行時(shí)設(shè)置以后就不需要再改變了，這一組參數(shù)代碼范圍從9901~9910共10個(gè)參數(shù)。1電機(jī)信息 電機(jī)信息包括電機(jī)額定電壓(9905)額定電流(9906)額定頻率(9907)額定速度(9908)額定功率(9909)。這些參數(shù)的獲得是從電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)中得到。例如一臺(tái)四極三相異步電動(dòng)機(jī)PN=315kW，In=，nN=1485r/min fN=50Hz，UN=660V，則設(shè)置參數(shù)時(shí):9906=，9907=, 9908=1485, 9909=。2控制模式 電機(jī)控制模式(9904)ACS800系列變頻器有兩種控制模式:DTC即直接轉(zhuǎn)矩控制和SCALAR即標(biāo)量控制。在直接轉(zhuǎn)矩控制模式下，系統(tǒng)中給定信號(hào)為轉(zhuǎn)矩，即使在沒有反饋的情況下(即開環(huán))也可對(duì)電機(jī)進(jìn)行精確的速度及轉(zhuǎn)矩控制。而標(biāo)量控制相對(duì)來(lái)說控制精度要差一些。(1) 應(yīng)用宏的選擇(9902) 所謂應(yīng)用宏，就是根據(jù)變頻器在一些常用的場(chǎng)合中所需的一些功能在出廠時(shí)已經(jīng)經(jīng)過預(yù)編程的參數(shù)集。利用這些應(yīng)用宏，用戶可以快速完成對(duì)變頻器的直動(dòng)。ABB800系列變頻器的應(yīng)用宏有以下幾種:Factory(工廠宏)；Hand/Auto control(手動(dòng)/自動(dòng)宏)；PID control (PID控制宏)；sequential control (順序控制宏)；Torque control(轉(zhuǎn)矩控制宏)。用戶以根據(jù)需要選擇應(yīng)用宏。例如在利用變頻做壓力或流量控制系統(tǒng)中，就可以用PID控制宏實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。(2) 變頻器控制參數(shù) 這些參數(shù)主要規(guī)定了變頻器起動(dòng)方式，包括: ，在外部控制時(shí)，變頻器的起動(dòng)和停止應(yīng)使用外部端子或通信的方式，而ABB800變頻器用外部端子又有多種組合，常用的可以設(shè)為DI1~DI6的任何一個(gè)作用起動(dòng)/停止的命令的輸入端。 ，根據(jù)電機(jī)學(xué)我們知道三相異步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于輸入三相電源的相序，在需要雙向運(yùn)行(如電梯、升降機(jī)等)的場(chǎng)合可以把這個(gè)參數(shù)設(shè)為REQUEST，由數(shù)字輸入端子來(lái)控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。:要起動(dòng)變頻器將參數(shù)必需設(shè)為YES。(3)給定選擇 :ABB800有兩個(gè)控制源可以選擇，即EXT1，EXT2。當(dāng)選擇EXT1時(shí)。對(duì)于PID應(yīng)用宏，此時(shí)為開環(huán)控制，對(duì)于轉(zhuǎn)矩控制宏，此時(shí)為速度控制，當(dāng)選擇EXT2時(shí)，,。 在PID宏及轉(zhuǎn)矩控制宏下分別為閉環(huán)控制及轉(zhuǎn)矩控制方式。 ,，EXT2的給定源，對(duì)于使用模擬作為給定時(shí)可以選擇模擬輸入端子(AI1~AI3)的任何一個(gè)作為給定，這里要說明的是AI1為0~10V DC電壓信號(hào)，AI2~AI3為0~20mA電流信號(hào)，當(dāng)然也可以通信或數(shù)字端子(即電動(dòng)電位器)進(jìn)行設(shè)定頻率。 恒速在有些場(chǎng)合中，如皮帶機(jī)運(yùn)行時(shí)的物料是均勻的，就不需要改變變頻器的運(yùn)行頻率就可以用恒速功能，ACS800變頻器有15種恒速可以供用戶選擇。(4) 加、減速時(shí)間 加、減速時(shí)間及積分類型的選擇十分重要，特別是在拖動(dòng)大慣性負(fù)載時(shí)，如在皮帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，拖動(dòng)滾筒的變頻器在設(shè)置加、減速時(shí)間應(yīng)大一些，如加速時(shí)間過短，起動(dòng)時(shí)電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，容易發(fā)生過流故障，如減速時(shí)間過短則可能發(fā)生慣性負(fù)載拖動(dòng)電機(jī)，使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，則變頻器會(huì)發(fā)生過壓故障，建議在這些場(chǎng)合中如允許可用自由停機(jī)方式()。在皮帶運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，~40s，減速時(shí)間可稍長(zhǎng)一些，~80s，其余傳動(dòng)器加、減速時(shí)間均可設(shè)為20~30s。(5) 限幅參數(shù) 限幅參數(shù)主要規(guī)定電流轉(zhuǎn)矩最高運(yùn)行頻率等參數(shù)，在ACS800系列變頻器中，最大輸出電流能達(dá)到200%Ihd，在轉(zhuǎn)矩控制模式下最大輸出能達(dá)300%，一般來(lái)說，在皮帶傳動(dòng)控制中，都能滿足要求，這些參數(shù)基本上不用修改。(、) 對(duì)于最高運(yùn)行頻率，一般出廠設(shè)定50Hz，如果傳動(dòng)系統(tǒng)減速器選擇合適的話，也不用修改，如果要修改這一參數(shù)時(shí)，要注意的是在運(yùn)行頻率大于50Hz時(shí)為恒功率調(diào)速，；；。(6) 閉環(huán)控制參數(shù) 閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)對(duì)于ACS800變頻器有兩種途徑: 配編碼器反饋卡的速度閉環(huán)控制和過程PID控制。 速度閉環(huán)控制要設(shè)定的參數(shù)有：，這一參數(shù)根據(jù)所選編碼器來(lái)確定，一般有360，500，1024，2048 ……規(guī)格； ，一般在皮帶機(jī)傳動(dòng)中，不需正反轉(zhuǎn)運(yùn)行可以設(shè)定為單A或B輸入即可；；。這些參數(shù)要根據(jù)具體的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行整定，使穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)均能滿足要求。： 變頻器主要參數(shù)設(shè)置（315kW電機(jī)）主要參數(shù)參數(shù)設(shè)置說明 電機(jī)額定電壓 電源選擇 轉(zhuǎn)矩最大值660V1450r/min315KWSCALAR(或DTC)EXTERNAL +24V1450r/min1450r/min加載電機(jī)通過上位機(jī)設(shè)定驅(qū)動(dòng)電機(jī)給定10000=100%加載電機(jī)通過上位機(jī)設(shè)定驅(qū)動(dòng)電機(jī)給定10000=100%通過上位機(jī)設(shè)定通過上位機(jī)設(shè)定加載電機(jī)設(shè)定0驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過上位機(jī)設(shè)定30（通過電機(jī)辨識(shí)出來(lái)優(yōu)化參數(shù)）（通過電機(jī)辨識(shí)出來(lái)優(yōu)化參數(shù)）ABENCODER1024PROFIBUSDPRTACSLOT2在主從控制中，傳動(dòng)系統(tǒng)由幾個(gè)傳動(dòng)單元共同驅(qū)動(dòng)，其電動(dòng)機(jī)軸相互耦合。根據(jù)電動(dòng)機(jī)軸耦合方式的不同，主從方式分為兩種，一種為剛性耦合，另外一種為柔性耦合。所謂剛性耦合，即幾個(gè)不同的電動(dòng)機(jī)軸之間通過萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)輥、齒輪等硬連接方式進(jìn)行耦合。在這種情況下，只要其中一個(gè)傳動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，另外一個(gè)或幾個(gè)傳動(dòng)也將被動(dòng)運(yùn)行。如果屬于電動(dòng)機(jī)軸剛性耦合，其主從控制遵循下列控制方式：(1)主傳動(dòng)單元為速度控制；(2)從傳動(dòng)單元跟隨主傳動(dòng)單元的轉(zhuǎn)矩給定。所謂柔性耦合，即幾個(gè)不同的電動(dòng)機(jī)軸之間通過網(wǎng)毯、皮帶等軟連接方式進(jìn)行耦合。在這種情況下，只要其中一個(gè)傳動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，另外一個(gè)或幾個(gè)傳動(dòng)也將被拖動(dòng)，但也有可能打滑，如果屬于電動(dòng)機(jī)軸剛性耦合，其主從控制遵循下列控制方式：(1)主傳動(dòng)單元為速度控制；(2)從傳動(dòng)單元跟隨主傳動(dòng)單元的速度給定。ABB變頻器的主從應(yīng)用宏是為變頻多傳動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，其系統(tǒng)由若干個(gè)ACS800變頻器共同驅(qū)動(dòng)，同時(shí)電動(dòng)機(jī)軸經(jīng)齒輪、鏈條、皮帶等相互連接。由于有了主從宏，使負(fù)載能在變頻器之間均勻分配。在ABB變頻器組成的變頻多傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，外部控制信號(hào)只與主機(jī)變頻器連接，主機(jī)經(jīng)由光纖通信控制從機(jī)。主傳動(dòng)是典型的速度控制，其他變頻器跟隨主傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩或者速度給定。在剛性耦合的轉(zhuǎn)矩控制方式下，變頻器之間不