【文章內(nèi)容簡介】 方法。 異步電動機的變頻調(diào)速原理變頻器一般是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器一般由整流、逆變兩部分組成（）。 變頻器組成如上圖所示，變頻器的工作原理為：利用整流電路，將接入的三相電進行整流成直流電，并且濾波，再經(jīng)過逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換成所需頻率的三相交流電。變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波電感。上圖所示既是電壓型變頻器。按變頻的原理分，可分為交交變頻器和交直交變頻器。交直交變頻器又可分為電壓型變頻器和電流型變頻器兩種。交交變頻器只需一次換能，效率較高；但元件數(shù)量較多，一般情況下，輸出最高頻率為電網(wǎng)頻率的1/3～1/2，電網(wǎng)功率因數(shù)地，所以，交交變頻器特別適用于低俗大功率拖動場合。交直交變頻器需要兩次換能，效率略低，采用強迫換流或負載諧振換流的環(huán)流方式，但元器件數(shù)量較少，而且頻率調(diào)節(jié)范圍寬；用斬波器或PWM方式調(diào)壓時，功率因數(shù)較高。按變頻的控制方式分類，可分為：U/f控制變頻器、SF控制變頻器和VC變頻器三種。變頻調(diào)速是根據(jù)三相異步電機的工作原理而采用的一種調(diào)速形式，其電機調(diào)速公式為n=60f（1s）/p （）其中：n為電機的轉(zhuǎn)速；p為電機定子繞組的磁極對數(shù)；f為電機供電電源的頻率；s為轉(zhuǎn)差率。我國的電源頻率為50Hz，通過公式計算可知，這種電機的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。因此在電機極對數(shù)不變的情況下進行調(diào)速，根據(jù)公式，只有改變電機的供電頻率f。而異步電機的轉(zhuǎn)速與同步電機轉(zhuǎn)速相對應(yīng)，改變電機的供電頻率即改變了電機的轉(zhuǎn)速。電源頻率增加，同步轉(zhuǎn)速n增加，實際轉(zhuǎn)速也增加；電源頻率下降，電機同步轉(zhuǎn)速下降，電機實際轉(zhuǎn)速也下降。這種通過改變電機電壓頻率的調(diào)速方式即為變頻調(diào)速。在整個變頻調(diào)速過程中，在一個固定的轉(zhuǎn)矩T下，轉(zhuǎn)差率s基本不變，隨著電機轉(zhuǎn)速n的下降，電機磁場角速度鬃也減小，電機的輸入功率PM=T和輸出功率P=PM（1s）也降低。而損耗沒有增加，由此可見，變頻調(diào)速是電機控制中較為高效的調(diào)速方法。電機變頻調(diào)速能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速功能，而且根據(jù)不同的負載類型，可以靈活地調(diào)節(jié)V與f的關(guān)系，滿足各種場合的運用。 變頻調(diào)速的機械特性它是公認的交流電動機最理想最有前途的調(diào)速方案，使用變頻調(diào)速，可以減小了設(shè)備的故障率；延長設(shè)備使用壽命；提高產(chǎn)品質(zhì)量。變頻調(diào)速在調(diào)頻范圍，靜態(tài)精度、動態(tài)品質(zhì)、系統(tǒng)效率、完善的保護功能、容易實現(xiàn)自動控制和過程控制等諸方面是以往的變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、串級調(diào)速、滑差調(diào)速和液力耦合器調(diào)速等無法比擬的。 電子皮帶秤簡介 概述電子皮帶秤稱重橋架安裝于輸送機架上，當(dāng)物料經(jīng)過時，計量托輥檢測到皮帶機上的物料重量通過杠桿作用于稱重傳感器，產(chǎn)生一個正比于皮帶載荷的電壓信號。速度傳感器直接連在大直徑測速滾筒上，提供一系列脈沖，每個脈沖表示一個皮帶運動單元，脈沖的頻率正比于皮帶速度。稱重儀表從稱重傳感器和速度傳感器接收信號，通過積分運算得出一個瞬時流量值和累積重量值，并分別顯示出來。電子皮帶秤的基本組成主要包括：（1） 皮帶輸送機及其驅(qū)動單元（2） 稱重單元（3） 測速單元（4） 信號采集、處理與控制單元。如下圖所示： 電子皮帶秤的基本組成對于輸送機式皮帶秤，其整臺皮帶輸送機就是承載器；對于稱量臺式皮帶秤，其稱量臺和稱重托輥以及恰運行到其上方的那段輸送皮帶構(gòu)成了承載器。 稱重傳感器是將被稱物料的重力轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字電信號的元件。稱量臺與稱重傳感器的組合常被叫做稱重單元。 作為動態(tài)計量器具的電子皮帶秤，用來測量被稱物料運行速度的測速傳感器也是保證計量準(zhǔn)確度重要元件。 信號采集、處理、與控制單元是用以接收、處理傳感器輸出的電信號并以質(zhì)量單位給出計量結(jié)果，以及完成其它預(yù)定功能的電子裝置。它可以是單獨的一塊儀表（例如“動態(tài)稱重顯示控制器”），也可以由幾個獨立的部分共同組合而成（例如，分離的傳感器激勵電源裝置、放置現(xiàn)場的信號采集器以及放置中央控制室的積算器和上位計算機等）。為了敘述方便，本卷教程常會把信號采集、處理、與控制單元（無論是單一的或者組合的）簡稱為“顯控裝置”。由承重裝置、稱重傳感器、速度傳感器和稱重顯示器組成。稱重時，承重裝置將皮帶上物料的重力傳遞到稱重傳感器上，稱重傳感器即輸出正比于物料重力的電壓（mV）信號，經(jīng)放大器放大后送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量A，送到運算器；物料速度輸入速度傳感器后，速度傳感器即輸出脈沖數(shù)B，也送到運算器；運算器對A、B進行運算后，即得到這一測量周期的物料量。對每一測量周期進行累計，即可得到皮帶上連續(xù)通過的物料總量。電子皮帶秤具有以下特點：1）實現(xiàn)遠距離操作； 2）實現(xiàn)自動化控制； 3）數(shù)字顯示直觀、減小人為誤差； 4）準(zhǔn)確度高、分辨率強； 5）稱量范圍廣； 6）特有功能：扣重、預(yù)扣重、歸零、累計、警示等； 7）維護簡單； 8）體積??； 9）安裝、校正簡單； 10）特種行業(yè)，可接打印機或電腦驅(qū)動； 11）智能化電子秤，反應(yīng)快，效率高； 概述光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，是目前應(yīng)用最多的傳感器。一般的光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測裝置組成。在伺服系統(tǒng)中，由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)．經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理如圖所示。通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90176。的2個通道的光碼輸出，根據(jù)雙通道光碼的狀態(tài)變化確定電機的轉(zhuǎn)向。根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式3種。光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器， 光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖1所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90186。的兩路脈沖信號。根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90186。，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號，形成二進制數(shù)。這種編碼器的特點是不要計數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可 讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 N位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內(nèi)已有16位的絕對編碼器產(chǎn)品。絕對式編碼器是利用自然二進制或循環(huán)二進制（葛萊碼）方式進行光電轉(zhuǎn)換的。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設(shè)計可采用二進制碼、循環(huán)碼、二進制補碼等。它的特點是：1）可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對值； 2）沒有累積誤差；3）電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種?；旌鲜浇^對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5—10000線。信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動（對稱A,A。B,B。Z,Z）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。A、A，B、B，Z、Z連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離。對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。第三章 控制方案的確定及其實現(xiàn)方法控制要求：使皮帶電機轉(zhuǎn)速隨著上位機給定而改變，使得電機轉(zhuǎn)速和重量兩者之積滿足所要所需要的控制值（給定值）。系統(tǒng)被控制對象：皮帶電機被控制量：皮帶電機轉(zhuǎn)速、稱重傳感器的測量值?？刂屏浚篜ID所發(fā)出的控制信號?？刂蒲b置：S7200 PLC。執(zhí)行裝置：富士變頻器?？刂品椒ǎ簾o靜差的PID控制方式及變頻調(diào)速方式?？刂品绞?單閉環(huán)控制?？刂乒δ埽浩щ姍C起動、停止、正反轉(zhuǎn)功能；自動/手動的轉(zhuǎn)換功能；故障報警功能；故障手動復(fù)位功能等。① 畫出主電路，控制系統(tǒng)圖；② 分配I/O地址，列出元件表；③ 設(shè)計系統(tǒng)控制的程序框圖；④ 根據(jù)程序框圖設(shè)計該系統(tǒng)的控制梯形圖，寫出指令表；⑤ 實現(xiàn)與上位機的通信功能；⑥ 上機、實驗調(diào)試通過。不難看出控制核心在PLC，而變頻器只是交流電機調(diào)速的執(zhí)行器。對電機轉(zhuǎn)速的控制環(huán)節(jié)由稱重傳感器和速度傳感器兩部分結(jié)合而成。本設(shè)計的目的是：實現(xiàn)皮帶傳輸?shù)暮懔髁靠刂?；控制實現(xiàn)手段：PLC的PID編程、變頻器控制；功能要求：實現(xiàn)電機的手動自動控制、啟動、停止；給定值的輸入功能；電機轉(zhuǎn)速的PID控制功能；故障報警功能。電機的啟動、點動、停止功能是電機控制的基本控制要求，主要通過PLC來控制；對電機轉(zhuǎn)速的控制要通過PLC的PID程序和變頻器控制來實現(xiàn)；報警信號主要由變頻器的報警輸出端輸送到PLC來實現(xiàn)。由于本系統(tǒng)所選擇的電機類型是異步電動機，所以，要達到電機調(diào)速的目的單有PID算法還不行，還必須有一個變頻調(diào)速裝置，即變頻器。雖然要實現(xiàn)對交流電機的調(diào)速目的，控制的方法有很多，但變頻調(diào)速是最為科學(xué)有效的。此外，還要有必要的測量裝置。第一個需要的裝置就是測速裝置。當(dāng)前較為精確、使用較為普遍的測速裝置是光電碼盤。光電編碼器通過編碼的方式直接測出電