【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 儲(chǔ)在逆變器和變頻器模塊中的軟件所決定。在 SIMOVERT MASTERDRIVES 產(chǎn)品系列中提供了下列各種控制方式：：帶編碼器的矢量控制應(yīng)用于需要高度精確轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)，無(wú)編碼器的矢量控制在水泵、風(fēng)機(jī)的簡(jiǎn)單應(yīng)用和 U/f 控制。 控制：矢量控制用于伺服系統(tǒng)，用于可選的高級(jí)工藝功能。型號(hào)含義如圖 22 所示。 西門子 S7300PLCSIMATIC S7300 是一種通用型的 PLC，能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應(yīng)用。模塊化、無(wú)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點(diǎn)，使得 S7300 在各種工業(yè)領(lǐng)域中實(shí)施各種控制任務(wù)時(shí)，成為一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案。S7300 由多種模塊部件組成，包括導(dǎo)軌（Rack） 、電源模塊（PS） 、CPU 模塊、接口模塊（IM） 、輸入輸出模塊（SM） 。各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，滿足不同的應(yīng)用需求。S7300 有多種型號(hào)的數(shù)字量 I/O 模塊供選擇。數(shù)字量輸入模塊 SM32數(shù)字量輸出模塊 SM322 、數(shù)字量 I/O 模塊 SM323。（1）數(shù)字量輸入模塊 SM321數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場(chǎng)送來(lái)的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成 S7300 內(nèi)部信號(hào)電平。 （2）數(shù)字量輸出模塊 SM322數(shù)字量輸出模塊 SM322 將 S7300 內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過(guò)程所要求的外部信號(hào)電平，可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小型電動(dòng)機(jī)、燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等。（3）數(shù)字量 I/O 模塊 SM323SM323 模塊有兩種類型，一種是帶有 8 個(gè)共地輸入端和 8 個(gè)共地輸出端，另一種是帶有 16 個(gè)共地輸入端和 16 個(gè)共地輸出端，兩種特性相同。S7300 中模擬量模塊，模擬量輸入模塊 SM33模擬量輸出模塊 SM33模擬量 I/O 模塊 SM334。（1）模擬量值的表示方法S7300 的 CPU 用 16 位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量值。其中最高位為符號(hào)位S， “0”表示正值， “1”表示負(fù)值，被測(cè)值的精度可以調(diào)整，取決于模擬量模塊的性能和它的設(shè)定參數(shù)，對(duì)于精度小于 15 位的模擬量值，低字節(jié)中冪項(xiàng)低的位不用。 S7300 模擬量輸入模塊的輸入測(cè)量范圍很寬，它可以直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號(hào)，而 S7300 模擬量輸出模塊可以輸出0～10V，1～5V，－10V～10 V，0～20mA，4～20mA，－20～20mA 等模擬信號(hào)。（2）模擬量輸入模塊 SM331 SM331 主要由 A/D（Analog to Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。A/D 轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，積分時(shí)間直接影響到 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間和A/D 轉(zhuǎn)換的精度。（3）模擬量輸出模塊 SM332 模擬量輸出模塊的轉(zhuǎn)換時(shí)間包括內(nèi)部存儲(chǔ)器傳送數(shù)字化輸出值的時(shí)間和數(shù)/模轉(zhuǎn)換的時(shí)間，模擬量輸出各通道的轉(zhuǎn)換是順序進(jìn)行的。模塊的循環(huán)時(shí)間是所有活動(dòng)的模擬量輸出通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間的總和。（4）模擬量 I/O 模塊 SM334 SM334 模塊輸入測(cè)量范圍為 0～10V 或 0～20mA，輸出范圍為 0～10V 或0～20mA。它的 I/O（input/output，輸入輸出端口）測(cè)量范圍的選擇是通過(guò)恰當(dāng)?shù)慕泳€而不是通過(guò)組態(tài)軟件編程設(shè)定的。 變頻器的控制方式根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為 ［１］ 式中：Cm－電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；E1－氣隙磁通在定子每相由感應(yīng)的電動(dòng)式的方均根值，單位為 V；f1－定子頻率，單位為 HZ；N1－定子相繞組有效匝數(shù)；KN1－基波繞組系數(shù)；Φm－電動(dòng)機(jī)氣隙每極合成磁通量，單位為 Wb。三相異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 Te 為 （231） （232） （233）其中：Cm－電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；I239。－轉(zhuǎn)子電流折算到定子側(cè)的電流有效值，單位為 A；cosφ2－轉(zhuǎn)子電路的各相功率因數(shù)；R239。 －轉(zhuǎn)子相繞組電阻折算的定子側(cè)的折算值；L39。l2－轉(zhuǎn)子相繞組電感值折算的定子側(cè)的折算值；S－電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。由式（230）和式（231）可知，當(dāng)改變定子側(cè)頻率 f1進(jìn)行調(diào)速時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的物理量 EΦ m、T e 都會(huì)發(fā)生變化，影響電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械轉(zhuǎn)矩特性，影響電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。因此，改變電動(dòng)機(jī)的定子側(cè)頻率 f1進(jìn)行調(diào)速時(shí)，還必須考慮如何處理和控制其他物理量，以保證調(diào)速系統(tǒng)滿足生產(chǎn)工藝的要求。變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性參數(shù)及電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)要求，進(jìn)行對(duì)電動(dòng)機(jī)提供電壓、電流、頻率進(jìn)行控制達(dá)到負(fù)載的要求。因此就是變頻器的主電路??39。2cosemTCI???39。 1239。239。2())lEIRsL??39。2239。 39。21cos())ls??（230 ）一樣，只是控制方式不一樣，其控制效果是不一樣的。所以控制方式是很重要的。它代表變頻器的水平。目前變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制方式大體可分為 U/f 恒定控制 ，轉(zhuǎn)差頻率控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制，非線性控制。 V/F 控制U/f 控制是在改變電動(dòng)機(jī)電源頻率的同時(shí)改變電動(dòng)機(jī)電源的電壓，使電動(dòng)機(jī)磁通保持一定，在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的效率，功率因數(shù)不下降。因?yàn)槭强刂齐妷?Voltage)與頻率 (Frequency)之比，稱為 U/f 控制。恒定 U/f 控制存在的主要問(wèn)題是低速性能較差，轉(zhuǎn)速極低時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o法克服較大的靜摩擦力，不能恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償和適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化。 其次是無(wú)法準(zhǔn)確的控制電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。由于恒 U/f 變頻器是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制，由異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖可知，設(shè)定值為定子頻率也就是理想空載轉(zhuǎn)速，而電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)差率所決定，所以 U/f恒定控制方式存在的穩(wěn)定誤差不能控制，故無(wú)法準(zhǔn)確控制電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。 矢量控制矢量控制，也稱磁場(chǎng)定向控制。它是 70 年代初由西德 等人首先提出，以直流電機(jī)和交流電機(jī)比較的方法闡述了這一原理。由此開(kāi)創(chuàng)了交流電動(dòng)機(jī)和等效直流電動(dòng)機(jī)的先河。矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流 Ia、I b、I c。通過(guò)三相二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 IaI b1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 ImI t1，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制?？刂葡到y(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖如圖 23 所示。矢量控制方法的出現(xiàn)，使異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域里全方位的處于優(yōu)勢(shì)地位。圖 23 控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 變頻電機(jī)普通電機(jī)是根據(jù)市電的頻率和相應(yīng)的功率設(shè)計(jì)的，只有在額定的情況下才能穩(wěn)定運(yùn)行。變頻電機(jī)就不同了，變頻電機(jī)要克服低頻時(shí)的過(guò)熱與振動(dòng)，所以變頻電機(jī)在設(shè)計(jì)上要比普通電機(jī)性能要好。變頻電機(jī)采用“專用變頻感應(yīng)電動(dòng)機(jī)+變頻器” 的交流調(diào)速方式，使機(jī)械自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率大為提高設(shè)備小型化、增加舒適性，目前正取代傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速和直流調(diào)速方案。對(duì)普通異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的性能參數(shù)是過(guò)載能力、啟動(dòng)性能、效率和功率因數(shù)。而變頻電動(dòng)機(jī)，由于臨界轉(zhuǎn)差率反比于電源頻率，可以在臨界轉(zhuǎn)差率接近 1 時(shí)直接啟動(dòng)，因此，過(guò)載能力和啟動(dòng)性能不在需要過(guò)多考慮，而要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何改善電動(dòng)機(jī)對(duì)非正弦波電源的適應(yīng)能力。方式一般如下：（1）盡可能的減小定子和轉(zhuǎn)子電阻。減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補(bǔ)高次諧波引起的銅耗增 （2）為抑制電流中的高次諧波，需適當(dāng)增加電動(dòng)機(jī)的電感。但轉(zhuǎn)子槽漏抗較大,其集膚效應(yīng)也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動(dòng)機(jī)漏抗的大小要兼顧到整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性。 （3）變頻電動(dòng)機(jī)的主磁路一般設(shè)計(jì)成不飽和狀態(tài)。一是，考慮高次諧波會(huì)加深磁路飽和。二是，考慮在低頻時(shí)為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當(dāng)提高變頻器的輸出電壓。再結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要也是考慮非正弦電源特性對(duì)變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般注意以下問(wèn)題： （1）絕緣等級(jí)，一般為 F 級(jí)或更高，加強(qiáng)對(duì)地絕緣和線匝絕緣強(qiáng)度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。 （2）對(duì)電機(jī)的振動(dòng)、噪聲問(wèn)題，要充分考慮電動(dòng)機(jī)構(gòu)件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開(kāi)與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象。 （3）冷卻方式：一般采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，即主電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 （4）防止軸電流措施，對(duì)容量超過(guò) 160KW 電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對(duì)稱，也會(huì)產(chǎn)生軸電流，當(dāng)其他高頻分量所產(chǎn)生的電流結(jié)合一起作用時(shí)，軸電流將大為增加，從而導(dǎo)致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施。 （5）對(duì)恒功率變頻電動(dòng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò) 3000r/min 時(shí)，應(yīng)采用耐高溫的特殊潤(rùn)滑脂，以補(bǔ)償軸承的溫度升高。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與控制，是工農(nóng)業(yè)各類機(jī)械及辦公、民生電器設(shè)備的基礎(chǔ)技術(shù)之一。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的驚人發(fā)展，采用“專用變頻感應(yīng)電動(dòng)機(jī)+變頻器”的交流調(diào)速方式，正在以其卓越的性能和經(jīng)濟(jì)性，在調(diào)速領(lǐng)域，引導(dǎo)了一場(chǎng)取代傳統(tǒng)調(diào)速方式的更新?lián)Q代的變革。使機(jī)械自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率大為提高、節(jié)約能源、提高產(chǎn)品合格率及產(chǎn)品質(zhì)量、電源系統(tǒng)容量相應(yīng)提高、設(shè)備小型化、增加舒適性，目前正以很快的速度取代傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速和直流調(diào)速方案。 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)通信總圖 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通信方式是：WinCC 組態(tài)軟件作為上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)在PC 機(jī)上安裝 CP5611 網(wǎng)卡與 S7300PLC 進(jìn)行 MPI 通信，S7300PLC 之間進(jìn)行 MPI 全局?jǐn)?shù)據(jù)通信。S7300PLC 與 6SE70 變頻器間通過(guò) PROFIBUS—DP 現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通信控制。系統(tǒng)通信總圖如圖 31 所示。 圖 31 系統(tǒng)通信總圖 WinC