【文章內(nèi)容簡介】 ???/2/2/233/23/2/230111001011PLrLPLLLPLrLPLPLLPLrLLPLLPLrMMMMMMMM????????????????????TMTMiiii211 () 為了進一步簡化方程式 (2. 15)，可選擇 M 軸與電機 轉(zhuǎn)子磁鏈 2? 的方向重合，T軸逆時針轉(zhuǎn) 900，與 2? 垂直。通過這種設(shè)定，就得到轉(zhuǎn)子磁通定向的異步電動機電壓方程式（ ），也就是矢量控制所依據(jù)的異步電動機數(shù)學(xué)模型。 ????????????0011TMuu=?????????????????/2/233/2/20111001011000rLLPLrPLPLLPLrLLPLLPLrMMMMMM??????????????????TMTMiiii211 () 矢量變換控制方程 在矢量控制中，被控制的物理量是定子電流，因此必須從數(shù)學(xué)模 型中找到定子電流各分量與其它物理量的關(guān)系。 由式 ()矩陣的第三行得 0= ? ? 239。239。21 MMM iPLriPL ?? = ? ?239。21239。2 MMMM iPLiPLir ?? () 上式括號部分： 239。21 MMM iPLiPL ? =P 2M? () 所以有 0= 239。2Mir + P 2M? 2Mi = P 2M? /39。2r () 將式 ()代入式 ()的方程中，可解得 1Mi 、即 2M? = 239。21 MMM iLiL ? = 39。2239。21 rPLiL MMM ?? () 1Mi =? ?MML rPL 239。239。2 /1 ?? = 221 MMLPT ?? () 14 式中， 2239。239。22 // rLrLT ?? 為轉(zhuǎn)子回路時間常數(shù)。而 22 ?? ?M () ∴221 1 ?MM L PTi ?? () 再從式 ()第四行得 239。2239。23130 TMMM iriLiL ??? ?? = ? ? 239。2239。213 TMMM iriLiL ??? = 239。223 Tir??? () ∴ 39。2 232 riT ???? () 又因為 0239。21 ?? TTM iLiL ，則將式 ()代入得 223139。22 ??? MTMT L TiLLi ??? () 由此可得式 ()和式 ()為矢量變換控制所用得方程式， 并畫出矢量變換的控制結(jié)構(gòu)如圖 所示 : iT1 i1 θ / θ /1 + θ 1 ω 3 θ 3 + θ IM1 來自位置脈沖檢測 圖 K/P ψ 2 運算器 LM/T2 247。 1/P LM/1+T2P 15 第三章 橋式起 重機變頻控制系統(tǒng) 的 硬件設(shè)計 總體 設(shè)計 方法 控制系統(tǒng)由 PLC 控制，四大機構(gòu)調(diào)速均采用變頻調(diào)速。橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由上位機 (工業(yè)觸摸屏系統(tǒng) )、下位機 (PLC 控制系統(tǒng) )、變頻調(diào)速系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖 1 PG卡 旋轉(zhuǎn)編碼器 變頻器 主鉤電機 制動器 PG卡 旋轉(zhuǎn)編碼 變頻器 副鉤電機 制動器 變頻器 小車電機 制動器 變頻器 大車兩臺電機 兩臺制動器 工業(yè)觸摸屏 P L C 圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 下面分別對各 主要 機構(gòu)調(diào)速控制進行說明。 起升機構(gòu) 起升機構(gòu)屬位能負載機構(gòu)。主起升和副起升兩臺電機各使用一個變頻器。變頻器的選擇， 應(yīng)以選擇變頻器的額定電流為基準，一般以電動機的額定電流，負載率， 變頻器運行的效率為依據(jù)。 16 控制方式選用帶 PG 的矢量控制方式。 PLC 接受電機的旋轉(zhuǎn)編碼器經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換卡送達的反饋信號，避免吊鉤的下滑。 運行機構(gòu) 大車運行機構(gòu) 中 兩臺電機用一個變頻器 ?？紤]到運行機構(gòu)的工作頻率較少，為節(jié)省成本 ，在調(diào)速中運行機構(gòu)共用一臺變頻器。變頻器的選擇，一般以電動機的額定功率作為選擇的依據(jù)。通常選額定功率大一級的變頻器。 控制方式選用無 PG v/f 的變頻控制方式。 PLC 技術(shù)簡介 PLC 概述 可編程程序控制器 (Programmable Controler)，也稱為 PLC(programmable Logic controler)，即是可編程邏輯控制器。 其 采用計算機結(jié)構(gòu)，主要包括 CPU,存儲器、輸入、輸出接口及模塊、通訊接口及模塊、編程器和電源六個部分。如圖 所示， PLC 內(nèi)部采用 總線結(jié)構(gòu)，進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為 PLC 的輸入變量，他們經(jīng) PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器，經(jīng) PLC內(nèi)部邏輯運算或其他各種運算處理后送到輸出端子，作為 PLC 的輸出變量，對現(xiàn)場設(shè)備進行各種控制。 主機 編程器或編程軟件 電源 輸入模塊 輸出模塊 CPU 存儲器 通信模塊 17 圖 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、速度快、具有模塊化、具有極高的可靠性、極豐富的指令集、 實時特性、良好的通信能力等 。 它 的強大 功能使其無論是在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。 可以根據(jù)對象的不同，選用不同的型號和不同數(shù)量的模塊。并可以將這些模塊安裝在同一機架上。 (2) Siemens S7200 主要功能模塊介紹 1. CPU 模塊 S7200 的 CPU 模塊包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字 I/0 點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。 CPU負責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。從 CPU 模塊的功能來看，CPU 模塊為 CPU222。 這里介紹 CPU222。 CPU222 它有 8 輸入 /6輸出， I/0 共計 14 點。和 CPU 221 相比，它可以進行一定的模擬量控制和 2 個模塊的擴展，因此是應(yīng)用更廣泛的全功能控制器。 當 CPU的 I/O點數(shù)不夠用或需要進行特殊功能的控制時，就要 進行 I/0擴展，I/O擴展包括 I/0點數(shù)的擴展和功能模塊的擴展。典型的數(shù)字量 I/0擴展模塊有 :輸入擴展模塊 EM221有兩種 :8種 DC, 8點 AC輸入 。輸出擴展模塊 EM222有三種 :8點 DC 晶體管輸出， 8點 AC輸出、 8 點繼電器輸出。輸入 /輸出混合擴展模塊 EM2323有六種 :分別為 4點 ((8 點、 16點 )DC 輸入 /4點 (8點、 16 點 )DC 輸出、 4點 (8點、16點 )DC 輸入 /4點 (8點、 16 點 )繼電器輸出。 當需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時， CPU 主機可以擴展特殊功能模塊 .如要求 進行 PROFIBUSDP現(xiàn)場總線連接時，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18 于復(fù)雜的控制場合。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，通過其外置的 D工 P開關(guān)選擇不同的檔位及分辨率，且模擬量的輸出可作為測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的工作過程 :PLC 上電后，首先進行初始化，然后進入循環(huán)工作過程。一次循環(huán)過程可歸納為公共處理、程序執(zhí)行、掃描周期計算處理、 I/0 刷新和外設(shè)端口服務(wù)五個工作階段，一次循環(huán)所用的時間稱為一個工作周期 (或掃描周期 )，其長短與用戶程序的長短以及 PLC 機本身性能有關(guān)，其數(shù)據(jù)級 ms級，典型值為幾十 ms。 部件 的 選擇 電機的選用 一、變頻調(diào)速對電機的要求 采用變頻調(diào)速時，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電機轉(zhuǎn)速 范圍的擴大產(chǎn)生了一些與在工頻電源下傳動時不同的特征。主要反映在功率因數(shù)、效率、輸出力矩、電機溫升、噪音及振動等方面。隨著高開關(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的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。同時由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電機可以避開共振點，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生的共振問題。 二、變頻起重機系統(tǒng)中電機的選型 起重機起升和運行機構(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，負載多為大慣量系統(tǒng)。嚴格意義上的變頻電機轉(zhuǎn)動慣量較小，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的特定要求。普通電機與變頻電機在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致 。在連續(xù)工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機僅在連續(xù)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機稍差。 三、電機冷卻 西門子變頻器在調(diào)速比為 1:20 的范圍內(nèi)能確保起重機上普通電機有 150%19 的過載力矩值。電機在起動過程中可承受 倍額定電流值，遠大于變頻起動要求的 倍值，運行機構(gòu)的電機在以額定速 度運行時電機通常工作在額定功率以下，因此高頻引起的 倍電流值可不予考慮。但若電機要求在整個工作周期內(nèi)在大于 1:4 的速比下持續(xù)運行則必須采用他冷式電機。 四、電機效率 國外以 4 極電機作變頻電機首選極數(shù)，因此時電機有最好的功率因數(shù)和最高的工作效率，使能耗降為最低。目前，國內(nèi)用于起重機械的 4極電機有強迫通風(fēng)冷卻的 YZFXXX4型電機等。 五、電機起動轉(zhuǎn)矩及電機運行的功率因數(shù) 起重機運行機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量較大，為了加速電機需有較大的起動轉(zhuǎn)矩，故電機容量需由負載功率 P 廠及加速功率 Pa 兩部分組成。一般情況下 ja PP? ,電機容量 P 為 ? ? msj PaPP ?/?? 式中 ms? 一電機平均起動起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 起重機起升機構(gòu)的負荷特點是起動時間短 (13s)，只占等速運動時間的較少比例 。轉(zhuǎn)動慣量較少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的 10%20%。其電機容量 P為 ? ??1000/gvCP P? (kw) 式中 PC 一起重機額定提升負載， kg v 一額定起升速度， m/s g 一重力加速度， g=9. 81m/s ? 一機構(gòu)總效率 為使電機提升 倍試驗載荷，能承受電壓波動的影響，其最大轉(zhuǎn)矩值必須大于 2,否則必須讓電機放容，從而降低電機在額定運行時的工作效率。 通過利用上述公式的計算，選用改造后的橋式起重機各執(zhí)行機構(gòu)