【文章內(nèi)容簡介】 的輸出 +24V∕ 50mA 7 輸出 0V 控制方式 模擬控制 USS串行接口控制 8 輸出 +10V RS485P+ 9 ADC 模擬輸入 RS485N 10 輸出 0V SINAMICS G110 是適合用于控制三相交流電動機(jī)速度的變頻器系列，裝有 CPM110 可控功率模塊。具有單相電源供電的多種型號，功率范圍涵蓋 120 W 至 3 kW 可供用戶選用。 本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(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，它們具有很高的運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，因而降低了電動機(jī)運行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良 好的保護(hù)。 SINAMICS G110 變頻器具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)時，它是數(shù)量眾多的采用簡單 V/f 控制的電動機(jī)變速驅(qū)動系統(tǒng)供電理想變頻驅(qū)動裝置。由于 8 SINAMICS G110 變頻器具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它適用的領(lǐng)域也非常廣泛。變頻器的參數(shù)既可以用 USS 串行通訊方式進(jìn)行修改，也可以用 BOP 進(jìn)行修改。 SINAMICS G110 變頻器可以采用兩種控制方式：模擬輸入的控制信號或 USS 串行通訊 (采用 RS485 協(xié)議 )的控制信號。在使用各種規(guī)格和型號的變頻器時，可以帶有濾波器，也可以 不帶濾波器 (包括帶有 “ 平板式 ” 散熱器的變頻器 )。 它們既可用于單機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，也可集成到 ‘ 自動化系統(tǒng) ’ 中。 其優(yōu)點有：便于安裝，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和調(diào)試；牢固的 EMC 設(shè)計；參數(shù)涉及的范圍全面而且具有綜合性，其適用范圍非常廣；電纜連接簡易；可以通過模擬方式進(jìn)行控制，也可以通過 USS串行通訊方式進(jìn)行控制；采用較高的調(diào)試脈沖頻率時點擊運行的噪聲??；裝有基本控制板（ BOP，選件）時，可顯示變頻器運行的狀態(tài)信息和報警星系；利用基本操作板（ BOP）在變頻器之間克隆參數(shù)時，可以節(jié)省大量時間；具有完備的外部選件，可以實現(xiàn)與 PC 機(jī)的 通訊和基本操作板（ BOP）的連接；在機(jī)械系統(tǒng)具有共振頻率的情況下，利用變頻器的跳轉(zhuǎn)頻率功能，可以避免傳動裝置出現(xiàn)機(jī)械共振及由其產(chǎn)生的問題。斜坡函數(shù)曲線的上升和下降時間通過參數(shù)化進(jìn)行設(shè)置，最高可達(dá) 650s。斜坡函數(shù)的起始段和結(jié)束段可以設(shè)置平滑圓弧特性。以及電機(jī)仍然轉(zhuǎn)動的情況下世變頻器重新與電機(jī)連接等功能，可以保證機(jī)械系統(tǒng)平滑穩(wěn)定的運行；變頻器在電源電壓消失或出現(xiàn)故障后重新上電時的自動在啟動功能，提高的設(shè)備的穩(wěn)定性。 變頻器的作用 變頻調(diào)速能夠 應(yīng)用在大部分的電機(jī)拖動場合，由于它能提供精確的速度控制，因此 可以方便地控制機(jī)械傳動的上升、下降和變速運行。變頻應(yīng)用還可以大大地提高工藝的高效性（變速不依賴于機(jī)械部分），同時可以比原來的定速運行電動機(jī)更加節(jié)能。變頻器主要有以下作用： （ 1）控制電動機(jī)的啟動電流。變頻調(diào)速可以在零速零電壓啟動，一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照 V/F 或矢量控制方式帶動負(fù)載進(jìn)行工作。使用變頻調(diào)速能充分減低啟動電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電動機(jī)的維護(hù)成本將進(jìn)一步降低、電動機(jī)的壽命則相應(yīng)增加。 （ 2）降低電力線路電壓波動。采用變頻調(diào)速，由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能在最 大程度上消除電壓下降。 9 （ 3）啟動時需要的功率更低。電動機(jī)功率與電壓和電流的乘積成正比，那么通過工頻直接啟動的電動機(jī)消耗的功率將大大高于變頻啟動所需要的功率。 （ 4）可控的加速功能。變頻調(diào)速能在零速啟動并按照用戶的需要進(jìn)行光滑地加速，而且其加速曲線也可以選擇（直線加速、 S型加速或者自動加速）。 （ 5）可調(diào)的運行速度。通 過變頻調(diào)速能優(yōu)化工藝過程，并能根據(jù)工藝過程迅速改變，還能通過遠(yuǎn)程 PLC 或其他控制器來實現(xiàn)速度變化。 （ 6）可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限。通過變頻調(diào)速后，能夠設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限來保護(hù)機(jī)械不致?lián)p壞，從而保證工藝 過程的連續(xù)性和產(chǎn)品的可靠性。 （ 7）受控的停止方式。在變頻調(diào)速中，停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以選擇，同樣它能減少對機(jī)械部件和電動機(jī)的沖擊，從而使整個系統(tǒng)更加可靠，壽命也會相應(yīng)增加。 （ 8）節(jié)能。離心風(fēng)機(jī)或水泵采用變頻器后都能大幅度地降低能耗，這在十幾年的工程經(jīng)驗中已經(jīng)得到體現(xiàn)。由于是最終的能耗是與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速成立方比，所以采用變頻后投資回報就更快，廠家也樂意接受。 （ 9）可逆運行控制。在變頻控制中，要實現(xiàn)可逆運行控制無需額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可，這樣就能降低維護(hù)成本和節(jié) 省安裝空間。 （ 10）減少機(jī)械傳動部件。運用直接變頻傳動系統(tǒng)可降低成本和空間，提高設(shè)備的性價比。 3 PID 指令介紹 3． 1 PID 算法 在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，模擬量 PID（由比例、積分、微分構(gòu)成的閉合回路）調(diào)節(jié)是最常用的方法。運行 PID 控制指令， S7200將根據(jù)參數(shù)表中的輸入測量值、控制設(shè)定值及PID 參數(shù)，進(jìn)行 PID 運算，并求得控制值。參數(shù)表中有 9個參數(shù)，全部為 32位的實數(shù)，共占用 36個字節(jié)。 PID 控制回路的參數(shù)表如附 表 1所示。 典型的 PID算法包括三項 :比例項、積分項和微分項。即：輸出 =比例項 +積分項 +微分項。計算機(jī)在周期性地采樣并離散化后進(jìn)行 PID 運算，算法如下： Mn=Kc*(SPnPVn)+Kc*(Ts/Ti)*(SPnPVn)+Mx+Kc*(Td/Ts)*(PVn1PVn) 比例項 Kc*(SPnPVn)：能及時地產(chǎn)生與 偏差 (SPnPVn)成正比的調(diào)節(jié)作用，比例系數(shù) Kc 10 越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度越快，但 Kc 過大會使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。 積分項 Kc*(Ts/Ti)*(SPnPVn)+Mx：與偏差有關(guān)，只要偏差不為 0， PID 控制的輸出就會因積分作用而不斷變化，直到偏差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以積分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但積分的動作緩慢，給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定帶來不良影響，很少單獨使用。從式中可以看出：積分時間常數(shù)增大，積分作用減弱，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。 微分項 Kc*(Td/Ts)*(PVn1PVn)：根據(jù)誤差變化的速度（即誤差的微分）進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有超前和預(yù)測的特點。微分時間常數(shù) Td 增大時，超調(diào)量減少，動態(tài)性能得到改善，如 Td過大，系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)時可能上升緩慢。 3． 2 PID 控制回路 選項 在很多控制系統(tǒng)中，有時只采用一種或兩種控制回路。例如，可能只要求比例控制回路或比例和積分控制回路。通過設(shè)置常量參數(shù)值選擇所需的控制回路。 （ 1） 如果不需要積分回路（即在 PID 計算中無“ I”），則應(yīng)將積分時間 Ti設(shè)為無限大。由于積分項 Mx的初始值，雖然沒有積分運算，積分項的數(shù)值也可能不為零。 （ 2）如果不需要微分運算（即在 PID 計算中無“ D”），則應(yīng)將微分時間 Td 設(shè)定為 。 （ 3）如果不需要比例運算（即在 PID 計算中無“ P”），但需要 I 或 ID 控制，則應(yīng)將增益值 Kc指定為 。因為 Kc 是計算積分和微分項公式中的系數(shù)，將循環(huán)增益設(shè)為 在積分和微分項計算中使用的循環(huán)增益值為 。 3． 3 回路輸入量 輸出量 的轉(zhuǎn)化 1 回路輸入量的轉(zhuǎn)化和標(biāo)準(zhǔn)化 每個回路的給定值和過程變量都是實際數(shù)值，其大小、范圍和工程單位可能不同。在PLC 進(jìn)行 PID 控制之前，必須將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化浮點表示法。步驟如下： （ 1）將回路輸入量數(shù)值從 16位整數(shù)轉(zhuǎn)換成 32位浮點數(shù)或?qū)崝?shù)。下列指令說明如何將整數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成實數(shù)。 ITD AIW0 ,AC0 //將輸入數(shù)值轉(zhuǎn)換為雙字 DTR AC0 ,AC0 //將 32位整數(shù)轉(zhuǎn)換成實數(shù) （ 2）將實數(shù)轉(zhuǎn)換成 ～ 。 實際數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值 =實際數(shù)值的非標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值或原始實數(shù)／取值范圍 +偏移量 11 其中取值范圍 =最大可能數(shù)值 最小可能數(shù)值 =32020（單極數(shù)值）或 64000（雙極數(shù)值）；偏移量：對單極數(shù)值取 ,對雙極數(shù)值取 ；單極（ 0～ 32020），雙極（ 32020～ 32020）。 將上述 AC0中的雙極數(shù)值（間距為 64000）標(biāo)準(zhǔn)化，如下所示 /R ,AC0 //使累加器中的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化 +R ,AC0 //加偏移量 MOVR AC0,VD100 //將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值寫入 PID 回路參數(shù)表中 2 PID 回路輸出轉(zhuǎn)換為成比例的整數(shù) 程序執(zhí)行后， PID 回路輸出 ～ ，必須被轉(zhuǎn)換成 16位成比例整數(shù)數(shù)值，才能驅(qū)動模擬輸出。 PID 回路輸出成比例實數(shù)數(shù)值 =（ PID 回路輸出標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)值 偏移量）取值范圍 程序如下： MOVR VD108 ,AC0 //將 PID 回路輸出送入 AC0 R ,AC0 //雙極數(shù)值減偏移量 *R ,AC0 // AC0的值乘以取值范圍，變成為成比例實數(shù)數(shù)值 ROUND AC0 ,AC0 // 將實數(shù)四舍五入取整，變?yōu)?32位整數(shù) DTI AC0 ,AC0 //32位整數(shù)轉(zhuǎn) 換成 16位整數(shù) MOVW AC0 ,AQW0 //16位整數(shù)寫入 AQW0 3． 4 PID 指令 PID 指令：使能有效時，根據(jù)回路參數(shù)表中的過程變量當(dāng)前值、控制設(shè)定值及 PID參數(shù)進(jìn)行 PID計算。指令格式如 表 31所示。 表 31 PID指令格式 LAD STL 說明 PID TBL,LOOP TBL: 參數(shù)表起始地址 VB, 數(shù)據(jù)類型：字節(jié) LOOP: 回路號，常量（ 0～ 7）， 數(shù)據(jù)類型： 字節(jié) PID ENO EN LOOP TBL 12 說明： （ 1）程序中可使用 8條 PID 指令，分別編號 0～ 7，不能重復(fù)使用。 （ 2）使 ENO=0的錯誤條件： 0006（間接地址）， (溢出，參數(shù)表起始地址或指令中指定的 PID 回路指令號碼操作數(shù)超出范圍 )。 （ 3） PID 指令不對參數(shù)表輸入值進(jìn)行范圍檢查。必須保證過程變量和給定值積分項前值和過程變量前值在 ～ 。 4 可編程控制器介紹 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 即可編程控制器（ Programmable logic Controller，是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在