【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 值范圍一般a∈[,]，取決于電動(dòng)機(jī)的容量和工作情況。通常，電動(dòng)機(jī)容量較少、制動(dòng)時(shí)間短時(shí)取小值，反之取較大值。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的再生制動(dòng)狀態(tài)屬于正常工狀態(tài)時(shí)，取a=。 變頻器的控制方式作為變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心變頻器的性能越來(lái)越成為調(diào)速性能優(yōu)劣的決定因素，除了變頻器本身制造工藝的“先天”條件外，對(duì)變頻器采用什么樣的控制方式也是非常重要的。在交流變頻器中常用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。即u/f=c，正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式。其特點(diǎn)是：控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，己在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比較顯著，故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在v/f控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機(jī)具有對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對(duì)頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。(磁場(chǎng)定向法),又稱(chēng)VC控制矢量控制其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。 變頻器的類(lèi)別 根據(jù)變頻環(huán)節(jié)的不同的分類(lèi)先將頻率固定的交流電通過(guò)整流電路“整流”成直流電，再通過(guò)逆變電路把直流電“逆變”成頻率任意的可調(diào)的三相交流電。不通過(guò)中間直流環(huán)節(jié)而把電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成不同頻率的交流電，僅用一次變換就實(shí)現(xiàn)變頻。交交變頻器與交直交變頻器相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）只有一次變流，提高了變流效率；（2）低頻時(shí)，輸出接近正弦波。主要缺點(diǎn)：（1）接線復(fù)雜，使用的晶閘管較多；（2）受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；（3）采用相控方式，功率因數(shù)較低。 根據(jù)主電路工作方式分類(lèi)交直交變頻器可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。在電壓型變頻器中，逆變電路所需要的支流電壓是由整流電路或者斬波電路輸出，通過(guò)直流中間電路的電容進(jìn)行濾波平滑后產(chǎn)生的，在逆變電路中被變換為所需頻率的交流電壓。在電壓型變頻器中，還需要有專(zhuān)用的放電電路，防止由于能量回饋給電容時(shí)直流電壓上升，使變流器件因電壓過(guò)高而被損壞。在電流型變頻器中，整流電路給出直流電，并通過(guò)中間電路的電抗進(jìn)行濾波后使電流平滑輸出，在逆變電路中，被變換為所需頻率的交流電流提供給電動(dòng)機(jī)。電流型控制方式更適合于大容量變頻器。 根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類(lèi)（SPWM）變頻器電壓的大小是通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度與脈沖占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（PAM）變頻器電壓的大小是通過(guò)調(diào)節(jié)直流電壓幅值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在現(xiàn)代的工業(yè)調(diào)速控制裝置中，為了滿足各種工作速度的要求，目前常用的調(diào)速傳動(dòng)方法有:機(jī)械式有級(jí)調(diào)速傳動(dòng)、電氣和機(jī)械配合的有級(jí)調(diào)速、電氣無(wú)級(jí)調(diào)速。根據(jù)拖動(dòng)系統(tǒng)采用的調(diào)速電動(dòng)機(jī)種類(lèi)不同，電氣無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種類(lèi)型。 變頻調(diào)速的現(xiàn)實(shí)意義自從19世紀(jì)80年代發(fā)明了三相交流異步電動(dòng)機(jī)以來(lái)，由于其轉(zhuǎn)子回路內(nèi)的電流不必外部通入，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單堅(jiān)固、易于維護(hù)。因而長(zhǎng)期以來(lái)，在工農(nóng)業(yè)設(shè)備中占有始終處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。然而，在調(diào)速方面，三相交流異步電動(dòng)機(jī)竟長(zhǎng)期處于“低能兒”狀態(tài)，因此，現(xiàn)實(shí)三相交流異步電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，成為人們新的研究方向。在電力拖動(dòng)領(lǐng)域，解決好三相交流異步電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速具有十分重要的意義：、工藝水平以及工作效率等，提高產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量；，減少金屬的耗用量；，采用調(diào)速的方法，節(jié)電率可達(dá)到（20～60）%。近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步、企業(yè)自動(dòng)化程度的提高，對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求不僅僅是性穩(wěn)定、操作方便，還應(yīng)該盡可能地節(jié)約能源。變頻器與交流電動(dòng)機(jī)相配合，使交流傳動(dòng)統(tǒng)具備了調(diào)速范圍寬、穩(wěn)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行可靠性高的特點(diǎn)及良好的技術(shù)性能特別是在節(jié)約能源方面起到了很大的作用，變頻器的推廣應(yīng)用引起了人們的高度重視。第4章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)核心是PLC控制部分，包括接受觸摸屏傳送的邏輯點(diǎn)和數(shù)據(jù)，兩個(gè)PLC的數(shù)據(jù)交換，傳送數(shù)據(jù)對(duì)變頻器實(shí)現(xiàn)控制。該控制系統(tǒng)結(jié)合了S7200的控制方案和以往項(xiàng)目的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案而設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)通信圖見(jiàn)第5章。該項(xiàng)目在小型自動(dòng)化項(xiàng)目中是比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，因此次方案能實(shí)現(xiàn)要求比較高的控制。 系統(tǒng)的硬件介紹 S7200 PLC由于工廠現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較惡劣，溫度、灰塵、電磁干擾對(duì)控制系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生極大的影響，選用西門(mén)子PLC能很好的解決這些問(wèn)題，在環(huán)境適應(yīng)性、運(yùn)行速度和實(shí)用性上都有很好的效果。經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)要完成的任務(wù)進(jìn)行分析，選用定貨號(hào)為6ES72162BD220XB0的S7200 PLC。下面是選用兩個(gè)PLC的模塊清單。S7200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)化檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等，如：沖壓機(jī)床、磨床、印刷機(jī)械、橡膠化工機(jī)械、中央空調(diào)、電梯控制、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 TP270觸摸屏人機(jī)界面（Human Machine Interface，HMI）產(chǎn)品，常被大家稱(chēng)為“觸摸屏”，包含HMI硬件和相應(yīng)的專(zhuān)用畫(huà)面組態(tài)軟件，一般情況下，不同產(chǎn)家的HMI硬件使用不同的畫(huà)面編輯軟件，連接的主要設(shè)備種類(lèi)是PLC?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的環(huán)境條件，選用西門(mén)子公司生產(chǎn)的TP270觸摸屏。很多廠家生產(chǎn)的觸摸屏在對(duì)低溫環(huán)境的適應(yīng)性上明顯不足，溫度在零度以下的時(shí)候，觸摸屏按鍵的感應(yīng)度經(jīng)常失效，兼容性上，TP270優(yōu)勢(shì)明顯，可以和許多廠家的PLC兼容，通訊協(xié)議按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議制定，支持MPI/PROFIBUSDP協(xié)議，抗干擾能力強(qiáng)，在復(fù)雜的電氣控制柜內(nèi)，能避免由于電磁干擾產(chǎn)生的影響。TP270和S7200同為SIEMENS公司的產(chǎn)品，通訊速度快，通訊方式相互兼容，整個(gè)控制方面處理起來(lái)快速、方便。 觸摸屏TP270代表了低端操作單元新系列的產(chǎn)品，該系列中的設(shè)備是基于革新后Windows CE操作系統(tǒng)，它們填補(bǔ)了SIMATIC HMI產(chǎn)品在低端領(lǐng)域的空缺。TP270可與有的SIMATIC S7 CPU一起操作，其設(shè)計(jì)易于機(jī)器操作和監(jiān)控，對(duì)要監(jiān)控的機(jī)器或系統(tǒng)供了逼真的圖形表示，使用范圍包括機(jī)器和設(shè)備結(jié)構(gòu)，以及包裝和電子工業(yè)，TP270系允許將自己創(chuàng)建的圖形、數(shù)字照片和掃描的畫(huà)面集成到項(xiàng)目中。 變頻器近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改及半導(dǎo)體器件價(jià)格的降低，變頻調(diào)速越來(lái)越被工業(yè)上所采用。根據(jù)銅大拉機(jī)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝需要，這里選擇了西門(mén)子1臺(tái)6RA70和6臺(tái)6SE系列的變頻器，分別用來(lái)控制主機(jī)，退火牽引，左、右收線和圈收7臺(tái)電動(dòng) 機(jī)的啟/停，設(shè)定等，以達(dá)到控制要求。要實(shí)現(xiàn)變頻器控制電機(jī)，且與PLC之間實(shí)現(xiàn)USS通訊，就需要設(shè)置變頻器的參數(shù)，下面列出了一些參數(shù)的意義：，設(shè)定值18，急停；，設(shè)定值20，點(diǎn)動(dòng)值P448設(shè)定為5%，點(diǎn)動(dòng)；，設(shè)定值22，啟動(dòng)；，設(shè)定值11，主給定；、20，設(shè)定值148，轉(zhuǎn)速顯示；、20，設(shè)定值148，速度反饋；P130，設(shè)定值11，編碼器反饋；P151，編碼器脈沖數(shù)；P131端子230，設(shè)定值0或3，視電機(jī)溫度傳感器具體情況而定，同時(shí)調(diào)整P380、P381參數(shù)；P368設(shè)定值4，USS通訊；P702設(shè)定值4，過(guò)程控制字長(zhǎng)；P703設(shè)定值4，參數(shù)控制字長(zhǎng)；P701設(shè)定值38400，波特率；，地址（從站地址）；、設(shè)定值333，報(bào)警字送PLC；電機(jī)參數(shù)：P101，電機(jī)電壓；P102，電機(jī)電流；P104，功率參數(shù)；P105，電機(jī)功率；P107，電機(jī)頻率；P108，電機(jī)轉(zhuǎn)速；P462，上升時(shí)間；P464，下降時(shí)間。 系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)軟件界面是系統(tǒng)功能的體現(xiàn)，上位機(jī)是西門(mén)子觸摸屏TP270，其編程語(yǔ)言是Protool。設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想是盡量控制和引導(dǎo)用戶(hù)正確操作，在用戶(hù)界面上能很直觀的反映設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。下面是關(guān)于Protool語(yǔ)言如何編輯畫(huà)面和幾個(gè)主要的界面規(guī)劃設(shè)計(jì)。 Protool組態(tài)語(yǔ)言Protool組態(tài)圖形語(yǔ)言是SIEMENS公司HMI語(yǔ)言，在該項(xiàng)目中用來(lái)組態(tài)觸摸屏TP270的畫(huà)面。ProTool是用于整個(gè)SIMATIC HMI系列的創(chuàng)新的組態(tài)軟件包。使用同樣的組態(tài)軟件來(lái)組態(tài)系列中的所有設(shè)備。無(wú)論為哪個(gè)設(shè)備創(chuàng)建項(xiàng)目，ProTool總是提供相同的、類(lèi)似的擁護(hù)界面。在實(shí)際工程上，利用Protool組態(tài)的上位機(jī)可以操作和監(jiān)視機(jī)械設(shè)備或過(guò)程。為此，要根據(jù)需要盡量精確地把設(shè)備或過(guò)程映射在操作單元上。通過(guò)PLC以“變量”方式在操作單元和機(jī)械設(shè)備或過(guò)程之間進(jìn)行通訊。變量值寫(xiě)入PLC上的存儲(chǔ)區(qū)域（地址），由操作單元從該區(qū)域讀取。ProTool用于基于Windows的系統(tǒng)，在該控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)S7200PLC，一個(gè)TP270觸摸屏，并連接在主PLC（PLC1）上，因此，將PLC2上要顯示的變量要傳輸?shù)絇LC1上來(lái)，然后在將觸摸屏與PLC1進(jìn)行變量連接，以顯示控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到通信和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。，右邊顯示的各個(gè)畫(huà)面的名稱(chēng)。編輯好畫(huà)面后，其中的文本域和動(dòng)態(tài)對(duì)象需要與PLC中的變量實(shí)行變量連接。值得注意的是在組態(tài)，下載或調(diào)試時(shí)，在protool和S7200上將地址和波特率必須設(shè)置一致。：Protool操作界面：開(kāi)機(jī)畫(huà)面設(shè)計(jì)是整個(gè)畫(huà)面系統(tǒng)的開(kāi)始，當(dāng)觸摸屏上電以后，開(kāi)始自檢，完成后進(jìn)入此畫(huà)面。 報(bào)警畫(huà)面報(bào)警畫(huà)面主要顯示系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)是可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤形式，并且根據(jù)客戶(hù)要求將變頻器的報(bào)警采集并顯示在報(bào)警畫(huà)面上，可根據(jù)報(bào)警的情況不同做出相應(yīng)的動(dòng)作。變頻器的故障采集包括：Overcurrent過(guò)電流（F011）、Motor stall堵轉(zhuǎn)（F015）、Motor temperature馬達(dá)超溫（F020）、Inverter temperature裝置超溫（F023）、Speed encoder電機(jī)編碼器故障（F051）、Ocech L1/L2/L3缺相（F02F02F027）。出現(xiàn)報(bào)警時(shí)報(bào)警畫(huà)面顯示欄閃爍。 I/O點(diǎn)畫(huà)面I/，反映了生產(chǎn)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的邏輯點(diǎn)狀態(tài)。：報(bào)警畫(huà)面：I/O點(diǎn)畫(huà)面第五章系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)和調(diào)試第5章 系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)和調(diào)試 通信方式的選擇西門(mén)子S7系列PLC中的S7200 CPU支持多種通信協(xié)議。根據(jù)所使用的S7200 CPU，網(wǎng)絡(luò)可以支持一個(gè)或多個(gè)協(xié)議，包括通用協(xié)議和公司專(zhuān)用協(xié)議。專(zhuān)用協(xié)議包括：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PointtoPoint）接口協(xié)議（PPI）、多點(diǎn)（MultiPoint）接口協(xié)議（MPI）、自由通信接口協(xié)議、Profibus協(xié)議和USS協(xié)議。S7200 PLC有很強(qiáng)的通信功能，有多種通信方式可供選擇，如單主站方式、多主站方式和遠(yuǎn)程通信方式等。（1）單主站方式在單主站方式的通信網(wǎng)絡(luò)中，PC作為單一主