【文章內(nèi)容簡介】 了在線編程功能； 5 脈沖輸出指令增加了線性（斜坡）給定功能； 6 提高了 PID 調(diào)節(jié)、參數(shù)自動整定功能； 7 增加了數(shù)據(jù)記錄功能，可以實時記錄 PLC 的運行狀態(tài)信息（此功能需要存儲卡的支持） ]7[ ； 包括了 CPU22 CPU22 CPU22 CPU224XP、 CPU226 五種規(guī)格，其中 CPU221 為整體式固定 I/O 型結(jié)構(gòu)， PLC 的 I/O 點數(shù)固定為 6/4 點，處理器、存儲器、電源、輸入輸出接口、通信接口都安在模塊上， I/O 點數(shù)不能改變，且無 I/O 擴展模塊接口。其余四種型號均可加擴展結(jié)構(gòu)。 表 1. S7200PLC各種型號的電源與集成 I/O規(guī)格 項目 AC、 DC電源型 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP CPU226 CPU集成輸入點 6 8 14 14 24 輸入信號電壓 DC24V，允許范圍 DC15V— 30V 輸入信號電流 4mA/DC24V CPU集成輸出點 4 6 10 10 16 輸出類型 繼電器輸出 輸出電壓 AC： 5— 250V； DC： 5— 30V 最大輸出電流 ? 2A/點 ；公共端 ? 10A 用戶程序存儲器容量 4KB 4KB 8KB 12KB 16KB 數(shù)據(jù)存儲器容量 2KB 2KB 8KB 10KB 10KB 本設(shè)計所需輸入點 9 個，輸出點 7個， 所編程序不是很多， 8KB足夠， 所以根據(jù)表格里的數(shù)據(jù)選擇 DC24V，輸出電源采用 AC220V。 齊齊哈爾工程學(xué)院 （論文） 2 可編程控制器接口電路的設(shè)計 及其功能 PLC S7200 CPU224 是 14 入、 10 出。 本設(shè)計輸入用 9 個，輸出用 7 個。 輸入用按鈕開關(guān)作為控制信號的給定；輸出用繼電器作為控制使能 ， 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。 當(dāng) PLC 輸出口閉合時， 繼電器線圈兩端加上一定的電壓或電流，線圈產(chǎn)生的磁通通過鐵心、銜鐵、軛鐵、磁路工作氣隙組成的磁路，在磁場的作用下，銜鐵吸向鐵心極面，從而推動觸點常閉觸點斷開，常開觸點閉合 ； 當(dāng) PLC 輸出口斷開時，剛好相反動作，用這種方式 控制另一個電路的 關(guān)閉 。 PLC 輸入電源用的是 DC24V，而一般工業(yè)用電為三相交流電 AC380V，所以用SIEMENS 的 SITOP 電源整流變壓后供應(yīng)。其輸出電壓 24V ， 電流 280mA。 SITOP的 供電電源為 三相 380V交流電，輸出端 24 為輸出， 另一端接到直流地 01 上， PE則接到 地線上。 圖 23 SIEMENS的 SITOP電源 接線圖 齊齊哈爾工程學(xué)院 （論文） 24V電源 作為 PLC 的輸入電源 ， 與 PLC 輸入端 L+相連接。 PLC 輸出 端口供電電源為 AC220V，也 也才用了隔離。 按鈕 SB1 為起 動按鈕 ，通過直流調(diào)速裝置電樞電壓和勵磁電壓給電，來控制直流電機的啟動； 按鈕 SB2， 為停止按鈕 ，控制主軸停止運行； 按鈕 SB 4 作為主軸正反轉(zhuǎn)按鈕， 通過改變 勵磁電流 的方向， 控制直 流電機的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)； 按鈕 SB 5是點動 運行 ，點動時按照 固定速度運行 ，此速度不可改變 ； 按鈕 SB6 為 手、自動切換 開關(guān) ， 將旋鈕旋道 自動 操作 ，運行動作、速度由程序給定， 將旋鈕旋到 手動操作，可以進(jìn)行主軸正反轉(zhuǎn)、點動、調(diào)速等等； 按鈕 SB 8 為升速 、降速 按鈕，當(dāng)處于自動 時，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)主軸速度， 按下升速按鈕 ， 主軸速度上升，按下降速按鈕，主 軸 速 度 下 降 。 圖 24 PLC S7200 接口圖 齊齊哈爾工程學(xué)院 （論文） 數(shù)控立車主軸 速度 控制裝置設(shè)計 1 主軸電機的選擇 本 次 設(shè)計的 重型數(shù)控立車，工作臺所帶動的最大重量為 50t，設(shè)計 采 用 了 直流調(diào)速裝置， 并 選用 Z4 系列直流電機。 Z4 系列直流電機比 Z Z3 系列具有更大的優(yōu)越性，它不僅可用直流機組電源供電，更適用于靜止整流電源供電。 并且 轉(zhuǎn)動慣量小，具有較好的動態(tài)性能，并能承受較高的負(fù)載變化率，特別適用于需要平滑調(diào)速、效率高、自動穩(wěn)速、反應(yīng)靈敏的控制系統(tǒng)，具有當(dāng)今國際先進(jìn)水平。 Z4 系列直流電動機采用八角形全疊片結(jié)構(gòu)， 空間利用率高。 當(dāng)采用靜止整流器供電時，能承受 住 脈動電流和快速的負(fù)載電流變化。 Z4系 列直流電動機一般不帶串勵繞組，適用于需要正、反轉(zhuǎn)的自動控制技術(shù) 。根據(jù)用戶需要也 能 制成帶串勵繞組。中心高 100～ 280mm 的電動機無補償繞組，但中心高 250mm、 280mm 的電動機根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補償繞組，中心高 315～ 450mm 的電動機帶有補償繞組 ]8[ 。 根據(jù)需要， 本設(shè)計 選用 Z4250 直流電機，功率 75KW，電樞電流 197A， 額定電壓 400V， 勵磁電壓 310V。 +Z4 直流電機自帶風(fēng)機，而 Z4 后面的數(shù)字代表表示電機中心高（ mm），也確定了風(fēng)機的功率、風(fēng)量。功率 3kw，風(fēng)量 3000 3m /h。 Z4250 直流電機自帶測速機，所以本設(shè)計主電機測速 用測速電機而 不用編碼器。測速電機簡單地說就是將直流電機的動能化為電能。 因為 測速發(fā)電機的 磁路 和繞組 都是 經(jīng) 過 特殊 設(shè)計 的 ， 所以 其輸出電動勢 E 和轉(zhuǎn)速 n 成線性關(guān)系，即 E=Kn，其中 K 是常數(shù)。 當(dāng) 改變 電機的 方向時 ， 測速電機 輸出電動勢的 正負(fù) 也會 有 相應(yīng) 的 改變。將 測速發(fā) 電機 和被 測機構(gòu)同軸聯(lián)接 ，只要檢測 輸出電動勢 的大小、方向 ，就 可 獲得被測機構(gòu)的轉(zhuǎn)速 、方向 ， 所以又 稱速度傳感器 。 測速發(fā)電機的輸出電動勢具有斜率高、特性成線性、無信號區(qū)小或剩余電壓小、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時輸出電壓不對稱度小、對溫度敏感低等特點 。 齊齊哈爾工程學(xué)院 （論文） 2 數(shù)控立車主軸控制裝置設(shè)計 數(shù)控立車主軸 速度 控制裝置主要是由 SIEMENS 公司的 PLC S7200、 6RA70 數(shù)字直流調(diào)速裝置和 Z4 直流電機組成； PLC 用于使能控制，而功能實現(xiàn) 則是通過6RA70 控制直流電機 實現(xiàn)。 6RA70 SIMOREG DC MASTER 系列整流器為全 數(shù)字緊湊型整流器，輸入為三相 交流 電源，可向變速直流驅(qū)動用的電樞和勵磁供電，額定 的 電樞電流從 15 至 2200。緊湊型整流器可 用于 并聯(lián)使用，提供高 電流 至 12021A，勵磁電路可以提供最大 最大電流是 85A(此電流 只 取決于電樞 的 額定電流 )。 6RA70 SIMOREG DC MASTER 系列整流器以其 節(jié)省空間的結(jié)構(gòu)和 緊湊 排列順序 為特色，由于各個的部件容易接近， 它 緊湊式 的 設(shè)計使他們 更加容易維護和 保養(yǎng)，電子板箱 里 包含 了 電子板和 其他 任何附加板。所有 SIMOREG DC MASTER 裝置 都會 配備一個 簡易操作面板 PMU，可 以將其 安裝在整流器門上的， PMU 是 由 一個 5 位， 7 段顯示， 有三個 作為狀態(tài)顯示 的 LED 和三個 用于調(diào)整 參數(shù) 的 設(shè)置鍵組成。 PMU 還具有根據(jù) RS232 或 RS485 標(biāo)準(zhǔn)同 USS 接口的連接器 X300。 PMU 提供了啟動整流器所需進(jìn)行的調(diào)整和設(shè)定及測量值顯示的所有工具。 電 樞和勵磁的供電頻率可以不相同(在 45～ 65Hz 范圍之內(nèi) )。電樞回路的供電相序不要求 ]9[ 。 根據(jù)直流電機的銘牌來選擇 6RA70 的型號， 本設(shè)計選用 Z4250 直流電機，功率 75KW，電樞電流 197A，額定電 壓 400V，勵磁電壓 310V。根據(jù)以上參數(shù)選擇直流調(diào)速裝置型號為 6RA7075：整流器為 3AC400V 210A~600A 1Q（ 即電樞由一套（六個可控硅）整流裝置提供電源。這種方式只能通過改變磁場極性來改變旋轉(zhuǎn)方向 ） 。電樞額定電壓 3AC400V（ +15%/~20%），勵磁額定電壓 2AC400V（ +15%/~20%），額定直流電壓 485V，額定直流電流 210A，額定輸出功率 102KW，勵磁額定直流電壓 ? 325V。 端子 1U、 1V、 1W 是電樞電源輸入；端子 3U、 3W 是勵磁電源輸入。 為了保護設(shè)備，在電樞電源和勵磁電源進(jìn)入直流調(diào)速裝置千要加上熔斷器 （ FU FU3） ，起到過載保護的作用，而熔斷器的額定電流要比設(shè)備的額定電流 至少 高出 倍。 5U齊齊哈爾工程學(xué)院 （論文） 5W1 為電壓 400V 進(jìn)線端子，進(jìn)線電壓范圍 380V~460V，用于電子板供電。 圖 25 電樞電源、電子版電源、勵磁電源 接線圖 在大功率電力電子電路中，合閘瞬間，往往 會 產(chǎn)生一個很大的沖擊電流（浪涌電流），浪涌電流雖然作用時間短，但峰值卻很大。開機浪涌電流往往超過正常工作電流的 100 倍以上。在輸入側(cè)串接電抗器 （ L90、 L91） ，能有效的抑制這種浪涌電流。合閘瞬間，電抗器呈高阻態(tài)（相當(dāng)于開路） ]10[ 。 負(fù)荷開關(guān)是 可分為高壓負(fù)荷開關(guān)和低壓負(fù)荷開關(guān) ， 低壓開關(guān) 有自滅弧功能，但它的開斷容量很小 、 很有限 ，所以選擇的時候都用高壓負(fù)荷開關(guān)，不僅有 自滅弧功能 ，開斷容量很大。 高壓負(fù)荷開關(guān) （ QF91） 的工作原理與斷路器相似。一般裝有簡單的滅弧裝置，但其結(jié)構(gòu)比較簡單。由于負(fù)荷開關(guān)不能開斷短路電流，故常與限流式高壓熔斷器組合在一起使用，利用限流熔斷器的限流功能，不僅完成開斷電路 的任務(wù)并且可顯著減輕短路電流所引起的熱和電動力的作用。 CUD1 是 6RA70 的電子板，上面有 各種 端子 ： 端子 X174 中的 、 分別為數(shù)字地和內(nèi)部電 源 端， 、 主給定正負(fù)極， 將電位器接于這次口用于調(diào)速。 齊齊哈爾工程學(xué)院 （論文） 圖 26 電位器接線圖 當(dāng)改變 、 之間的電壓時，端子 和 內(nèi)部連接于模擬量 K11， 可以利用 K11 進(jìn)行給定的變換和處理，把最終的處理好的給定給到速度環(huán)的 電壓 給定 ，電壓給定與測速電機的反饋回來的電壓信號相比較， 比較后進(jìn)入 比例放大 。 最終進(jìn)入 UPE 來改變輸出的電樞電壓。 1D 1C1 用于連接直流電機， 直流電機與端子之間加熔斷器， 端子 10 104是測速電機連接端， 103 是電壓輸入（ 8V~270V） ， 104 是模擬量地。 其測出的電壓反饋回到速度環(huán)，進(jìn)行調(diào)速。 圖 27直流電機與測速電機接線圖 端子 X175 中的 1 15 為模擬量電壓輸出端， 為電壓端， 為模擬地，兩接口接一個帶正負(fù)的電壓顯示器，此接口出來的電壓是 測速機電壓，轉(zhuǎn)齊齊哈爾工程學(xué)院 （論文） 化成速度后，可知電機的實時速度。 開關(guān)量控制輸入端組 X171， 為內(nèi)部電源輸 出端 DC24V，為端子 、 、 供電； 數(shù)字地； 、 為可設(shè)置開關(guān)量 2，由端子 、 用高低電平可組成四種狀態(tài)，由繼電器 KAKA4 的關(guān)斷控制高低電平，端子 和 輸出電平為 0 0 ，轉(zhuǎn)速為 0；電平為 1 0 時為正轉(zhuǎn)；電平為 0 1 時為反轉(zhuǎn)；電平為 1 1 時正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)由實際給定值決定。 端子 37 為電源的合閘 /分閘，高電平信號時為合閘，進(jìn)線接觸器閉合，按照斜坡發(fā)生器的斜率加速至運 行速度，低電平信號時為分閘，按照斜坡發(fā)生器的斜率減速 0，進(jìn)線接觸器斷開；端子 為運行使能，高電平信號為調(diào)節(jié)器使能，低電平信號為調(diào)節(jié)器禁止。 圖 28 直流調(diào)速裝置開關(guān)量接口 圖 由于開關(guān)量端子不夠所以需要加一塊擴展電子板 CUD2，在 CUD2 中開關(guān)量端子組 是 X163，其中 是內(nèi)部電源輸出端， 是數(shù)字地； 、 、 為可設(shè)置輸入開關(guān)量 6；與端子 連接的繼電器 KA7 為點動使能，速度已經(jīng)給定，當(dāng) 處于手動狀 態(tài)，