【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、信號(hào)檢測(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路、保護(hù)電路等。主要作用是將檢測(cè)到的各種信號(hào)送至運(yùn)算電路。使運(yùn)算電路能根據(jù)要求為變頻器主電路提供必要的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并對(duì)變頻器和電機(jī)提供必要的保護(hù)?？刂齐娐愤€有 A/D 和 D/A 接口，使變頻器能與外部設(shè)備配合使用?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。 (2) 變頻器基本工作原理 逆變電路是變頻器的重要部分，要了解變頻器的工作原理，只須了解逆變部分的工作原理。我們知道，逆變部分的作用是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率和電壓均可調(diào)的交流電。下圖為一個(gè)簡(jiǎn)單的三相逆變電路，在這個(gè) 電路中，六個(gè)開關(guān)組成一個(gè)三相橋式電路，依次打開和關(guān)斷這六個(gè)開關(guān)，就可以在輸出端得到相位相差 120 度的交流電。 S1 S3 S5 直流電壓 U/V/W E S4 S6 S2 圖 三相逆變電路原理 開關(guān)頻率不同，輸出交流電的頻率就不同。同時(shí)，輸出電壓的平均值也就不同了，這就達(dá)到變頻變壓的目的。當(dāng)然，實(shí)際變頻器內(nèi)部的電路比這個(gè)復(fù)雜得 多，還包括其它很多的輔助器件及保護(hù)電路等等。 (3) 變頻器控制方式及基本原理 在本實(shí)驗(yàn)中，采用的是變頻變壓 (VVVF)方式，主要是通過調(diào)節(jié)電源頻率來調(diào)速。由電機(jī)拖動(dòng)理論可知，在調(diào)頻的同時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也同時(shí)發(fā)生變化，為了達(dá)到較理想的轉(zhuǎn)矩特性，在改變電流頻率時(shí)，電樞電壓也必須有相應(yīng)的改變，滿足 FV =常數(shù) 分析如下： 因?yàn)殡姍C(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與磁通有關(guān)， T=CT Φ 1I2COSψ 其中 CT為常數(shù)，Φ 1為每極磁通， I2為轉(zhuǎn)子電流， COSψ為功率因數(shù)。 而 14 Φ＝ MIM 其中 M 為勵(lì)磁電感， IM為勵(lì)磁電流。 又有 E=j2π fMIM=j2π fΦ 因此，要使磁通不變，只要使 fE=常數(shù) 即可。但由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E不便測(cè)量和控制，而電源電壓 V≈ E,故只要使 fV=常數(shù) 便可使條件近似滿足。故變頻調(diào)速就是變頻變壓調(diào)速。 變頻器的選用 變頻器種類很多 ,在進(jìn)行選型時(shí) ,應(yīng)該根據(jù)項(xiàng)目的控制要求和所帶負(fù)載的特性來選擇合適自己的產(chǎn)品。下面對(duì)變頻器的主要規(guī)格和基本功能進(jìn)行進(jìn)一步的介紹。 （ 1）電壓等級(jí) 一般的通用變頻器可分為交流 200V 和 400V 兩種 ,另外某些高、中壓大功率變頻器電壓等級(jí)可以達(dá)到上千伏。在選型時(shí) ,應(yīng)注意選擇與供電電源和電動(dòng)機(jī)的電壓兩者相匹配的電壓等級(jí) （ 2）適用電機(jī)輸出 適用的電機(jī)輸出 ,是指變頻器最大的適用的電動(dòng)機(jī)容量。根據(jù)負(fù)載選擇電動(dòng)機(jī)時(shí) ,需要注意電動(dòng)機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于負(fù)載所需的功率和轉(zhuǎn)矩 (為過負(fù)載和快速啟動(dòng)留一定的余量 )。 一般單相 200V 型通用變頻器標(biāo)準(zhǔn)適用電動(dòng)機(jī)輸出從 至 不等。所選的電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)與變頻器相符 ,同時(shí)還應(yīng)注意變頻器的額定輸出電流是 否滿足電動(dòng)機(jī)的額定電流。 （ 3）額定輸出 額定輸出包括額定輸出容量 ,輸出電流 ,輸出電壓和過載能力等。其中 ,額定輸出容量是指在額定輸出電流和電壓的情況下的視在功率；過載能力是指變頻器的超載能力 ,如額定輸出電流的 150%,1 分鐘等。 在選擇變頻器的容量時(shí) ,應(yīng)使負(fù)載在正常的運(yùn)行情況下 ,運(yùn)行在變頻器的額定電流內(nèi) ,瞬時(shí)的超載也應(yīng)不大于變頻器的過載能力。否則 ,即使電動(dòng)機(jī)與變頻器的容量相匹配 ,也應(yīng)該選擇容量更大的變頻器。 （ 4）輸出頻率 包括變頻器可調(diào)的頻率范圍 ,頻率精度 (指最高設(shè)定頻率時(shí)的波特率 )和分辨率 (指變頻器可設(shè)定的最小單位值 )。變頻器的品牌及型號(hào)不同 ,此類指標(biāo)也不相同 ,用戶可根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的 15 實(shí)際需要進(jìn)行選擇。 變頻器的控制方式 變頻器的控制方式一般可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。開環(huán)控制無速度檢出反饋 ,常用于精度要求不太高的通用變頻器。而閉環(huán)控制具有速度檢出反饋 ,可以根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行情況自動(dòng)調(diào)整變頻器的控制參數(shù) ,常用于精度要求比較高 ,含矢量控制功能的變頻器中。 目前通用變頻器的控制方式常采用高載頻正弦波 PWM 控制 (V/F)控制 ，其載波頻率一般從~15KHz 可調(diào)，選擇合適的載波頻率能降低電動(dòng)機(jī)的機(jī)械共振 ,有效的減少運(yùn)行噪聲。 頻率設(shè)定 :除了在面板上直接設(shè)定以外 ,還可通過電位器 ,模擬量來調(diào)節(jié)。 電壓 /頻率特性 :即 V/F 曲線 ,分為恒定轉(zhuǎn)矩方式和平方轉(zhuǎn)矩方式 ,恒定轉(zhuǎn)矩方式一般應(yīng)用在輸送帶 ,起重機(jī) ,擠壓機(jī)等設(shè)備上 ,平方轉(zhuǎn)矩方式常用在風(fēng)機(jī) ,氣泵等流體負(fù)載。 轉(zhuǎn)矩提升 :某些負(fù)載在低速運(yùn)行時(shí) ,會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩不足的情況 ,此時(shí)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩提升。一般變頻器都具有此類補(bǔ)償功能。但應(yīng)注意轉(zhuǎn)矩提升太強(qiáng)，可能會(huì)馬達(dá)過熱或噪聲增加現(xiàn)象。 加減速時(shí)間 :加 減速時(shí)間一般是指變頻器從某一頻率加速到高頻段和從一高頻段減速到低頻段所需的時(shí)間。 1． 4． 6 變 頻器的安裝設(shè)計(jì)基本要求 （ 1） 變頻器應(yīng)該安裝在控制柜內(nèi)部。 圖 變頻器安裝圖 16 （ 2） 變頻器最好安裝在控制柜內(nèi)的中部 ； 變頻器要垂直安裝，正上方和正下方要避免安裝可能阻擋排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)的大元件。 （ 3） 變頻器上、下部邊緣距離控制柜頂部、底部、或者隔板、或者必須安裝的大元件 等的最小間距，應(yīng)該大于 300mm。如圖中的 H1， H2 間距所示。 （ 4） 如果特殊用戶在使用中需要取掉鍵盤 ， 則變頻器面板的鍵盤孔，一定要用膠帶嚴(yán) 格密 封或者采用假面板替換，防止粉塵大量進(jìn)入變頻器內(nèi)部。 （ 5） 對(duì)變頻器要進(jìn)行定期維護(hù)，及時(shí)清理內(nèi)部的粉塵等。 （ 6） 其它的基本安裝、 使用要求必須遵守用戶手冊(cè)上的有關(guān) 規(guī)定。 傳感器 傳感器的定義 將各種非電量變換為電量的裝置就是傳感器。傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測(cè)量，那么無論是信號(hào)轉(zhuǎn)換或信息處理，或都最佳數(shù)據(jù)的顯示與控制都是不可能實(shí)現(xiàn)的 。 角度傳感器： 角度傳感器測(cè)量范圍從 10 度一直到 120 度。測(cè)量原理是非接觸（利用霍爾效應(yīng)）。 適合各種工業(yè)機(jī)械，摩托車，和民用上的應(yīng)用。價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定。我公司提供各種技術(shù)服務(wù)并可集成各種應(yīng)用系統(tǒng)。 傳感器的分類 傳感器 的檢測(cè)對(duì)象非常多，主要有數(shù)量、長(zhǎng)度、面積、立體、位置、含量、線性變位、旋轉(zhuǎn)變位、畸變、壓力、轉(zhuǎn)矩、流量、流速、加速度、振動(dòng)、成分配比、水分、離子濃度、混濁度、粒狀體、比重／密度、傷痕、濕度、熱量、溫度、火災(zāi)、煙、有害氣體和氣味等 29 種。 按檢測(cè)功能可分為檢測(cè)溫度、壓力、濕度、流量、流速、磁場(chǎng)、 光通道等，其中最常用的是溫度傳感器，其次是壓力、流量傳感器。 傳感技術(shù)的重要性，可以毫不夸張地說，從飛往茫茫太空的宇宙飛船到游弋于浩瀚海洋的各種艦艇船只，從各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)到人們生活中的衣食住行，幾乎都離不開各種各樣的傳感器，傳感技術(shù)對(duì)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域起著不可估量的巨大的作用。 本項(xiàng)目主要研究的是壓力傳感器和溫度變送器在熱熔焊接機(jī)中的應(yīng)用。傳感器的選則用原則： 傳感器千差萬別，即便對(duì)于相同種類的測(cè)定量也可采用不同工作原理的傳感器，因此，要根據(jù)需要選用最適宜的傳感器。 傳感器的選用 (1)測(cè)量條件 17 如果誤選傳感器，就會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。為此，要從系統(tǒng)總體考慮，明確使用的目的以及采用傳感器的必要性，絕對(duì)不要采用不適宜的傳感器與不必要的傳感器。測(cè)量條件列舉如下，即測(cè)量目的，測(cè)量量的選定，測(cè)量的范圍，輸入信 號(hào)的帶寬，要求的精度，測(cè)量所需要的時(shí)間，過輸入發(fā)生的頻繁程度。 (2)傳感器的性能 選用傳感器時(shí)，要考慮傳感器的下述性能，即精度，穩(wěn)定性，響應(yīng)速度，模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)，輸出量及其電平，被測(cè)對(duì)象特性的影響，校準(zhǔn)周期，過輸人保護(hù)。 (3)傳感器的使用條件 傳感器的使用條件即為設(shè)置的場(chǎng)所，環(huán)境 (濕度、溫度、振動(dòng)等 )，測(cè)量的時(shí)間，與顯示器之間的信號(hào)傳輸距離，與外設(shè)的連接方式，供電電源容量 。 18 第二章：項(xiàng)目說明及定型 項(xiàng)目要求 本設(shè)計(jì)能使卷膜勻速地輸送 ,自動(dòng)使卷膜均勻地粘貼在 鋁帶上 ,卷紙能夠正?；厥?.能夠適應(yīng)安全、快速、準(zhǔn)確、均勻加工的要求 項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)構(gòu)思 2． 2． 1 本系統(tǒng)原理圖設(shè)想 電機(jī)變頻器卷紙卷紙被測(cè)量機(jī)構(gòu)卷紙筒伺服電機(jī)卷膜卷膜被測(cè)量機(jī)構(gòu)卷膜筒鋁帶傳感器 圖 原理設(shè)想圖 2． 2． 2 本系統(tǒng)構(gòu)件設(shè)想 （ 1） S7200 PLC 中央處理單元采用 CPU226， CPU226 集成了 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。可連 接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)， 13K 字節(jié)程序和數(shù) 字存儲(chǔ)空間。 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路 獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控 19 制器。用于較高要求的控制，具有更多的輸入 /輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 （ 2） 模擬量擴(kuò)展模塊 EM235 尺寸： *80*62mm 重量： 186g 功耗： 2w 點(diǎn)數(shù)： 4路模擬量輸入， 2路模擬量輸出 圖 EM235 示意圖 （ 3） 伺服電機(jī)： 本項(xiàng)目選用伺服電機(jī)是 MINAS A 系列全數(shù)字式交流伺服電機(jī)，具體采用額定輸出功率較小的 MSMA 系列：額定輸出 功率 400W；額定轉(zhuǎn)速 5000r/min。 其 特征 如下： ① 采用松下公司獨(dú)特算法，使速度頻率響應(yīng)提高 2 倍，達(dá)到 500HZ；定位超調(diào)整定時(shí)間縮短為以往產(chǎn)品的 1/4。 ② 具有共振抑制和控制功能：可函蓋機(jī)械的剛性不足，從而實(shí)現(xiàn)高速定位。 ③ 具有全閉環(huán)控制功能：通過外接高精度的光柵尺，構(gòu)成全閉環(huán)控制，進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度。 ④ 具有一系列方便使用的功能： （ A）內(nèi)藏頻率解析功能（ FFT） ,從而可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整 ； （ B）有兩種自動(dòng)增益調(diào)整方式：常規(guī)自動(dòng)增益調(diào)整和實(shí)時(shí)自動(dòng)增益調(diào)整 ； （ C） 配有 RS485， RS232C 通信口，上位控制器可同時(shí)控制多達(dá) 16 個(gè)軸。 ⑤ 電機(jī)防護(hù)等級(jí)達(dá) IP65,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。 ⑥ 電機(jī)可配用多種編碼器，適應(yīng)各種用戶需要： （ A）普通型： 2500p/r 增量式編碼器 ； 20 （ B）高精度型： 17 位型（ 217）增量式編碼器 ； （ C）特殊型 217位型（ 217）絕對(duì)式編碼器 。 圖 電機(jī)型號(hào)說明 （ 4） 三菱 FRA540 系列變頻器 功能范圍： ~800KW（ 3 相 380V， FRA540（ L）系列）； 具有以下特點(diǎn)： ① 配備各種功能 配備 PID 功能，更適合風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載； 高速頻率控制和碰停功能； 停電時(shí)減速停止控制； 順序制動(dòng)控制； 風(fēng)機(jī)水泵專用控制功能。 ② 維護(hù)方便 通過風(fēng)扇 ON/OFF 控制，延長(zhǎng)風(fēng)扇壽命，更換方便； 可拆卸式的控制段子使維修和安裝方便； 參數(shù)設(shè)定可保存在參數(shù)單元中。 （ 5） 角度傳感器 本 傳感變送器采用新型的 SMR(磁敏電阻 )元件作為敏感元件，利用內(nèi)部磁迴