【正文】 如圖 41 所示。然后根據(jù)二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定各結(jié)點(diǎn)的上下、左或右編號(hào)。 1）速度鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 速度鏈 [5]結(jié)構(gòu)采用二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法用于完成傳遞功能。 速度鏈控制 我們依據(jù)紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，速度鏈的設(shè)計(jì)采用了調(diào)節(jié)變比的控制方法實(shí)現(xiàn)速度鏈功能。 單獨(dú)設(shè)置緊急停車，按照需要安裝在紙機(jī)上，當(dāng)紙機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)意外事故，威脅到設(shè)備安全及人身安全時(shí)才可使用?？刂破辽显O(shè)有功能鍵，可以自由地組態(tài)畫面，設(shè)置多個(gè)畫面，可以通過畫面的切換動(dòng)態(tài)地運(yùn)用文字、數(shù)字、示波器、棒圖等來顯示各分部傳動(dòng)點(diǎn)的工作狀態(tài)（如啟動(dòng) /停止、運(yùn)行 /爬行、故障、報(bào)警、開環(huán) /閉環(huán)等）和運(yùn)行參數(shù)（如電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)矩、分部線速度等），可以對(duì)各傳動(dòng)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全部控制功能，具體控制功能如下： a）起動(dòng) /停止：用于控制本分部電機(jī)的起?？刂?； b）爬行 /運(yùn)行：用于低速調(diào)試檢修、正常抄紙切換； c）單動(dòng) /聯(lián)動(dòng)：對(duì)于要求負(fù)荷分配各傳動(dòng)點(diǎn)的單動(dòng) /聯(lián)動(dòng)控制； 基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 d）速度微增：用于本傳動(dòng)點(diǎn)的速度微調(diào)； e）速度微減：用于本傳動(dòng)點(diǎn)的速度微調(diào)； f）緊紙：用于本傳動(dòng)點(diǎn)的緊紙調(diào)節(jié)； g）松紙：用于本傳動(dòng)點(diǎn)的松紙調(diào)節(jié)； h）負(fù)荷分配功能：負(fù)荷分配點(diǎn)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)分配； i）張力設(shè)定：用于張力控制點(diǎn)的張力設(shè)定。 操作說明 操作系統(tǒng)配有操作 屏，分別設(shè)立在控制現(xiàn)場(chǎng)。 (7) 系統(tǒng)的先進(jìn)性在設(shè)計(jì) PLC 組成的控制系統(tǒng)時(shí)，要考慮到控制方案的先進(jìn)性。 (5) 控制功能根據(jù)工藝要求和設(shè)備狀況就可提出控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的控制功能，只有掌握了要實(shí)現(xiàn)的控制功能，才能據(jù)此設(shè)計(jì)系統(tǒng)的類型、規(guī)模、機(jī)型、模塊、軟件等內(nèi)容。 10% 三相 電源頻率： 4863Hz 輸出頻率： 050Hz 輸出電壓： AC0380V 三相 爬行車速： 30 米 /分 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩： 200%額 定轉(zhuǎn)矩 穩(wěn)速精度： 1? 頻率分辨： (3) 工藝要求是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是控制系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的最終目的。 基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)要求 硬件設(shè)計(jì)的依據(jù) (1)紙機(jī)介紹 生產(chǎn)紙種：文化紙 紙張定量： 90120 g 設(shè)計(jì)車速： 350 米 /分 工作車速： 280 米 /分 左右手機(jī)：右手機(jī) 主要根據(jù)：文化紙機(jī)工藝要求，設(shè)備狀況，控制功能， I/O 點(diǎn)數(shù)，據(jù)此構(gòu)成的比較先進(jìn)的控制系統(tǒng)。由于這種 PWM型變頻器輸出交流電壓的大小和頻率直接由逆變器決定，所以調(diào)節(jié)速度快，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好，若逆變器中的開關(guān)采用高速電子元件進(jìn)行高頻脈沖調(diào)制，并在由中大規(guī)模集成件組成的高性能控制電路的配合下，可以極大地提高變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，縮小裝置的體積，提高效率，降低成本。這是目前采用較普遍的一種變頻系統(tǒng)。逆變器只作輸出頻率控制，它一般也是由 6 個(gè)開關(guān)元件組成，按脈沖調(diào)制方法工作。 1） 幅值可調(diào) PWM 這是一種變頻器輸出電壓和頻率分別進(jìn)行調(diào)節(jié)的一種控制方式，其基本電路如圖36 所示，該電路由可 控整流器、中間環(huán)節(jié)與可控硅（或其他電力開關(guān)元件）逆變組成，中間環(huán)節(jié)是濾波電容器，可控硅整流器用來調(diào)壓。從諧波分析可知，用一系列脈沖波代替方波后，其基波和高次諧波的幅值比例發(fā)生變化。三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制波的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實(shí)現(xiàn)輸出電壓幅值的改變。用生成 SPWM 波控制逆變器開關(guān)器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖列輸出電壓。通常采用等腰三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄉ舷聦挾扰c高度線性關(guān)系，且左右對(duì)稱，當(dāng)它與正弦波調(diào)制信號(hào)相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)刻陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 18 控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符合SPWM 控制的要求。但這種計(jì)算很繁瑣。 PWM 控制利用了采樣控制理論中的結(jié)論，可以用一系列等幅而不等寬的脈沖來近似正弦波，且脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，這種方法稱為 SPWM(Sinusoidal PWM)。在前述可控硅方波輸出的變頻器中只能采用直流電壓調(diào)整的方法。本著這一理論可以解決變頻調(diào)速中的調(diào)壓?jiǎn)栴}。沖量即指脈沖的面積，這里所說的效果基本相同是指該環(huán)節(jié)的輸出相應(yīng)波形相同。所以在變頻的同時(shí)必須變壓才能保證電機(jī)的正常運(yùn)行。用它去控制逆變器的開關(guān)，使所需要的電壓矢量加到異步電動(dòng)機(jī)的端子的直接控制。 2 = M m i 3 / L 1U 1L 1 Pi 1基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 轉(zhuǎn)矩直接控制和電壓矢量控制的控制過程和思路完全一樣，只不過在電壓矢量控制的系統(tǒng)中加入了轉(zhuǎn)矩反饋和速度調(diào)節(jié)的控制。 根據(jù)前面講的電壓矢量控制方法，控制定子矢量磁鏈軌跡實(shí)際上就是控制主回路開關(guān)的 6 個(gè)非零電壓矢量狀態(tài)和 2 個(gè)零矢量狀態(tài)的作用時(shí)間長(zhǎng)短和作用時(shí)刻。 直接轉(zhuǎn)矩控制的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)際上控制的是定子磁鏈的幅值和瞬時(shí)速 度，而電壓矢量控制方式的結(jié)果也是控制定子磁鏈。和電機(jī)學(xué)中等效電路不同的是該電路代表的是空間電壓綜合矢量方程，而不是一相電壓的電路方程。 對(duì)轉(zhuǎn)矩的這種直接控制方式也稱為直接控制，其基本的原理是在維持定子磁鏈恒定的條件下控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，從而控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。因此它的控制效果不僅取決于電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況。因此它非極力獲得理想的正弦波波形，也不是專門強(qiáng)調(diào)磁鏈的原型軌跡，相反，從控制轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā)，它強(qiáng)陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 16 調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，因而它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。 d) 直接轉(zhuǎn)矩控制強(qiáng)調(diào)得是轉(zhuǎn)矩的直接控制與效果，它包括兩層意思，即直接控制轉(zhuǎn) 矩和對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制效果。因此直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制性能能易受參數(shù)變化影響的問題。 b) 直接轉(zhuǎn)矩控制磁場(chǎng)定向所用的定子磁鏈，只要知道定子電阻就可以把它觀測(cè)出來。它省掉了矢量旋轉(zhuǎn)交換等復(fù)雜的變換與計(jì)算。 其主要特點(diǎn)為 a) 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型、控制電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。而是從轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生到控制的角度，通過對(duì)電壓矢量的實(shí)時(shí)控制而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制。 直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器原理 直接轉(zhuǎn)矩控制的主要特點(diǎn) 直接轉(zhuǎn)矩控制 [3]變頻調(diào)速技術(shù)，是繼矢量控制方法提出后于 80 年代由德國(guó)Depenbrock 教授等人提出的一種新的變頻調(diào)速控制技術(shù)。如果考慮加上反饋和電機(jī)及負(fù)載的特性在內(nèi)，調(diào)速范圍的概念也還要和系統(tǒng)所要求的穩(wěn)速指標(biāo)相聯(lián)系。還有調(diào)速范圍也不是變頻器自身所能決定的，很大程度上和電機(jī)及負(fù)載有關(guān)。實(shí)際上用戶只需要知道最低頻率下變頻器能夠輸出的電流是多少就可以了，頻率越低，輸出電流越大越 好。而單獨(dú)對(duì)變頻器而言，僅存在電流的大小和波形的質(zhì)量問題，嚴(yán)格講和轉(zhuǎn)矩是無關(guān)的。實(shí)際上決定轉(zhuǎn)矩的主要因素是基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 電機(jī)，他的效率，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等。有些宣傳變頻器的廣告把本應(yīng)在系統(tǒng)中存在的指標(biāo)也納入到變頻器的性能中去，這是不正確的。 變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) 對(duì)于任何一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的性能指標(biāo)不外乎有以下幾個(gè)： a）穩(wěn)態(tài)特性，如靜差率、調(diào)速范圍、穩(wěn)定度、最大轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩等； b）動(dòng)態(tài)特性，如上升時(shí)間、超調(diào)量、動(dòng)態(tài)速降、恢復(fù)時(shí)間等。 概括起來變頻調(diào)速的特點(diǎn)如下 a)調(diào)速時(shí)平滑性好，效率高； b)調(diào)速范圍較大，精度高； c)起動(dòng)電流低，對(duì)系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯； d)于實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化； e)變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡(jiǎn)便； f)必須有專門的變頻電源，目前造價(jià)較 高； g)在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電動(dòng)機(jī)的過載能力大為降低； h)內(nèi)設(shè)功能多，可滿足不同工藝要求。由于恢復(fù)正常生產(chǎn)秩序需要較長(zhǎng)時(shí)間，因而每次故障停機(jī)都將使工廠蒙受較大經(jīng)濟(jì)損失。 直流傳動(dòng)采用的是直流電動(dòng)機(jī)，而直流電動(dòng)機(jī)的主回路功率流入的是轉(zhuǎn)子，所以散熱比較困難，再加上直流電動(dòng)機(jī)的換向器、減速箱等均為易損件，這就使直流電動(dòng)機(jī)的故障大大高于交流電動(dòng)機(jī)，從而使直流傳動(dòng)方式的維護(hù)工作大大增加，從而影響了紙機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行。一般來說外部電網(wǎng)的波動(dòng)可以控制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)干擾比較小。 對(duì)造紙機(jī)而言，在一定的工藝條件下，最主要的是保證速度的穩(wěn)定 性。 交流傳動(dòng)的給定頻率是一個(gè)和電壓成比例的數(shù)字量，在電壓變化不大的范圍內(nèi)，可以認(rèn)為速度和電壓無關(guān)，而僅取決于給定數(shù)字量的頻率值。直流傳動(dòng)由于電機(jī)是電壓控制裝置，所以不論產(chǎn)生電壓的控制信號(hào)是否為數(shù)字量，到電機(jī)端電壓上的只能陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 14 是模擬量，這就導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)速受到電網(wǎng)電壓或任何引起電壓波動(dòng)的因素干擾。 U/定子電壓 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒功率調(diào)速 Um U1 O fm f 頻率 圖 33 基頻以上調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制特性 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn) 變頻調(diào)速相對(duì)于直流調(diào)速來說，有其自己的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能在溫升容許的條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。 U 端子相電壓 Um a b O fm f 頻率 圖 32 基頻以下調(diào)速恒壓頻比控制特性 b）基頻以上調(diào)速：在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從 fm往上增加，但電壓 U 與頻率成反比的降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性為 b 線，無補(bǔ)償?shù)臑?a 線。低頻時(shí)， U 和 Eg 都較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能再忽略。由上式可知，要保持Φ m 不變，但頻率f 從額定值 fm 向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低 E1。只要控制好 E 和 f 便可以控制磁通Φ m 不變。 三 相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)為 mrfwfE ?11 ? (33) 式中 E1氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值； f—— 定子頻率； w—— 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； fr1—— 基波繞組因數(shù)； Φ m—— 每相氣隙磁通量。對(duì)于直流電機(jī)來說，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合理，保持Φ m不變時(shí)很容易做到的。在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素是希望保持每極磁通量Φ m，為額定值不變。因此可以通過改變?cè)撾娫吹念l率來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的 調(diào)速。 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由下式給出： n=n0(1s)=60f(1s)/p （ 32） 式中 n— 電機(jī)實(shí)際速度； s— 轉(zhuǎn)差率（同步電動(dòng)機(jī)時(shí)， s=0）。因此，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向也將發(fā)生改變。當(dāng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，位 于該磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)子繞組將切割磁力線，并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，而此感應(yīng)電流又將受到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生電磁力，即轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。 圖 31 變頻傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 變頻調(diào)速系統(tǒng)通過預(yù)先設(shè)定給定值控制控制器，控制器控制變頻部分，即控制整流電路、逆變電路的可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而使電動(dòng)機(jī)的輸入電源頻率與電壓得到陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 12 控制。只不 過人們習(xí)慣上把交流到直流的變換稱為整流，把直流到交流的變換稱為逆變。直流可以認(rèn)為是頻率為零的交流，按傳統(tǒng)理解，交流變成直流叫整流（ ACDC 變換），而直流變成交流叫逆變（ DCAC 變換），所以變頻器就叫 ACAC 或 ACDCAC 變換器。 變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成及原理 變頻器是變頻調(diào)速的核心，也是構(gòu)成大型復(fù)雜傳動(dòng)系統(tǒng)的基本單元，變頻器實(shí)際上就是把固定電壓，固定頻率的交流變換成可調(diào)電壓和頻率的交流電的變換器。有一部分紙機(jī)雖然設(shè)計(jì)成了閉環(huán)系統(tǒng)，但是由于各種原因，最終大部分仍以開環(huán)運(yùn)行。 基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 3 變頻調(diào)速和直接轉(zhuǎn)矩控制 變頻調(diào)速 變頻傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展 紙機(jī)變頻傳動(dòng)技術(shù) [4]水平是和變頻器的技術(shù)發(fā)展水平緊密相關(guān)的，由 80 年代中期變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化階段以來，變頻調(diào)速紙機(jī)系統(tǒng)也在不斷發(fā)展變化，在 90 年代初期，由于變頻器自身及應(yīng)用水平的局限。用戶以根據(jù)需要選擇應(yīng)用宏。利用這些應(yīng)用宏用戶可以快速完成對(duì)變頻器的直動(dòng)。 3%； 過載容量 (最高環(huán)境溫度 40o 時(shí) )：正常使用 x I2N，每 10分鐘過載 1分鐘重負(fù)荷使用 x