【正文】 報(bào)警畫面 報(bào)警畫面主要顯示系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)是可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤形式，并且根據(jù)客戶要求將變頻器的報(bào)警采集并顯示在報(bào)警畫面上，可根據(jù)報(bào)警的 情況不同做出相應(yīng)的動(dòng)作。 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。圖 所示窗口是為大拉機(jī)項(xiàng)目組 態(tài)的窗口，右邊顯示的各個(gè)畫面的名稱。圖 為 ProTool 給大拉機(jī)項(xiàng)目組態(tài)畫面的操作界面。變量值寫入 PLC 上的存儲(chǔ)區(qū)域（地址）， 由操作單元從該區(qū)域讀取。為此，要根據(jù)需要盡量精確地把設(shè)備或過程映射在操作單元上。無論為哪個(gè)設(shè)備創(chuàng)建項(xiàng)目， ProTool 總是提供相同的、類似的擁護(hù)界面。 ProTool 是用于整個(gè) SIMATIC HMI 系列的創(chuàng)新的組態(tài)軟件包。下面是關(guān)于 Protool 語言如何編輯畫面和幾個(gè)主要的界面規(guī)劃設(shè)計(jì)?？紤]到本系統(tǒng)操作人員大多數(shù)是一線工人，并且該大拉機(jī)是運(yùn)往尼日利亞的，所以此項(xiàng)目在上位機(jī)界面設(shè)計(jì)上下了很大的工夫，要求有中英文兩種語言的界面，在力求做到美觀大方的基礎(chǔ)上，更加適合廣大工人操作。 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： 端子 7，設(shè)定值 18，急停； 端子 8，設(shè)定值 20，點(diǎn)動(dòng)值 P448 設(shè)定為 5%，點(diǎn)動(dòng)； 端子 9，設(shè)定值 22，啟動(dòng)； 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 25 端子 15，設(shè)定值 11，主給定； 端子 1 20，設(shè)定值 148，轉(zhuǎn)速顯示； 端子 2 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 2 30，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，過程控制字長； P703 設(shè)定值 4，參數(shù)控制字長； P701 設(shè)定值 38400，波特率； ，地址（從站地址）； 、 ，設(shè)定值 3 33，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。 變頻器 近年來，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)速越來越被工業(yè)上所采用。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 24 表 觸摸屏 TP270 特性表 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 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)控制方面處理起來快速、方便?？紤]到現(xiàn)場實(shí)際的環(huán)境條件，選用西門子公司生產(chǎn)的 TP270 觸摸屏。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)化檢測，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)。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 23 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。 下面是選用兩個(gè) PLC 的模塊清單。 系統(tǒng)的硬件介紹 S7200 PLC 由于工廠現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣，溫度、灰塵、電磁干擾對控制系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生極大的影響，選用西門子 PLC 能很好的解決這些問題，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。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。 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)對變頻器 實(shí)現(xiàn)控制。近年來，隨著科技的進(jìn)步、企業(yè)自動(dòng)化程度的提高，對機(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。然而，在調(diào)速方面，三相交流異步電動(dòng)機(jī)竟長期處于“低能兒”狀態(tài)，因此，現(xiàn)實(shí)三相交流異步電動(dòng)機(jī)無級調(diào)速，成為河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 22 人們新的研究方向。 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，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)極為簡單堅(jiān)固、易于維護(hù)。這對于滿載或過載起動(dòng)是很不利的，而對于風(fēng)機(jī)水泵類機(jī)械負(fù)載還是合適的。所以φ m小很多， Max 就很小。由圖可見，從同步轉(zhuǎn)速 (M=0)到最大轉(zhuǎn)矩 (Max)的特性可近似看作是線性關(guān)系，且線性段基本平行，類似于直流電機(jī)的 調(diào)壓特性。即E1X ∕ fx =Δ E1X ∕ Δ fx ， C = ，要保持電機(jī)磁通恒定，必須使定子電壓隨定子頻率成正比變化，這種 E1X 和 fx的配合變化稱為恒磁通變頻調(diào)速中的協(xié)調(diào)控制，也就是說變頻的同時(shí)也要變壓 。 如果主磁通減少，從（ 310）可知電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距也跟著減少。 Te =CTφ mIM cosψ （ 310） 式中， Te 為電磁轉(zhuǎn)距； IMcosψ為電流有功分量； CT為比例系數(shù)。 φ m = E1X ? （ 38） 式中， φ m為主磁通； E1X 、 fX 為一相定子繞組電動(dòng)勢和頻率； KE 為比例常數(shù)； N 為一相繞組的匝數(shù)。磁通太大，又會(huì)使鐵芯飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。 變頻變壓 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 為不變額定值。直到 20 世紀(jì) 70年代，大功率晶體管（ GTR）的問世，變頻調(diào)速才普及。 但 是由于大功率開關(guān)器件發(fā)展的限制，一直都無法進(jìn)行逆變過程。逆變過程就是這六個(gè)開關(guān)器件按一定的規(guī)律不停的導(dǎo)通和截止的過程。而且由于高性能的變頻器的外部接口功能也非常豐富，可以將其作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)部件使用，構(gòu)成所需的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 隨著控制理論、交流調(diào)速理論和電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器技術(shù)也得到了充分地重視和發(fā)展，目前，由高性能變頻器和專用的異步電動(dòng)機(jī)組成的控制系統(tǒng)在性能上己經(jīng)達(dá)到和超過了直流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)。一般來說，變頻器輸入端的容量只需為電動(dòng)機(jī)輸出容量的 倍左右即可。 此外，當(dāng)用電網(wǎng)電源對異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的 56 倍，這個(gè)電流值將大大增加電機(jī)繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機(jī)的壽命。當(dāng)用一臺(tái)變 頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，若驅(qū)動(dòng)對象為同步電動(dòng)機(jī)，所有的電動(dòng)機(jī)將會(huì)以同一速度 (同步轉(zhuǎn)數(shù) )運(yùn)轉(zhuǎn)，而當(dāng)驅(qū)動(dòng)對象為容量和負(fù)載都不相同的異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，則由于轉(zhuǎn)差的原因，各電動(dòng)機(jī)之間會(huì)存在一定的速度差。由于變頻器本身對外部來說可以看作是一個(gè)可以進(jìn)行調(diào)頻調(diào)壓的交流電源，可以用一臺(tái)變頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)，從而達(dá)到節(jié)約設(shè)備投資的目的。在變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)中，變頻器和電動(dòng)機(jī)是可以分離設(shè)置的。而且隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，高頻變頻器的輸出頻率也在不斷提高，因此進(jìn)行更高速度的驅(qū)動(dòng)也將成為可能。但是，對于異步電動(dòng)機(jī)來說，由于不存在上述制約因素，理論講異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到相當(dāng)高的速度。 高速驅(qū)動(dòng)是變頻器調(diào)速控制的最重要的優(yōu)點(diǎn)之一。此外一些變頻器還具有直流制動(dòng)功能，即在需要進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，可以通過變頻器給電動(dòng)機(jī)加一個(gè)直流電壓，并利用該電壓產(chǎn)生的電流進(jìn)行制動(dòng)。 由于在變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制是通過改變變頻器的輸出頻率進(jìn)行的，當(dāng)把變頻器的輸出頻率降至電動(dòng) 機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的頻率以下時(shí)，負(fù)載的機(jī)械能將被轉(zhuǎn)換為電能，并被回饋到變頻器。變頻調(diào)速系統(tǒng)的上述特點(diǎn)可以用于采用交流拖動(dòng)系統(tǒng)的傳送帶和移動(dòng)工作臺(tái)等以達(dá)到節(jié)能的目的。 對于利用普通的電網(wǎng)電源運(yùn)行的交流拖動(dòng)系統(tǒng)來說，由于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流較大并存在著與起動(dòng)時(shí)間成正比的功率損耗，所以不能使電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高頻度的起 /停運(yùn)轉(zhuǎn)。 同樣，在電動(dòng)機(jī)的加速過程中可以通過改變變頻器的輸出頻率使電動(dòng)機(jī)按照斜坡函數(shù)的規(guī)律進(jìn)行加速，從而達(dá)到限制加速電流的目的。 此外，對在電網(wǎng)電源下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)切換時(shí)，如果在電動(dòng)機(jī)尚未停止時(shí)就進(jìn)行相序的切換，電動(dòng)機(jī)內(nèi)將會(huì)由于相序的改變而流過大于起動(dòng)電流的電流，有燒毀電動(dòng)機(jī)的危險(xiǎn)，所以通常必須等電動(dòng)機(jī)完全停下來之后才能夠進(jìn)行換相操作。通 過變頻器進(jìn)行調(diào)速控制可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)上利用擋板和閥門進(jìn)行的風(fēng)量、流量和揚(yáng)程的控制，所以節(jié)能效果非常明顯。 在許多情況下，使用變頻器的目的是節(jié)能，尤其是對于在石化和鋼鐵行業(yè)中大量使用的風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載來說。它們在工業(yè)控制中各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面通過比較，詳細(xì)闡述變頻器控制系統(tǒng)的優(yōu)勢。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的優(yōu)勢 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)械式有級調(diào)速傳動(dòng)、電氣和機(jī)械配合的有級調(diào)速、電氣無級調(diào)速。 根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類 （ SPWM）變頻器 電壓的大小是通過調(diào)節(jié)脈沖寬度與脈沖占空比來實(shí)現(xiàn)的。 在電流型變頻器中，整流電路給出直流電，并通過中間電路的電抗進(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)。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 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。 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。 交變頻器 不通過中間直流環(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。 （ 3）加入濾波器 在變頻器的輸入和輸出電路中，除了上述低次諧波成分外，還有許多頻率很高的諧波，為了防止它們以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對其他設(shè)備的信號(hào)干擾，可在輸入或輸出部分加入電感或電容濾波器，削弱頻率較高的諧波分量。 LD 為直流電抗器，串聯(lián)在整流橋和濾波電容之間。 b) 其他設(shè)備的電源線和信號(hào)線應(yīng)避免 和變頻器的輸入、輸出線平行； c) 所有的電源線和信號(hào)線都要盡量屏蔽。 （ 1）合理布線 對于通過感應(yīng)方式傳播的干擾信號(hào)，可以通過合理布線的方式來削弱。 由于變頻器的主回路的非線形（進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作），變頻器本身就是一個(gè)諧波干擾源，而其周邊控制回路卻是小能量、弱信號(hào)回路，極易遭受其他裝置產(chǎn)生的干擾，這樣就容易造成變頻器自身和周邊設(shè)備無法正常的工作。 變頻器的干擾問題 變頻器的干擾主要分外部對變頻器的干擾和變頻器對外部的干擾。通過控制轉(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)矩和磁場兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。 (磁場定向法 ),又稱 VC 控制 矢量控制變頻調(diào)速的做法是 :將異步電動(dòng) 機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流 I a、 I b、 I c 通過三相一二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 I a I b1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 I mI t1(I m1 相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流； I t1 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流 )，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對異步電動(dòng)機(jī)的控制。 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)速對應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機(jī)具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。其特點(diǎn)是：控制電路結(jié)構(gòu)簡單、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。 v/f 控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩 速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。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。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=。 P ≥ AU 2 D ? RB （ 36） 式中， UD 為直流電壓； a 為選用系數(shù)，取值范圍一般 a∈ [,]，取決于電動(dòng)機(jī)的容量和工作情況。其選擇原則如下： （ 1） RB 的阻值 RB 的阻值大小一般以使制動(dòng)電流不超過變頻器額定電流的一半為宜，即 IRB= UD ∕ RB≤ IN / 2? RB≥ 2UD / IN （ 35） 式中 IN為變頻器的額定電流； UD 為直流電壓。用于消耗電動(dòng)機(jī)再生電能的電路，就是能耗制動(dòng)電路。所以，從變頻調(diào)速系統(tǒng)的角度看，拖動(dòng)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速下降時(shí)減少的動(dòng)能，由電動(dòng)機(jī)“再生”電能后，在變頻器的直流電路中被消耗掉了。過高的直流電壓將使得各部分器件受 到損害。從電動(dòng)機(jī)的角度來看，處于再生制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的相位幾