【正文】 按脈沖與對(duì)應(yīng)位置(角度)的關(guān)系，光電編碼器通常分為增量式光電編碼器、絕對(duì)式光電編碼器、以及將兩者結(jié)合在一起的混合式光電編碼器。其缺點(diǎn)是不耐沖擊及震動(dòng)，容易受溫度變化影響，適應(yīng)環(huán)境能力較差。 光電編碼器的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理電路簡(jiǎn)單，因?yàn)槭菙?shù)字信號(hào)，所以噪聲容限比較大。 P462，上升時(shí)間。 P 107，電機(jī)頻率。 P104，功率參數(shù)。 電機(jī)參數(shù): P101，電機(jī)電壓。 ，地址(從站地址)。 P703設(shè)定值4，參數(shù)控制字長(zhǎng)。 P368設(shè)定值4, USS通訊。 P151，編碼器脈沖數(shù)。 , 20，設(shè)定值148，速度反饋。 ，設(shè)定值11，主給定。 ，設(shè)定值20，點(diǎn)動(dòng)值P448設(shè)定為5%，點(diǎn)動(dòng)。 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)工藝的改進(jìn)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[[33] 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I臺(tái)6RA70和6臺(tái)6SE70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，頻率設(shè)定等，以達(dá)到控制要求。[[32] ┌──────┬──┐│時(shí)問(wèn)消息 │400 │├──────┼──┤│畫(huà)面數(shù)目 │100 │├──────┼──┤│畫(huà)面變址數(shù) │50 │├──────┼──┤│變量數(shù)目 │250 │├──────┼──┤│趨勢(shì)圖數(shù)目 │50 │├──────┼──┤│圖形對(duì)象數(shù)目│50 │├──────┼──┤│文本元素?cái)?shù)目│1000│├──────┼──┤│報(bào)警消息數(shù)目│400 │├──────┼──┤│通訊方式 │3 │└──────┴──┘ 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)備是基于革新后的Windows CE操作系統(tǒng)，它們填補(bǔ)了S工MATIC HM工產(chǎn)品在低端領(lǐng)域的空缺。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HM工硬件使用不同的畫(huà)面編輯軟件，連接的主要設(shè)備種類(lèi)是PLC。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。 下面是選用兩個(gè)PLC的模塊清單。 57200 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。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[31]。 第四章控制系統(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。以交一直一交變頻器為例，介紹了其內(nèi)的工作原理。先從變頻器產(chǎn)生的歷史開(kāi)始分析其產(chǎn)生存在的局限性。變頻器與交流電動(dòng)機(jī)相配合，使交流傳動(dòng)系統(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。 ，采用調(diào)速的方法，節(jié)電率可達(dá)到(20w60%。 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[[30] . 、工藝水平以及工作效率等，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因而長(zhǎng)期以來(lái)，在工農(nóng)業(yè)設(shè)備中占有率始終處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。 :變頻調(diào)速機(jī)械特性 V/f制就是這樣一種控制方式，改變頻率的同時(shí)控制逆變器的輸出電壓，使電機(jī)磁通保持一定，在廣范圍內(nèi)調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)的效率，功率因數(shù)不下降，因?yàn)槭强刂齐妷号c頻率之比，因而稱(chēng)為V/f}空制。載起動(dòng)是很不利的。 但最大轉(zhuǎn)矩Max卻隨介下降而減少，這是因?yàn)榻楦邥r(shí)，藥、數(shù)值較大，定子阻抗壓降的比例很小，介低時(shí)，E數(shù)值較小，定子阻抗壓降所占的分量就比較顯著。 這是恒電壓頻率比的協(xié)調(diào)控制方式(簡(jiǎn)稱(chēng)恒壓頻比)。Vm不變，則Eix和介要同步增加和減少。為使主磁通Im不變，(38)式可變?yōu)?份一‘.44}mKE、一。如果主磁通增大，從上式(38可知，則E,、增大，而(39中可知，E,、增大，勵(lì)磁電流Im也增大，使得電動(dòng)機(jī)的磁路飽和而引起勵(lì)磁電流發(fā)生畸變。Im coSl}/為電流有功分量。Xm為激磁電抗。E1 、 Imzm Im \Rm+JXm m(39) 式中，Im為激磁電流。K:為比例常數(shù)。磁通是由定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成產(chǎn)生的，怎樣才能保證磁通恒定呢?電動(dòng)機(jī)要求主磁通汽保持不變，不然影響電動(dòng)機(jī)的性能[[29] 式中，汽為主磁通。磁通太大，又會(huì)使鐵芯飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)。Vm為不變額定值。后來(lái)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的出現(xiàn)和不斷提高，使得變頻器在各個(gè)方面更加成熟和穩(wěn)定的發(fā)展。直到20世紀(jì)60年代，隨著晶閘管(SCR)功率的不斷增大，才使得變頻器調(diào)速成為了可能。 (3)接通和關(guān)斷的控制必須非常的方面。而要想實(shí)現(xiàn)逆變過(guò)程，這六個(gè)開(kāi)關(guān)器件必須滿足以下要求: (1)能承受足夠大的電壓和電流。 在變頻器中，逆變橋是變頻器的關(guān)鍵部分，它由六個(gè)開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成。此外，由于異步電動(dòng)機(jī)還具有對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，維護(hù)簡(jiǎn)單等許多直流伺服電動(dòng)機(jī)所不具備的有點(diǎn)，所以在許多需要進(jìn)行高速高精度控制的應(yīng)用中這種高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)正在逐步替代直流伺服系統(tǒng)。這也說(shuō)明變頻器也可以同時(shí)起到減壓起動(dòng)器的作用。而在采用變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于可以將變頻器的輸出功率降至很低時(shí)起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的 起動(dòng)電流很小，因而，變頻器輸入端電源的容量也可以比較小。因?yàn)樽冾l器是通過(guò)交流一直流一交流的電源轉(zhuǎn)換后對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，所以電源的功率因數(shù)不受電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的影響，幾乎為定值。而對(duì)于直流調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，則很難做到這一點(diǎn)。例如，在石化行業(yè)中，大部分都是有防爆和防腐蝕要求的環(huán)境，只需將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)，而使用普通的變頻器并將其安裝在有防爆和防腐蝕要求的環(huán)境之外的普通環(huán)境中即可。 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(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，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。s為轉(zhuǎn)差率。f為交流電的頻率。 三相交流異步電動(dòng)機(jī)從19世紀(jì)80年代發(fā)明后，人們就己經(jīng)知道其轉(zhuǎn)速:。而變頻器可以利用自己的制動(dòng)回路將這部分能量以熱能消耗或回饋給供電電網(wǎng)，并形成電氣制動(dòng)。 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(duì)于利用普通的電網(wǎng)電源運(yùn)行的交流拖動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(guò)程中可以通過(guò)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(duì)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(guò)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(lái)之后才能夠進(jìn)行換相操作。 利用普通的電網(wǎng)電源運(yùn)行的交流拖動(dòng)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，必須利用開(kāi)閉器等裝置對(duì)電源進(jìn)行換相切換。此外，當(dāng)采用矢量控制方式的變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，還可以直接控制電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。因此，在進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，可以通過(guò)控制變頻器的輸出頻率使電動(dòng)機(jī)工作在轉(zhuǎn)差較小的范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍很寬，并可以達(dá)到提高運(yùn)行效率的目的。 由于變頻器可以看作是一個(gè)頻率可調(diào)的交流電源，對(duì)于現(xiàn)有的進(jìn)行恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，只需在電網(wǎng)電源和現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)之間接入變頻器和相應(yīng)設(shè)備，就可以利用變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制，而無(wú)需對(duì)電動(dòng)機(jī)和系統(tǒng)本身進(jìn)行大的設(shè)備改造。通過(guò)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(mén)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(duì)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(lèi)負(fù)載來(lái)說(shuō)。它們?cè)诠I(yè)控制中各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面通過(guò)比較，詳細(xì)闡述變頻器控制系統(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。 (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。 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)。 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。 (3)采用相控方式，功率因數(shù)較低。 主要缺點(diǎn): (1接線復(fù)雜，使用的晶閘管較多。 交一交變頻器與交一直一交變頻器相比，有以下優(yōu)點(diǎn): (1只有一次變流，提高了變流效率。[26] 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。 : 變頻器中串入的電抗器 串聯(lián)在整流橋和濾波電容之間。削弱輸入電路中的浪涌電流對(duì)變頻器的沖擊。在輸入電路內(nèi)串入電抗器可有效的抑制較低諧波電流。 ③所有的電源線和信號(hào)線都要盡量屏蔽。具體方法如下: ①其他設(shè)備的電源線和信號(hào)線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變頻器的輸入、輸出線，相距的距離至少達(dá)到導(dǎo)體直徑的40倍，這樣干擾程度才不是很明顯。因此，變頻器在安裝使用時(shí)，必須對(duì)控制回路采取抗干擾措施。 變頻器的干擾主要分外部對(duì)變頻器的干擾和變頻器對(duì)外部的干擾[[zs] 當(dāng)供電電網(wǎng)內(nèi)有容量較大的其他的換流設(shè)備時(shí)，容易使電網(wǎng)中的電壓出現(xiàn)缺口現(xiàn)象，這樣使得變頻器的輸入側(cè)的整流電路有可能因出現(xiàn)較大的反向回復(fù)電壓而受到損壞。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算。目前，該技術(shù)己成功地應(yīng)用在電力機(jī)車(chē)牽引的大功率交流傳動(dòng)上。 ，又稱(chēng)DTC控制 1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。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)正交或解禍控制。Itl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(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制[[23]。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。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。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[}zz}。V/f制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但是這種變頻器采用開(kāi)環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。在交流變頻器中常用的非智能控制方式有V/f}}1}調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等[zy 1. v/f控制 即u/f = c，正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式。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。為直流電壓。是屬于短時(shí)間工作，所以比長(zhǎng)期通電時(shí)的消耗功率要小。R。U。其 UnI。 從圖3 .2中知，R?？偟膩?lái)說(shuō)，是通過(guò)消耗能量而獲得制動(dòng)轉(zhuǎn)距的，屬于能耗制動(dòng)狀態(tài)。因此，當(dāng)直流電壓超過(guò)一定值時(shí)，就要求提供一條放電回路，將再生的電能消耗掉。 (2)變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài) (VD7}VD12)全波整流后反饋到直流電路，由于直流電路的電能無(wú)法回輸給電網(wǎng)，只有靠C1和C2吸收，盡管各個(gè)部分的電路還在繼續(xù)消耗電能，但C1, C2上仍有短時(shí)間的電荷堆積，形成“泵生電壓”，使得直流電壓升高。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)距變成了制動(dòng)轉(zhuǎn)距，使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降。 (1)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài) 在頻率剛減少的瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。 (2)當(dāng)頻率下降、從而同步轉(zhuǎn)速下降時(shí)，為電動(dòng)機(jī)的再生電能反饋至直流電路提供通路。M=21 MAX式中，I MA、為輸出電流的最大值。逆變器件的選擇:C1)截止?fàn)顟B(tài)下的