【正文】 位領(lǐng)導(dǎo)、老師給予我許多熱忱的關(guān)懷和無私的教導(dǎo)，在此表示最忠心的感謝！ 對(duì)于參加我的論文答辯的各位老師，在此獻(xiàn)上我崇高的敬意和誠摯的感謝！ 27 參考文獻(xiàn) 1 松下 Panasonnic MINAS Aseries 伺服電機(jī) 2 三菱電機(jī)變頻調(diào)速器 500 系列 3 鄧則名 鄺穗芳編 《電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》 機(jī)械 工業(yè)出版社 4 S7200中文系統(tǒng)手冊(cè) 5 王永華主編 王東云 宋寅卯 鄭安平副主編 《現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù)》 北京航天航空大學(xué)出版社 6 林德杰主編 《電氣測(cè)試技術(shù)》 機(jī)械工業(yè)出版社 28 附 錄 附錄一：三菱變頻器 FRA540 控制特性 控制方式 柔性 PWM控制 /高載波頻率 PWM控制可選擇 V/F控制） 最佳勵(lì)磁控制 輸出頻率范圍 120Hz 頻率設(shè)定分辨率 模擬輸入 (端子 2 輸入： 12位 /0~10V， 11位 /0~5V， 端子： 12位 /10~+10V， 11位 /5~+5V） 數(shù)字輸入 頻率精度 模擬量輸入時(shí)最大輸出頻率的 177。我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過程中也遇到了很多自己解決不了的問題，而李老師也給予我們要注意的問題的提示和一些細(xì)節(jié)的解決方案。 26 致謝 本次設(shè)計(jì)能夠順利完成，我們必須要衷心的感謝我們的指導(dǎo)老師 李老師的指導(dǎo)和學(xué)院老師的關(guān)心。在設(shè)計(jì)過程中，我們始終 保持良好的團(tuán)隊(duì)精神，互相學(xué)習(xí)和交流經(jīng)驗(yàn)，終于順利完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。 （ 4） 要有團(tuán)體合作精神。 （ 3） 閱讀大量的參考資料，綜合運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)。 （ 2） 以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度對(duì)待設(shè)計(jì)中的每一個(gè)細(xì)節(jié)。 此次設(shè)計(jì)，還有以下幾點(diǎn)的體會(huì)： （ 1） 計(jì)之前要有一個(gè)宏觀系統(tǒng)的思路。第四章是對(duì)整體項(xiàng)目中可能會(huì)遇到的問題難題及其解決的辦法思路。在選擇構(gòu)成項(xiàng)目的各種構(gòu)件時(shí)，考慮到了技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素。第二章對(duì)方案進(jìn)行確定。緒論分析了 PLC 在張力控制的應(yīng)用。 25 第五章：項(xiàng)目小結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)的最后環(huán)節(jié)，也是四年所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，是對(duì)學(xué)生個(gè)人的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力、分析解決問題能力的一次考驗(yàn)。作為變頻調(diào)速系統(tǒng)中的控制核 心部分的變頻器，可以通過變頻器的控制面板或端子進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置 ,啟動(dòng)或停止變頻器運(yùn)行 ,讀取各種變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)等等?？梢圆捎脴?biāo)準(zhǔn)的 DC/DC 模塊，或者采用 V/F 轉(zhuǎn)換，光藕隔離再采用頻率設(shè)定輸入的方法。如果非要用模擬量控制時(shí)，建議一定采用屏蔽電纜，并在傳感器側(cè)或者變頻器側(cè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端一點(diǎn)接地。在變頻器組成的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，建議 盡量不要采用模擬控制，特別是控制距離大于 1M，跨控制柜安裝的情況下。另外在輻射干擾嚴(yán)重的場合，如周圍存在 GSM、或者小靈通機(jī)站時(shí)，可以對(duì)微機(jī)控制板添加金屬網(wǎng)狀屏蔽罩進(jìn)行屏蔽處理。 (2) 給微機(jī)控制板輸入電源加裝 EMI 濾波器、共模電感、高頻磁環(huán)等，成本低。 電機(jī)等強(qiáng)電控制系統(tǒng)的接地線必須通過接地匯流排可靠接地，微機(jī)控制板的屏蔽地，最好單獨(dú)接地。由 于用戶自己設(shè)計(jì)的微機(jī)控制板一般工藝水平差，不符合 EMC 國際標(biāo)準(zhǔn)，在采用變頻器后，產(chǎn)生的傳導(dǎo)和輻射干擾，往往導(dǎo)致控制系統(tǒng)工作異常，因此需要采取必要措施。3% RH 精 度： % ?！? 90176。 主要技術(shù)指標(biāo) : 型 號(hào)： WYTAT2 工作電壓： DC24V177。方便應(yīng)用于各類需要測(cè)量角度和角位移的設(shè)備和工作場合。 （ 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)部磁迴路的機(jī)械結(jié) 21 構(gòu) , 把角度的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)變化，實(shí)現(xiàn)無電接觸點(diǎn)的測(cè)量角度，角位移的變化，并經(jīng)精密集成放大電路 ,在確定的角度區(qū)間，線性輸出 4～ 20mA 電流信號(hào)或 0～ 5V， 15V 電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)傳感器和變送器一體化 .本產(chǎn)品帶有基準(zhǔn)和滿度的調(diào)節(jié)，方便修正和調(diào)節(jié)測(cè)量范圍。 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。 ⑤ 電機(jī)防護(hù)等級(jí)達(dá) IP65,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。 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。 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?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 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。 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 ,卷紙能夠正常回收 .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)。 (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)。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。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。 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。價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定。測(cè)量原理是非接觸（利用霍爾效應(yīng)）。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 。 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。 （ 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。如圖中的 H1， H2 間距所示。 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。 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。一般變頻器都具有此類補(bǔ)償功能。 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。 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。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。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。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。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。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。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 )。 （ 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。 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。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。 而 14 Φ＝ MIM 其中 M 為勵(lì)磁電感， IM為勵(lì)磁電流。 (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。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。下圖為一個(gè)簡單的三相逆變電路，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。 (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。控制電路還有 A/D 和 D/A 接口，使變頻器能與外部設(shè)備配合使用。主要作用是將檢測(cè)到的各種信號(hào)送至運(yùn)算電路。逆變器的輸出就是變頻器的輸出。除此之外，中間電路還包括有制動(dòng)電阻和其它輔助電路。一般情況下，整流輸出含有高頻電壓諧波分量 (其頻率為電源電壓頻率的六倍 )或電流紋波，影響了直流輸出的質(zhì)量，這就要用到中間電路進(jìn)行平滑。容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有交流拖動(dòng)系統(tǒng)的改造；在功率匹配合適的情況下 ,可以用一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)；通過與 PLC 等控制設(shè)備的連接可以組成高性能的控制系統(tǒng)；完善的故障診斷和保護(hù)功能 (過壓 ,欠壓 、過流、過載、短路等故障的檢測(cè)與顯示 )等等?？梢詫?duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行連續(xù)調(diào)速 ,最高速度不受電源的影響 。 變頻器的用途 提高生產(chǎn)率、生產(chǎn)質(zhì)量、節(jié)約能源和控制功能的高度自動(dòng)化是變頻器的主要特 點(diǎn) .采用變頻器對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制 ,可以很方便地進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換 ,進(jìn)行高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn) 。 12 變頻器的定義 : 變頻器是在保證電機(jī)原有性能的情況下，通過改變電機(jī)的供電頻率和電壓的方式，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)的現(xiàn)代電力電子設(shè)備。交流變頻調(diào)速技術(shù)在這一階段得到了很大的發(fā)展，先后出現(xiàn)了變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、交流串極調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等交流調(diào)速方式。 變頻器 隨著生產(chǎn)力的提高，工業(yè)進(jìn)程化的加快，電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力拖動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)源，在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛使用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，其消耗的電能約占了總工業(yè)耗電量的 60%左右，在經(jīng)歷了 70 年代的中期的能源危機(jī)后，人