【正文】 構(gòu)成 變頻器的控制電路 包括主控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路以及保護(hù)等幾個(gè)部分，是變頻器的核心部分。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。 （ 3）逆變電路 逆變電路是變頻器主要的部分之一。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。 （ 2）整流電路 一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。在器件的控制模式上，從電流型控制模式及發(fā)展到電壓型控制模式。 變頻器簡(jiǎn)介 變頻器主電路 （ 1）電力電子開(kāi)關(guān)器件 電力半導(dǎo)體器件已經(jīng)歷了以晶閘管為代表的分立器件，以可關(guān)斷晶閘管 (GTO)，巨型晶體管 (GTR)，功率 MOSEFT、絕緣柵雙極晶體管 (GITB)為代表的功率集成器件 (PIO)，陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 14 以智能化功率集成電路 (SPIC)，高壓功率集成電路 (HVIC)為代表的功率集成電路 (PLC)等三個(gè)發(fā)展時(shí)期?？梢杂媚K電位器來(lái)改變它對(duì)應(yīng)的特殊寄存器中的數(shù)值，可以即時(shí)更改程序運(yùn)行中的一些參數(shù) :可用以對(duì)信息加注時(shí)間標(biāo)一記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^(guò)程進(jìn)行時(shí)間控制 。高速計(jì)數(shù)器，速度為 30kHz，可編程并具有復(fù)位輸入，多個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)用作加減計(jì)數(shù)，可以連接相 應(yīng)數(shù)量的相位差為 90’的 A/B 相增量編碼器。高速反應(yīng)，脈沖捕捉功能，可以用于普通輸入端子捕捉比 CPU 掃描周期更快的脈沖信號(hào) 。輸入同時(shí)接通的 數(shù)量 24路輸入，主機(jī)輸出 16 路輸出 。 S7200CPU226 這種模塊功能增強(qiáng)，主機(jī)輸出和輸入點(diǎn)為 40點(diǎn)，最大可以擴(kuò)展為 248點(diǎn)數(shù)字量或 35 模擬量，通信能力增強(qiáng)，可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 （ 2）掃描周期 S7200 系統(tǒng)的掃描周期包括 :輸入處理、執(zhí)行程序、處通信請(qǐng)求、執(zhí)行 CPU 自診測(cè)試和寫(xiě)輸出?？梢詫⒂脩舫绦虼鎯?chǔ)在 RAM 中的字節(jié)、字或雙字?jǐn)?shù)據(jù)備份到 EEPROM 存儲(chǔ)可以保存變量存儲(chǔ)區(qū)任意位置的數(shù)據(jù)。 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)電源掉電的意外情況，可以設(shè)置 CPU 參數(shù)定義可選的保持的存儲(chǔ)區(qū)。用戶程序是必選部分，數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊是可選部分，參數(shù)塊主要是指 CPU 的組態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)塊主要是用戶程序執(zhí) 行過(guò)中所用到和生成的數(shù)據(jù)。 圖 32 S7200PLC 系統(tǒng)組成 （ 1） S7200 系列 PLC 的存儲(chǔ)系統(tǒng) S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 13 (a)存儲(chǔ)系統(tǒng) :S7200 系列 PLC 的存儲(chǔ)系統(tǒng)由 RAM 和 EEPROM 兩種型存儲(chǔ)器構(gòu)成， CPU模塊內(nèi) 部配備一定容量的 RAM 和 EEPROM，同時(shí)，模塊支持可選的 EEPROM 存儲(chǔ)器卡。 SiemensS7200 系列 PLC 特性 西門(mén)子 S7200系列可編程控制器是當(dāng)前小型 PLC領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)先進(jìn)、性能 /價(jià)格比高、單元 /模塊齊全的主流產(chǎn)品系列之一。 （ 3）設(shè)計(jì)安裝容易，維護(hù)工作量少。 ，立即把狀態(tài)重要信息存入指定存儲(chǔ)器，禁止對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行任何不穩(wěn)定的讀寫(xiě)操作，以防止存儲(chǔ)器信息被沖掉。且有些模塊還設(shè)置了連鎖保護(hù)、自診斷電路等。 硬件方面 : ，在微處理與工 /O 電路之間采用光電隔離減少外部干擾源對(duì) PLC 的影響。 PLC 的主要特點(diǎn) （ 1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，平均故障時(shí)間為幾十萬(wàn)小時(shí)。 塊傳輸輸出方式則可靈活地配置輸出模塊的工作方式。同樣，模擬量輸出方式的數(shù)據(jù)處理也存在塊傳輸與輸出映像區(qū)兩種方式。模塊的地址反映在塊轉(zhuǎn)移指令的配置中，而輸入的數(shù)據(jù)本身在存貯時(shí)不受地址的約束。一般有兩種方式，一是使用指令充分利用多通道一次性將幾個(gè)或十幾個(gè)值放入寄存器數(shù)據(jù)區(qū)中，稱(chēng)為塊轉(zhuǎn)移輸入。 模擬量輸入模塊提供不止一個(gè)通道的輸入，因而只要信號(hào)兼容或類(lèi)型相同，就能連接幾個(gè)或十幾個(gè)輸入信號(hào)。因此，模擬量輸出模塊又叫 AD/轉(zhuǎn)換輸出模塊。因此，模擬量輸入模塊又叫 D/A 轉(zhuǎn)換輸入模塊。模擬量輸入的電平大多是從傳感器通過(guò)變換后得到的，模擬量輸入信號(hào)按 EIC 標(biāo)準(zhǔn)為 420mA 電流信號(hào)，或 15V、 1010V、 010V 的直流電壓信號(hào)。將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成為模擬量的原理 :首先將數(shù)字信號(hào)并行輸入給 DA/轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出一個(gè)矩形波，經(jīng)過(guò)放大濾波之 后即變成一個(gè)連續(xù)變化的模擬量輸出信號(hào)。根據(jù)事先確定的頻率對(duì)波形采樣，假定采樣四次 (1t、 2t、 3t 和 4t)，如圖 31。輸出單元將 CUP 送出的弱電控制信號(hào)通過(guò)輸出電路的光電隔離和功率放大等方法轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥、 電磁鐵等執(zhí)行元件。 （ 3） I/O 單元 l/0 單元也稱(chēng)為 1/0 模塊。它還用來(lái)存放 A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。 數(shù)據(jù)表用來(lái)存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開(kāi)辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表。 :工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懭?EPROM。由于用戶程序需要經(jīng)常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶程序存儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫(xiě)的 RMA。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器 RMO 或 EPROM。 它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能， 完成以下任務(wù) : ； 、 LPC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語(yǔ)法錯(cuò)誤； ，送入 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來(lái)； 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作； 。 CUP 底板與擴(kuò)展底板之間通過(guò)電纜連接，距離一般不超過(guò) 10m 無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的 PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。 組合式 PLC 將 CUP 單元、輸入單元 ,輸出單元、智能 I/0 單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過(guò)底板上的總線相互聯(lián)系。另外還有獨(dú)立的 I/0擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。按結(jié)構(gòu)形式的不同， PLC 可分為整體式和組合式兩類(lèi)。它較 好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題。 PLC 自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò) 20 年的發(fā)展，己經(jīng)成為最受歡迎的工業(yè)控制類(lèi)產(chǎn)品。 S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 9 第三章 PLC 和變頻器技術(shù)簡(jiǎn)介 PLC 概述 可編程程序控制器 (Program label Controller)，因?yàn)樵缙谥饕獞?yīng)用于開(kāi)關(guān)量的控制，因此也稱(chēng)為 PLC(programmable Logic Controller)，即是可編程邏輯控制器。其控制的原理與負(fù)荷分配原理不矛盾，利用它可以獲得良好的動(dòng)態(tài)性能和具有速度限幅保護(hù)。 各公司相繼推出多傳動(dòng)的解決方案，通過(guò)其變頻器附加軟件或控制板實(shí)現(xiàn)，如 ABB公司的主 從應(yīng)用宏軟件、西門(mén)子的工藝板等。所以要求負(fù)載在運(yùn)行時(shí)必須一直處于加壓狀態(tài)或類(lèi)鋼性連接。這是因?yàn)楫?dāng)從機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速低，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速高，空載時(shí)甚至達(dá)到最大 頻率。從機(jī)時(shí)刻跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化，起到負(fù)荷分配控制的目的。采用這些變頻器可以利用轉(zhuǎn)矩控制方式解決負(fù)荷分配的問(wèn)題。是上述其它控制所不能達(dá)到的效果。 使用 PLC 解決負(fù)荷分配問(wèn)題，其優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)試容易、工作可靠，但不適之處在于過(guò)于專(zhuān)業(yè)化，對(duì)用戶技術(shù)要求較高。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線，變頻器可以和工控機(jī)、 PLC 之間進(jìn)行通訊，交換數(shù)據(jù)。 PLC 通訊控制負(fù)荷分配采用全數(shù)字化控制， PLC 采樣電機(jī)電流轉(zhuǎn)矩，依據(jù)負(fù)荷分配控制算法精確計(jì)算，控制變頻器達(dá)到負(fù)荷平衡。這種控制方法簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠，適用性較好。 PLC 控制負(fù)荷分配 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 8 有些變頻器、直流調(diào)速裝置沒(méi)有通訊控制功能，負(fù)荷分配只能通過(guò)端口控制。 交流傳動(dòng)采用變頻調(diào)速后，交流電機(jī)沒(méi)有像直流調(diào)速那樣明確的電流環(huán)、速度環(huán)，又不能直接控制變頻器內(nèi)的電流環(huán)，所以做負(fù)荷分配較為復(fù)雜，現(xiàn)在常用也較為實(shí)用的方法有： 負(fù)荷分配控制器是專(zhuān)門(mén)用來(lái)解決變頻器、直流調(diào)速裝置的負(fù)荷分配問(wèn)題。 負(fù)荷分配設(shè)計(jì)方法 傳動(dòng)系統(tǒng)分為兩大類(lèi)直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)，所以負(fù)荷 分配設(shè)計(jì)也依據(jù)傳動(dòng)形式有不同的控制方法。 負(fù)荷分配就是依據(jù)電機(jī)電流，利用上述原理對(duì)控制的各臺(tái)電機(jī)調(diào)節(jié)，使電機(jī)電流百分比一樣，即各電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流和額定電流比值應(yīng)相等。在實(shí)際控制當(dāng)中，電機(jī)功率是一間接量。系統(tǒng)工作要求P1=P*P1e/Pe， P2=P*P2e/Pe， P3=P*P3e/Pe。 P1e、 P2e、 P3e 為三臺(tái)電機(jī)額定功率， Pe 為額定總負(fù)載功率， Pe=P1e+P2e+P3e。 圖 24 帶負(fù)荷分配點(diǎn)的速度鏈圖 負(fù)荷分配控制中我們選取一臺(tái)電機(jī)作為本組主電機(jī)，連接在速度鏈上，其它電機(jī)作為子電機(jī)，形成子鏈控制結(jié)構(gòu)。而且在負(fù)荷分配調(diào)節(jié)過(guò)程中不能影響其它各分部的速度。當(dāng)負(fù)荷不能均勻分布時(shí)，有可能撕壞毛布或造成斷紙。對(duì)于造紙機(jī)如網(wǎng)部真空伏輥、驅(qū)網(wǎng)輥同時(shí)帶一條網(wǎng)；壓榨部真空吸移、真空壓榨等復(fù)合壓榨；光壓上、下輥；施膠機(jī)上、下輥等都屬于多電機(jī)傳動(dòng)。例如壓榨部?jī)奢亯赫?，上下傳?dòng)輥都有自己的傳動(dòng)電機(jī)，通過(guò)加壓同步運(yùn)行。依此類(lèi)推，構(gòu)成速度鏈控制系統(tǒng)。若正常生產(chǎn)中變 比合適，某種原因需要用緊紙、松紙時(shí)，按下該分部緊紙、松紙按鈕， PLC 將對(duì)應(yīng)在速度鏈上附加一正或負(fù)的偏移量則實(shí)現(xiàn)緊紙、松紙功能。若第二分部速度不滿足運(yùn)行要求，說(shuō)明第二分部變比不合適，可通過(guò)操作第二分部的加速、減速按鈕實(shí)現(xiàn)， PLC檢測(cè)到按鈕信號(hào)后調(diào)節(jié) b1 即調(diào)整了變比，使其適應(yīng)生產(chǎn)要求。 圖 23 PLC 程序速度鏈原理圖 在 PLC 內(nèi)，我們檢測(cè)到車(chē)速調(diào)節(jié)信號(hào)則改變車(chē)速單元值， 1 點(diǎn)處的速度就為第一臺(tái)變頻器的運(yùn)行速度設(shè)定值，將其送第一臺(tái)變頻器執(zhí)行，并送給第二臺(tái)計(jì)算。 （ b）算法設(shè)計(jì) 算法設(shè)計(jì)采用了調(diào)節(jié)變比的控制方法。 圖 22 位置寄存器示意圖 該傳動(dòng)點(diǎn)速度給變頻器后，訪問(wèn)位置寄存器，確定子寄存器結(jié)點(diǎn)號(hào)，若不為 0，則對(duì)該經(jīng)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)處理，直到該鏈完全處理完；再查兄弟寄存器結(jié)點(diǎn)號(hào)，處理另一支鏈。即任一傳動(dòng)點(diǎn)由 3個(gè)數(shù)據(jù)（“父子兄”或“父子弟”）確定其在速度鏈中的位置，填位置寄存器數(shù)值。首先對(duì)各傳動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字抽象，確定速度鏈中各傳動(dòng)點(diǎn)編號(hào)，此編號(hào)應(yīng)與變頻器內(nèi)部地址一致。下面介紹一種設(shè)計(jì)方法說(shuō)明 PLC 速度鏈的軟件設(shè)計(jì)。速度鏈控制由 PLC 內(nèi)部軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 5 圖 21 電動(dòng)電位器型速度鏈的構(gòu)成 （ 2）基于 PLC、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通訊控制的速度鏈 隨著計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)的發(fā)展，紙機(jī)傳動(dòng)控制過(guò)程中廣泛采用通訊控制方式，利用RS485 總線或現(xiàn)場(chǎng)總線 CAN 總線、 ProfibusDP 總線與變頻器通訊完成紙機(jī)傳動(dòng)控制。 K01K0n 為 AC24V 的繼電器。圖 21 中只畫(huà)出了速度增加部分，速度減少部分與此完全相同。下面我們將對(duì)兩種數(shù)字式速度鏈作以介紹。 速度鏈的分類(lèi) 一般來(lái)說(shuō)速度鏈可分為兩類(lèi)： 其中數(shù)字鏈其根據(jù)操作又可分為按鍵式，觸摸屏式，根椐控制器又可分為速度鏈控制器式，電動(dòng)電位器、 PLC 控制式，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)式，但無(wú)論是哪一種方式都具有操作方便、準(zhǔn)確、抗干擾力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 ，由于工廠中工人的文化程不一，因此一定要注意操作不能太復(fù) 雜。 ，速度鏈一定要滿足紙機(jī)傳動(dòng)中的精度。發(fā)展的明顯的特征是變頻器的體積在變小，同時(shí)功能逐漸增強(qiáng)，維護(hù)操作更為方便 .并開(kāi)始從模擬量速度鏈技術(shù)，發(fā)展到數(shù)字化技術(shù)使得更為高級(jí)的變頻器誕生，內(nèi)部采用模塊化的結(jié)構(gòu)，使得參數(shù)的配置與修改及各功能的實(shí)現(xiàn)乃至連接更為方便，速度鏈上傳遞的為數(shù)頻信號(hào)，使系統(tǒng)的抗干擾能力更強(qiáng)，故障的診斷，信號(hào)的檢查也很方便 .數(shù)頻處理、速度設(shè)定、馬達(dá)控制等模塊的鏈接位置讓操作者修改參數(shù)比較直觀、簡(jiǎn)潔，同時(shí)也進(jìn)入變頻器在紙廠應(yīng)用發(fā)展的第三階段 . 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 4 第二章 速度鏈與負(fù)荷分配 速度鏈的定 義 在紙機(jī)分布式傳動(dòng)中，由于各相鄰傳動(dòng)點(diǎn)之間的速度應(yīng)保持一定的比例，且在車(chē)速調(diào)整過(guò)程中，應(yīng)滿足只影響本級(jí)和本級(jí)以后的各傳動(dòng)點(diǎn)，而不影響前面各傳動(dòng)的速度，這樣每傳動(dòng)點(diǎn)在前一級(jí)的基礎(chǔ)上可以調(diào)整并把速度信號(hào)傳送給下一級(jí)形成一個(gè)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，即為速度鏈。針對(duì)中低檔紙機(jī)來(lái)說(shuō)，裝機(jī)容量不太大交流調(diào)速具有大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。 (2)系統(tǒng)造價(jià)低：同直流傳動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)比，異步電機(jī)的價(jià)格要比直流電機(jī)的價(jià)格低130350；另外， 技術(shù)的發(fā)展使得變頻器成本逐年下降，現(xiàn)市