【正文】 2 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。 DCS 可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業(yè)中廣泛使用的，盡量將控制所造成的危險性分散 ,而將管理和顯示功能集中的一種自動化高技術(shù)產(chǎn)品。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算 ,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 變頻器在控制上具體有以下優(yōu)點(diǎn)： （一）控制電機(jī)的啟動電流 ， （二）降低電力線路電壓波動 ， （三）啟動時需要的功率更低 ， （四）可控的加 速功能 ， （五）可調(diào)的運(yùn)行速度 ， （六）可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限 ， （七）受控的停止方式 。它的節(jié)能、省力、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣 、調(diào)速精度高、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn) ,在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中 ,變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用。自上世紀(jì) 80年代被引進(jìn)中國以來 ,變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設(shè)備 ,得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 1 1 第一章 緒論 1． 1,變頻器的概述 在我國變頻器主要用于交流電動機(jī) 異步電機(jī)或同步電機(jī)。轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) ,是公認(rèn)的交流電動機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案 ,除了具有卓越的調(diào)速性能之外 ,變頻器還有顯著的節(jié)能作用 ,是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。目前 ,中國的設(shè)備控制水平與發(fā)達(dá)國家相比還比較低 ,制造工藝和效率都不高 ,因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。 變頻調(diào)速這一技術(shù)正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。尤其是在高能耗、低產(chǎn)出的設(shè)備較多的企業(yè) ,采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益 ,同時這也是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。 1． 2， 可編程控制器 PLC 的概述 PLC 可編程序控制器： PLC英文全稱 Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是 :一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。 DCS 集散系統(tǒng) : DCS 英文全稱 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全稱為集散型控制系統(tǒng)。 DCS一般由五部份組成： 1：控制器 2： I/O 板 3：操作站 4：通訊網(wǎng)絡(luò) 5：圖形及遍程軟件。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 個人計算機(jī)（簡稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC），現(xiàn)在，仍常常將 PLC簡稱PC。國際電工委員會（ IEC）對 PLC 的定義是：可編程控制器是 一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40%。 1． 3， 可編程控制器 和變頻器通訊的概述 在傳統(tǒng)的 plc—— 變頻控制集成系統(tǒng)中，變頻器的啟動 /停止與故障監(jiān)控由 PLC 通過開關(guān)量實(shí)現(xiàn)端對端控制。變頻器出現(xiàn)故障時由 PLC 讀取變頻器的故障報警觸點(diǎn)，對具體故障原因并不清楚，需查詢變頻器報警信息后再閱讀變頻器說明書才知道。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC與上 位計算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。 PLC 的通信，還未實(shí)現(xiàn)互操作性， IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)， PLC 各廠家均有采用。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展；其次，針對不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機(jī)制的前提下進(jìn)行；再次綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼 容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。比較傳統(tǒng)的應(yīng)用一般是使用 PLC 的輸出接點(diǎn)驅(qū)動中間繼電器 控制 變頻器 的啟動、停止或是多段速 。但是對于大規(guī)模自動化生產(chǎn)線，一方面 變頻器 的數(shù)目較多，另一方面電機(jī)分布的距離不一致。而使用 RS485 通訊 控制 ，僅通過一條 通訊 電纜連接，就可以完成 變頻器 的啟動、停止、頻率設(shè)定 。該 系統(tǒng) 成本低、信號傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)。這一重大轉(zhuǎn)變使計算機(jī)的可用性問題變得日益突出起來。這些問題既 涉及人也涉及計算機(jī)及一些相關(guān)的學(xué)科如：心理學(xué)、人的因素學(xué)（ HumanFactors）、社會學(xué)、語言學(xué)等。研究人機(jī)界面的各種理論和方法 :(1)分析與評價技術(shù) :用于分析、評價用戶界面有效性的理論和經(jīng)驗(yàn)方法，如任務(wù)分析、話語分析、內(nèi)容分析及可用性評價等。 (３ )開發(fā)工具和方法 :支持用戶界面開發(fā) 的工具箱、用戶界面管理系統(tǒng)（ UIMS）、快速原型法和程序設(shè)計輔助工具等。 (５ )關(guān)鍵用戶界面成分：如用戶界面隱喻（ metaphor）、用戶界面風(fēng)格、智能界面技術(shù)、取消、超文本／超媒體以及聯(lián)機(jī)幫助。 (７ )特定應(yīng)用的用戶界面設(shè)計：滿足某類應(yīng)用問題對人機(jī)交互作用的特定限制 4 4 條件和要求的用戶界面設(shè)計。 人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行交互的操作方式 ,即用戶與機(jī)器互相傳遞信息的媒介 ,其中包括信息的輸入和輸出。它是計算機(jī)科學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)兩大科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物 ,它涉及當(dāng)前許多熱門的計算機(jī)技術(shù) ,同時也是吸收了語言學(xué)、工業(yè)設(shè)計、人機(jī)工程學(xué)和社會學(xué)的研究成果 ,是一門交 叉性、邊緣性、綜合性的學(xué)科。 第二章 方案設(shè)計與準(zhǔn)備工作 2． 1,設(shè)計準(zhǔn)備 及方案設(shè)計 本設(shè)計 主要設(shè)計變頻試驗(yàn)臺直線運(yùn)動結(jié)構(gòu)及基于 S7200 速度示教系統(tǒng)控制軟件。 （ 5） 實(shí)現(xiàn)操作的 在線模擬 . 根據(jù)這些設(shè)計要求，設(shè)計以下方案： （ 1） ，第一步，先了解 LS 的 GI5 系列變頻器的基本操作， 熟悉其參數(shù)，并基本可以 利用變頻器的變頻來控制電機(jī)的起停，加減速等控制。 （ 3） ，第三步， 利用計算機(jī)編寫協(xié)議，通過計算機(jī)編寫的協(xié)議對變頻器進(jìn)行手動發(fā)送。 （ 5），第五步，將 PLC 直接與變頻器連接，對變頻器進(jìn)行協(xié)議發(fā)送，從而控制變頻器。 （ 7），第七步，將存儲的實(shí)時數(shù)據(jù)再次對計算機(jī)進(jìn)行發(fā)送，觀察串口發(fā)送接收軟件所接收到協(xié)議，計算核對正確與否 硬件方案的設(shè)計如下： 設(shè)計 PLC控制變頻器操作，變頻器輸出到電機(jī)，控制電機(jī)運(yùn)行。設(shè)計 同步帶的行程為 1m，設(shè)計限速為 。 根據(jù)此設(shè)計方案，初步準(zhǔn)備以下器材： LG的 IG5變頻器一臺，西門子 S7200PLC一臺，含有 COM口的計算機(jī)一臺， Eview觸摸屏一個， 二級減速器一個，交流電機(jī)一臺， 交流繼電器和二級管兩個， V帶輪和同步帶輪分別兩個， V帶 n根和同步帶 1根，滑塊一個，電線若干， 458 轉(zhuǎn) 232通訊線一個， PPI電纜一根， PPI轉(zhuǎn) PC電纜一根及其他待定零件若干。 并根據(jù)電路原理圖，參考變頻器電路電路接口圖，連接電路。 變頻器電線連接時，還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： 如果電源連接提供到了輸出端子 (U,V,W)， 變頻器的內(nèi)部將會損壞。 配線碎片可以導(dǎo)致錯誤， 衰減和故障。在電源斷開的時候， 電容器仍然充滿高電壓，十分危險， 小心。 安排相序時不需要考慮。 如果正轉(zhuǎn)開關(guān) (FX)處于 on，從電機(jī)負(fù)載的方向看， 電機(jī)應(yīng)該按順時針方向轉(zhuǎn)動計數(shù)器。 2. D B 電阻器是可以選擇的 B2 B1 FM JOG 寸動 屏蔽 DB 電阻器2 RS 485 通訊 S+ S 2． 3，機(jī)械部分的設(shè)計 由于同步帶的限速為 ，行程為 1000mm，滑塊為輕負(fù)載，日工作時間小于 10小時。 則滑塊的重量 m= 103 2 10 3? = 45 號鋼的摩擦因數(shù)為μ = 則同步帶帶動滑塊時，所需要的拉力 F=μ G= 156= 則 W=FV=234 =0。 所以初估設(shè)計功率 P= 由于同步帶的轉(zhuǎn)速限制在 ， 為了滿足速度要求，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速， 所以設(shè)計直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)的傳動機(jī)構(gòu)為電機(jī)連接 V 帶，再連接減速器傳動。 選取減速器 為河北橋星減速機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的 型號為 ZLY ZB J19004 的減速器。 電動機(jī) 校核 （ 1）、同步帶傳動所需有效功率 kWPw ? 9 9 （ 2）、傳動裝置總效 率 23VBG23η η η ηV η η η 5 7 9 604VB G B? ? ???帶 傳 動 效 率 ： ＝閉 式 齒 輪 傳 動 效 率 ： ＝得 ＝ ＝ （ 3）、所需電動機(jī)功率 KWPP Wd ??? 過載系數(shù) K取 1， dcd PkP ?? = 所選電機(jī)的功率為 370W，轉(zhuǎn)速為 1440r/min 所以所選電機(jī)符合設(shè)計要求 電動機(jī)型號選擇 YSJB90S,選取電動機(jī)的外形及安裝尺寸：總長 L＝ 310mm，總高 A＝ 140㎜，軸伸長直徑 D＝ 20mm，長度 E=50㎜ 。 ???? DDi 傳動比誤差 %3%1%100 39。 選取軸的直徑為 24mm，選取其材料為45 號鋼。從動輪的轉(zhuǎn)距 M＜ F R=234=，根據(jù)類比法，此軸的強(qiáng)度符合設(shè)計。如軸承所受載荷的大小，方向及性質(zhì)；軸向固定型式；調(diào)心性能要求；剛度要求；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境；經(jīng)濟(jì)性等。深溝球軸承的價格較低，經(jīng)濟(jì)性好。根據(jù)軸承所需內(nèi)徑 d=20mm,選擇 16004 型號的深溝球軸承。極限轉(zhuǎn)速 15000r/min＞ 。 14 14 第三章 通訊協(xié)議的編寫與計算 變頻器 的 參數(shù)設(shè)置 運(yùn)用到的參數(shù)如下 編碼 說明 顯示鍵 設(shè)定范圍 單位 出廠值 DRV00 運(yùn)行中：輸出頻率 , 停止時：顯示給定頻率 0 –最高頻率 . (FU120) [Hz] DRV01 加速時間 ACC 0 to 6000 秒 秒 DRV02 減速時間 DEC 0 to 6000 秒 秒 DRV03 運(yùn)行模 式 (Run/Stop 方式 ) Drv 0 (操作面板 ) Fx/Rx1 1 1 (Fx/Rx1) 2 (Fx/Rx2) 3 (RS485) DRV04 頻率模式 (Freq. 設(shè)定方式 ) Frq 0 [操作面板 1] 操作面板 1 0 1 (操作面板 2) 2 (V1) 3 (V2) 4 (V1+I) 5 (RS485) DRV13 顯示旋轉(zhuǎn)方向 drc F (正向運(yùn)行 ) F r (反向運(yùn)行 ) 15 15 變頻器的控制面板的主要按鍵和顯示燈如下： 區(qū)分 顯示 名稱 說明 鍵 FUNC 設(shè)定值 數(shù)據(jù)設(shè)定模式開始 /結(jié)束 ▲ (Up) Up key 使用于移動代碼或增加設(shè)定值時 . ▼ (Down) Down key 使用于移動代碼或減少設(shè)定值時 RUN 運(yùn)行 key 用于運(yùn)行變頻器 STOP/RESET 停止 /復(fù)位鍵 運(yùn)行中暫停指令鍵 故障發(fā)生時，解除故障 LED REV 反向顯示 反向運(yùn)行時點(diǎn)燈 FWD 正向顯示 正向運(yùn)行時點(diǎn)燈 SET 設(shè)定值 使用 FUNC 鍵，設(shè)置參數(shù)時點(diǎn)燈 RUN 運(yùn)行 定速時點(diǎn)燈，加減速度中時閃亮 變頻器的參數(shù)設(shè)置方法： 變頻器內(nèi)存很多參數(shù)。 首先移動欲變更的編碼 按下 FUNC 鍵 LCD的 LED（ SET）會點(diǎn)燈。 在 FU294[參數(shù)閉鎖 ]中啟動參數(shù)閉鎖功能 。最后將顯示鍵的 鍵調(diào)到需要的頻率即可 16 16 （ 2） 變頻器外部電壓控制調(diào)速 先將運(yùn)行模式設(shè)定為 1，即 Fx/Rx1 模式，再將頻率模式設(shè)定為 0，即操作面板 1 模式。這種方法為最直接的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。缺點(diǎn)：調(diào)控不方便，效率低，實(shí)時性較差。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)控方便，快捷。 協(xié)議的撰寫 （ 1） 計算機(jī)的串口調(diào)試 用一根含兩 232串口的數(shù)據(jù)線連接計算機(jī)，進(jìn)行 16 進(jìn)制數(shù)的對發(fā)，測試串口的好壞，并熟悉串口數(shù)據(jù)發(fā)送軟件。一個是 LG變頻器專用協(xié)議另外是MODBUSRTU 方式。通訊架構(gòu)是 iG5變頻器作為從機(jī)，計算機(jī)作為主機(jī)。 The numberof Address to Write 是需要寫入?yún)⒖嫉刂返臄?shù)目，最大為 8， Data 為需要寫入的數(shù) 19 19 據(jù)， SUM 用以檢測通訊錯誤，這里 SUM=(Drive NO. + CMD + Address + The numberof Address to Write+DATA)算出來之后的 ASCIIHEX 格式時的低 8 位。 注：發(fā)送協(xié)議時，都是以 ASCIIHEX 格式發(fā)送，開頭結(jié)尾各一字節(jié)， Drive No 為 2 字節(jié)，01 的發(fā)送