【正文】 高效率的目的。在近 20 年的時間內(nèi)，經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 兩個大發(fā)展過程。到了 90 年代初，BJT 通用變頻器的容量達(dá)到了 600KVA,400KVA 以下。 變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用“平面安裝技術(shù)” 等一系列措施，促進(jìn)了變頻電源裝置的小型化。 電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展。 人們總結(jié)了交流調(diào)速電氣傳動控制的大量實踐經(jīng)驗，并不斷融入軟件功能。 目前出現(xiàn)了一類“ 多控制方式 ”通用變頻器。通過控制面板，可以控制上述四種控制方式中的一種，以滿足用戶的需要。最初通用變頻器僅用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行等，到目前為止，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)?shù)臄U(kuò)展。各類切削機(jī)床直到高速磨床乃至數(shù)控機(jī)床、加工中心超高速伺服機(jī)的精確位置控制都己應(yīng)用通用變頻器。具體內(nèi)容如下：⑴ 在理論研究的基礎(chǔ)上，對變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行總體方案的設(shè)計。⑶ 在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，對變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計，包括程序的編寫和分析。⑸ 采用良好的抗干措施使系統(tǒng)更具穩(wěn)定性。一般電動機(jī)主要由兩部分組成：固定部分稱為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子。當(dāng)磁極沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動勢。因為運(yùn)動是相對的，假如磁極不動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，則導(dǎo)條中同樣也能感應(yīng)出電動勢來。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場相互作用，而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。 變頻調(diào)速原理變頻器可以分為四個部分，如圖 所示。給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。整流器 平波電路 逆變器M控制電路圖 變頻器簡化結(jié)構(gòu)圖⑴ 整流器。⑵ 平波回路（中間直流環(huán)節(jié)） 。無論電動機(jī)處于電動狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)，起始功率因數(shù)總不會等于 1。⑶ 逆變器。逆變器的結(jié)構(gòu)形式是利用 6 個半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變器電路。⑷ 控制回路。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制，對整流器的電壓控制，以及完成各種保護(hù)功能。 變頻調(diào)速的基本控制方式⑴ 普通控制型 V/f 通用變頻器① 普通控制型 V/f 通用變頻器是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路比較簡單；電動機(jī)選擇通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動機(jī)，因此其通用性比較強(qiáng)，性價比比較高，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。這樣的控制方法叫做磁鏈跟蹤控制。⑵ 矢量控制方式矢量控制方式的基本思想是：仿照直流電動機(jī)的調(diào)速特點，使異步交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速也能通過控制兩個互相獨立的直流磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)。無速度傳感器的矢量控制。主要性能是：在 1：10 的速度范圍內(nèi)。工作模式可采用軟件功能選擇。轉(zhuǎn)速的實際值可以利用由微型機(jī)支持的對異步電動機(jī)進(jìn)行模擬的仿真模型來計算。這種方式的主要特征更是：在速度設(shè)定值的全范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩上升時間大約為 15ms，速度設(shè)定范圍大于 1：100；對于閉環(huán)控制而言，轉(zhuǎn)速上升時間不大于 60ms。圖 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖由圖 可知，本文通過 PLC 控制變頻器達(dá)到變頻調(diào)速的目的，從而實現(xiàn)交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、起停、加速、減速控制以及速度的調(diào)節(jié)，并且能夠在在觸摸屏上進(jìn)行操作，控制電機(jī)調(diào)速。因此，在選用電動機(jī)種類時，若機(jī)械工作對拖動系統(tǒng)無過高要求，應(yīng)優(yōu)先選用交流電動機(jī)。在電機(jī)工作中起動、制動比較頻繁，為提高生產(chǎn)率，又要求電動機(jī)具有較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩以縮短起動制動時間，同 PLC控制信號觸摸屏變頻器 M時還有一定的調(diào)速要求，所以本設(shè)計采用籠型異步電動機(jī)，其參數(shù)為：型號：WDJ26；電壓：380V；接法：角接；轉(zhuǎn)速：1430r/min。 開環(huán)控制的選擇開環(huán)控制是最簡單的一種控制方式，他所具有的特點是，控制量與被控制量之間只有前向通路而沒有反向通路。由于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，成本低。因此，本系統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng)。其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價格相對較貴。本設(shè)計采用的變頻器是西門子公司面向世界推出的 21 世紀(jì)通用型變頻器MM420。MM420 變頻器的特點如下： ⑴ 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 ⑶ 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。⑸ 通過 LCD 操作裝置，可提高操作性能。由于它極強(qiáng)的的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其功能。它的指令豐富，指令功能強(qiáng)，易于掌握，操作方便，內(nèi)置有高速計數(shù)器、高速輸出、PID控制器、RS485 通信/編程接口、PPI 通信協(xié)議、MPI 通信協(xié)議和自由端口模式通信功能，最大可以擴(kuò)展到 248 點數(shù)字量 I/O 或 35 路模擬量 I/O，最多有 30 多 KB 的程序和數(shù)據(jù)存儲空間。它有強(qiáng)大的通訊能力、精確的控制性能、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有更多的靈活性，操作方便。靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器帶有起始段和結(jié)束段的平滑特性，防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘，直流制動和復(fù)合制動方式提高制動性能。MICROMASTER420 是用于控制三相交流電動機(jī)速度的變頻器系列，從單相電源電壓額定功率 120W 到三相電源電壓額定功率 11KW 可供選用，由微處理器控制，用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率輸出器件。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動機(jī)運(yùn)行的噪聲，全面完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良好的保護(hù)。由于 MICROMASTER420 具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機(jī)控制系統(tǒng)。 變頻開環(huán)調(diào)速變頻開環(huán)調(diào)速根據(jù)輸入端的控制信號經(jīng)過程序運(yùn)算后由通信端口控制變頻器運(yùn)行。首先應(yīng)對變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如表 所示。根據(jù)系統(tǒng)分析，需要九個輸入量，輸出端由三八通信線實現(xiàn) 其 I/O 分配如表 所示。圖 變頻開環(huán)調(diào)速外部接線圖 數(shù)字量方式多段速控制在 MM420 變頻器通過數(shù)字量的輸入 DINDINDIN3 不同的組合方式可實現(xiàn)七種不同的輸出頻率，從而實現(xiàn)多段速的控制。 表 變頻器的參數(shù)設(shè)置序號 變頻器參數(shù) 出廠值 設(shè)定值 功能說明32 P0700 2 2 選擇命令源（ 由端子排輸入 ）33 P0701 1 17固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON命令） 34 P0702 12 17固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON命令）35 P0703 9 17固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON命令）36 P1001 固定頻率 137 P1002 固定頻率 238 P1003 固定頻率 339 P1004 固定頻率 440 P1005 固定頻率 541 P1006 固定頻率 642 P1007 固定頻率 7輸入輸出分配如表 所示。 圖 外部接線圖圖 數(shù)字量方式多段速控制外部接線圖由圖 可知通過切斷開關(guān)的通斷來控制 PLC 輸出點 、 、 的不同組合來控制變頻器的不同的頻率。變頻器參數(shù)設(shè)置如表 所示表 變頻器的參數(shù)設(shè)置序號 變頻器參數(shù) 出廠值 設(shè)定值 功能說明1 P0304 230 380 電動機(jī)的額定電壓( 380V )2 P0305 電動機(jī)的額定電流( )3 P0307 電動機(jī)的額定功率( 60W )4 P0310 電動機(jī)的額定頻率( 50Hz )5 P0311 0 1430 電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速( 1430 r/min )6 P1000 2 3 固定頻率設(shè)定7 P1080 0 0 電動機(jī)的最小頻率( 0Hz )8 P1082 50 電動機(jī)的最大頻率( 50Hz )9 P1120 10 10 斜坡上升時間( 10S )10 P1121 10 10 斜坡下降時間( 10S )11 P0700 2 2 選擇命令源（ 由端子排輸入 ）12 P0701 1 17固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON 命令）13 P0702 12 17固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON 命令）14 P0703 9 17固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON 命令） 觸摸屏及變頻器通信控制外部接線如圖 所示圖 28 觸摸屏及變頻器通信控制外部接線圖第三章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計 編程軟件的介紹⑴ 本系統(tǒng)采用的編程軟件是 STEP7 MicroWIN,該編程軟件可以方便的在Windows 環(huán)境下對 PLC 編程、調(diào)試、監(jiān)控。⑵ 項目的組成① 程序塊程序塊由可執(zhí)行的代碼和注釋組成，可執(zhí)行的代碼由主程序(OB1)、可選的子程序和中斷程序組成。② 數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù)(變量存儲器的初始值)和注釋組成。③ 系統(tǒng)塊系統(tǒng)塊用來設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，例如存儲器的斷電保持范圍密碼 STOP 模式時PLC 的輸出狀態(tài)模擬量與數(shù)字量輸入濾波值脈沖捕捉位等，系統(tǒng)模塊中的信息需要