【正文】 和顯示程序流程圖 ............................................................................ 33 圖 43 參數(shù)設定程序和顯示程序梯形圖 ............................................................................ 34 圖 44 點動功能的程序梯形等效圖 .................................................................................... 35 VII 表格清單 表 21 異步電機分類 ............................................................................................................ 13 表 22 電動機相關參數(shù) ........................................................................................................ 14 表 23 FRA540 技術參數(shù) .................................................................................................... 15 表 31 數(shù)字開關 指令應用說明 ............................................................................................ 21 表 32 方向開關指令應用說明 ............................................................................................ 23 表 33 I/O 分配表 .................................................................................................................. 24 表 41 定時器、存儲單元以及繼電 器分配一覽表 ............................................................ 34 1 引 言 眾所周知，伴隨著我國改革開放、經濟快速發(fā)展，我國的銅材加工發(fā)展迅速，銅材加工的產量連續(xù)四年居世界第一位。我國的銅加工業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，擁有廣闊的市場。而國外廣為流行的銅型材加工水平牽引連鑄法，因其產品無需校直，性能沿長度 方向上的一致性和坯件晶粒較高的致密性導致力學性能和電學性能上的改善，在產品質量和生產效率方面的優(yōu)勢更為明顯。本設計有利于實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的管控一體化 ,在工業(yè)控制的發(fā)展中有著廣闊的應用前景。放眼市場，變頻器技術的日臻完善，給了我們一個更好的選擇，尤其在中、小型工作場合，變頻器的應 用已經非常廣泛。這樣，設備便會具有更強的生命力。這種水平牽引機電控系統(tǒng)用可編程控制器控制變頻機的正轉、停止、反轉、停止動作。 2 3 第 1 章 緒論 銅材加工現(xiàn)狀 隨著全球經濟的發(fā)展，特別是中國國民經濟穩(wěn)定、持續(xù) 、快速發(fā)展，作為經濟和高新技術發(fā)展支柱性原材料的銅材需求旺盛、發(fā)展迅猛。但是，我國銅加工業(yè)大而不強、技術經濟指標不夠先進、企業(yè)規(guī)模相對偏小與集約化程度不高、技術裝備先進與落后并存等弊端尚未徹底改 [1]。這種情況的存在，嚴重阻礙著銅型材加工企業(yè)市場競爭的進一步提高。 而國外以美、日、德銅加工發(fā)達國家為代表，銅加工企業(yè)在 20 世紀末期已基本完成了優(yōu)勝劣汰、兼并重組的整合進程，建立了跨國集團并進行全球化經營，如 K M E 、Wieland、 Olan、日本三菱等公司。以日本企業(yè)為代表，引導世界銅加工向精細方向發(fā)展，在銅合金引線框架等高精帶材研發(fā)和生產上處于世界領先水平。具體來講，在銅加工工藝上，向著精細化方向發(fā)展；在銅加工裝備上，向著智能化方向發(fā)展；在企業(yè)建設上，向著大而強和專而精方向發(fā)展。我國銅加工業(yè)未來發(fā)展應在優(yōu)勝劣汰、企業(yè)整合和做大做強、做專做精的基礎上，突出發(fā)展高端的高精尖銅加工產品，逐步減少物耗和能耗高、污染較重的普通產品的生產。而國外廣為流行的銅型材加工水平牽引連鑄 法，因其產品無需校直，性能沿長度方向上的一致性和坯件晶粒較高的致密性導致力學性能和電學性能上的改善，在產品質量和生產效率方面的優(yōu)勢更為明顯。本設計有利于實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的管控一體化 ， 在工業(yè)控制的發(fā)展中有著廣闊的應用前景 [2]。 該設備具有兩大特征：其一，特有的周期性的牽引 — 停牽 — 后推 — 停推四步流程，可使坯料在結晶器中的阻力減小，并使坯料在結晶過程中晶粒細化，有較高的致密性，導致力學性能和電學性能的改善。 本課題研究的主要內容： 設計出由可編程控制器、變頻器和變頻調速異步電動機組成的水平牽引驅動控制系統(tǒng)。具體指 標為： ⑴、牽引 — 停牽 — 后推 — 停推四步流程每段時間在 [0 ]秒可調，并用 LED 分別顯示； ⑵、牽引電機進行變頻調速；能雙向連續(xù)運行和點動控制，速度分別可調。 5 第 2 章 系統(tǒng)方案的 設計 一個產品是否有市場，不但要看能否滿足我們的要求，同時也要考慮到的性價比以及它的發(fā)展前景是否很好，同樣，我們設計一個系統(tǒng)會有很多種途徑來實現(xiàn)，具體用那種我們就要通過相互比較從中選優(yōu)，這樣才能使系統(tǒng)功能更加完善，與之相應的資源配制就更加合理。 總體設計框圖 本章是該設計的方案部分，對設計中所采用的芯片從多方面綜合的進行比較，最后經過仔細的研究后決定所選的器件由于我國的銅型材加工企業(yè)絕大多數(shù)是中、小型企業(yè)，它們的經濟承受能力有限，技術維護能力較弱，采用新型數(shù)控交流伺服調速技術，短期內難以打開市場；若采用直流調速技術又面臨著在較短時間內被交流調速技術淘汰的困境。其核心工藝要求控制功能較為簡單，從高 可靠性和高性價比方面考慮，我們提出了采用 PLC 控制器、 VVVF、 電源、變頻調速異步電動機和高達 60： 1 的減速器組成的驅動控制系統(tǒng)，不僅可以完成水平牽引工藝的四節(jié)拍流程，系統(tǒng)還便于維護和調試。 本設計采用途徑的總框圖如圖 21 所示。圖中為 ? 設定的牽引機的線速度， t 為電動機運行的時間。 本設計采 用 PLC 控制器控制變頻電機的正轉、停止、反轉、停止，通過控制這四種狀態(tài)的時間來控制變頻電機實現(xiàn)銅材水平牽引連鑄工藝獨特的牽引一停牽一反推一停推四節(jié)拍的流程來取代爐振、打鏈、棘輪或繼電器方式控制的垂直牽引連鑄工藝。 銅加工工藝要求電機頻繁正、反轉，且調速范圍要求較高。實現(xiàn)對于異步電機的變壓變頻調速，必須具備能夠同時控制電壓幅值和頻率的交流電源，而電網提供的是恒壓恒頻的電源，因此應該配置變壓變頻器： VVVF（ Variable Voltage Variable Frequency） 裝置。根據(jù)銅加工生產工藝技術與裝備對拖 動電機的要求，牽引機構在每個周期中速度的變化規(guī)律包含四個時段。通過方案論證 ， 本文選用了 PLC 控制器、 VVVF 電源和調頻調速電動機與蝸輪減速箱的組合，實現(xiàn)了可以在線調節(jié)生產工藝參數(shù)的定時開環(huán)控制。 設備結構 設備結構 如圖 23 所示 8 12 345661 工 頻 感 應 線 圈 2 爐 體 3 結 晶 器4 引 錠 裝 置 5 自 動 鋸 6 導 軌 圖 23 水平牽引連續(xù)鑄造設備示意圖 設備的特征 該設備具有兩大特征：其一，特有的周期性的牽拉 — 停牽 — 反推 — 停推四步流程， 可使坯料在結晶器中的阻力減小，并使坯料在結晶過程中晶粒細化，有較高的致密性，導致力學性能和電學性能的改善。前者是在對不同批號產品的各種規(guī)范工藝參數(shù)已摸準的情況下進行的 ， 操作人員只要面對控制屏值班監(jiān)控就可以了 ， 后者則在需要摸索優(yōu)化工藝參數(shù)和每爐銅料引錠初始階段使用。 T = ABt + BCt + cdt + DAt (22) 9 A BC DA 180。為了適應不同截面、形狀和不同規(guī)格產品生產的需要，在保證產品截面上金相質量和較高生產率的前提下，對周期 T 的選擇應能做到在較寬的范圍內在線可調。 c、 牽拉停止延時間 它反映從控制器發(fā)出牽拉停止指令到發(fā)出反推啟動指令之間的延時，其中包括了 0. 1 s的頻率下降延時，設置 BCt 為的是使鑄坯在結晶器的出 口達到合適的冷卻溫度，具體數(shù)值的選擇需要根據(jù)銅水的溫度和型材的幾何尺寸綜合考慮。 10 核心控制器的比較與選擇 常見的控制器比如 PLC、單片機、繼電器控制等等。這種形式在 80 年代國內很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面 的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場的應用已逐步被 PLC 所代替。另外，單片機的所有器件均不是工業(yè)級的 ，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國內的電源一般都很差，加上壓片機的變頻調速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機系統(tǒng)的不穩(wěn)定。這樣對于增加功能的開發(fā)成本和周期都 會增加。 操作：現(xiàn)在國內單片機系統(tǒng)的操作均采用自設計的鍵盤，設定數(shù)據(jù)用撥碼開關，顯示用 LED， 整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作?？傊@樣的人機對話不夠友善 [4]。另外繼電器觸點數(shù)目有限，每只只有 4— 8 對觸點，因此靈活性和擴展性很差。 11 （ 1）工作方式：當電流接通時，繼電器控制線路中各繼電器都處于受約狀態(tài)，即該吸合的都應吸合，不該吸合的因某種條件限制不能吸合。 （ 2）限時控制：繼電器控制邏輯利用時間繼電器的滯后動作進行限時控制。 PLC 使用半導體集成電路作定 時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度相當高，定時范圍一般從 到若干分鐘甚至更長，用戶可根據(jù)需要在程序中設定定時值，后由軟件和硬件計數(shù)器來控制定時時間，定時精度小于 10ms 定時時間不受環(huán)境的影響。而用 PLC 完成一項控制工程，在系統(tǒng)設計完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設計可以同時進行，周期短，且調試和修改都很方便。觸點開 閉時會受到電弧的影響，因此可靠性和可維護性差。 PLC 還配有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應用最為廣泛。 PLC 的可擴展性：要增加一個功能只要增加相應的模塊和修正對應的程序，而 PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。 特點：價格與前二種控 制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。 調速方案多種實現(xiàn)方法的比較與確定 就目前市場上的同類產品來 說 ，其調速模塊主要有兩種實現(xiàn) 方式：直流電源型和利用變頻器構成的調速系統(tǒng)。 首先，它控制電機的啟動電流。而變頻調速則可以在零速零電壓啟動 (當然可以適當加轉矩提升 )，一旦頻率和電壓的關系建立，變頻器就可以按照 V/F 或矢量控制方式帶動負載進行，工作使用變頻調速能充分降低啟動電流提高繞組承受力。 再次，它具有可控的加速功能。而且其加速曲線也可以選擇 (直線加速 S 形加速或者自動加速 )。這種振動將進一步加劇機械磨損和損耗，降 低機械部件和電機的壽命。運用變頻調速不但能優(yōu)化工藝過程，而且能根據(jù)工藝過程迅速改變，還能通過遠控 PLC 或其他控制器來實現(xiàn)速度變化。 最后，在全世界倡導綠色能源，節(jié)約能源，保護環(huán)境的大趨勢下，是否具有節(jié)能的優(yōu)點已經成為一個新產品，一個新技術能否更好的發(fā)展的主要因素。例如，離心風機或水泵采用變頻器后都能大幅度地降低能耗，這在十幾年的工程經驗中已經得到充分體現(xiàn)。 鑒于變頻器具有如此多的優(yōu)點，所以我決定在本次課題設計中采用變頻器 作 為調速裝置的核心控制元件，具體型號的選擇將在后續(xù)內容給以詳細闡述 。異步電機的分類如表 21 所示 。Ikw 轉子結構型式 籠型轉子：分為鑄鉛籠和焊接銅 (或鉛 )籠兩種，繞組本身自成閉合回路，結構簡單牢固，應用廣泛 繞線型轉子：轉子繞組、集電 環(huán)和電刷組成回路，回路中可接入外加電阻以改善起動性能或進行調速 換向器電機：轉子回路有換向器和電刷，用于調速或高速運行場合，具有串勵特 14 性 電源相數(shù) 單相、三相電機 變頻調速異步電動機為經特殊設計的鼠籠式異步電動機，其電磁負荷和槽絕緣強度均有較大的裕量。在調頻調速和頻繁正反轉的惡劣運行狀態(tài)下，其機械強度和轉動慣量也有特殊的要求 .選型的主要依據(jù)是其容量和過載能力，應使其生產上限規(guī)格產品時 ,也能輸出足夠的牽引力矩 .參照下式 (1)選擇： KFmVmP? (1) 式中 Fm為鑄錠牽引或推入結晶器時的