【正文】 至此現(xiàn)代意義的傳送帶基本成型并且在 此后 傳送帶輸送機 受到機械制造、化工、 電機 、電子 和冶金工業(yè)技術(shù)進步的影響，不斷完善，逐步由完成車間內(nèi)部的傳送，發(fā)展到完成在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間甚至 城市之間 的物料搬運 。 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，因傳送帶應(yīng)用之廣泛、工作之可靠相信在未來相當一段時間內(nèi)其地位無可動搖。 1969 年，美國研制出世界第一臺 PDP14； 1971 年，日本研制出第一臺DCS8； 1973 年，德國研制出第一臺 PLC； 1974 年，中國研制出第一臺 PLC。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器 定名為 Programmable Logic Controller（ PLC）。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、 PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。 20 世紀 80 年代至 90 年代中期 ，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40%。 大 連交通大學 2020 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 3 20 世紀末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 可編程邏輯控制器 其 實質(zhì)是一種專 門 用于工業(yè)控 制的計算機， PLC 的 硬件結(jié)構(gòu)基本上與 PC 機 相同，基本構(gòu)成 可分 為 五大部分，分別為 ：電源 、 中央處理單元 (CPU)、 存儲器 、 輸入輸出接口電路 、 功能模塊 。 電源 可編程邏輯控制器的電源 是 整個系統(tǒng)中十分重要的 組成部分 。 當 交流電壓波動 維持 在 +10%(+15%)范圍內(nèi) 時 ，可以不采取 任何 其它 的 措施 ， 將 PLC 直接接 入 交流電網(wǎng)上 。CPU 按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出 寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 大 連交通大學 2020 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 4 （ 2） 現(xiàn)場輸出接口 電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。 變頻器 圖 12 西門子 MM440變頻器 變頻器是一種靜止的頻率變換設(shè)備，其作用是將配電網(wǎng) 50Hz 的工頻交流電變成頻率可調(diào)的交流電，供普通的交流異步電動機作為電源，從而實現(xiàn)電動機的變速、恒速。變 頻器目前深受鋼鐵、有色金屬、石油、石油化工、化工、化纖、紡織、機械、電力、建材、煤炭、醫(yī)藥、造紙、卷煙、城市供水及污水處理等行業(yè)的歡迎。 當今的變頻器產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展，變頻器產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模日趨壯大。 20 世紀 90 年代，隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的加強，變頻器的應(yīng)用變得越來越普遍。 變頻器技術(shù)是應(yīng)交流電機無級調(diào)速的需求而生的。 而使變頻器大 連交通大學 2020 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 5 達到普及應(yīng)用的階段（僅歐美國家） ，則是在 20 世紀 70 年代。 20 世紀 80 年代后半期，歐美等發(fā)達國家的 VVVF（ Variable Voltage Variable Frequency）變頻技術(shù)已相當成熟并已有 眾多 成品陸續(xù)投入市場應(yīng)用。 變頻器 可理解為能改變施加于交流電動機出線端上的電源頻率值和電壓值的調(diào)速設(shè)備。 它可分為交 交和交 直 交兩種。所以 交 交變頻器又被叫做直接式變頻器。 在變頻調(diào)速時，往往需要同時對逆變器的輸出電壓和頻率進行調(diào)節(jié)，用以保障電動機主磁通維持恒定。所謂 PAM 方式即脈沖幅值調(diào)節(jié)方式的簡稱，它是通過調(diào)節(jié)直流電壓幅值來對電壓進行控制的方式。 PAM 方式在系統(tǒng)低速運行時會產(chǎn)生較大的噪音與諧波，所以 PAM 方式通常只在 與高速電機配套的高速變頻器中使用。利用參考電壓波與載頻三角波相互比較，以此來決定主開關(guān)器件的通斷時間，從而實現(xiàn)調(diào)壓。這種參考信號 為正弦波、輸出電壓平均值近似為正弦波的 PWM 方式成為正弦 PWM 調(diào)試簡稱為 SPWM 方式。高載波變頻率 PWM 方式與 PWM 方式的區(qū)別僅在于調(diào)制頻率有了很大的提高 。 變頻器的控制方式有三種分別為轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制和 U/f 控制。主電路中的逆變器采用 IGBT 使用 PWM 方式進行控制。經(jīng)過 PWM 控制之后，變頻器的輸出頻率 f 與輸出電壓 U 之間的關(guān)系，就是 U/f 曲線發(fā)生器 所確定的關(guān)系。電動機實際的轉(zhuǎn)速則要根據(jù)負載大大 連交通大學 2020 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 6 小來確定。因此，它通常用于對轉(zhuǎn)速要求不高或負載變動較小的系統(tǒng)中。如果沒有任何附加措施單純使用 U/f 控制方式顯然靜態(tài)調(diào)速精度難以滿足某些系統(tǒng)的要求。根據(jù)速度傳感器的 檢測 量 ，可以求出轉(zhuǎn)差頻率 △ f， 把△ f 與數(shù)度設(shè)定值 f*相疊加，以該疊加值作為逆變器的頻率 的 設(shè)定值 f*?,以此實現(xiàn)轉(zhuǎn)差補償。與 U/f 相比其調(diào)速精度大為提高。 U/f 控制和轉(zhuǎn)差頻率控制的控制思想都是建立在異步電動機的靜態(tài)數(shù)學模型上的 ，動態(tài)性能指標并不高。為了提高變頻器調(diào)速的動態(tài)性能矢量控制會根據(jù)交流 電動機的動態(tài)數(shù)學模型利用坐標變換將交流電動機的定子電流分解成轉(zhuǎn)矩分量電流和磁場分量電流，并分別加以控制。 大 連交通大學 2020 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 7 第 二 章 設(shè)計方案 系統(tǒng)功能 首先本系統(tǒng)必需能夠進行正常的傳送工作， 如正運行、反向運行、啟動與停止。即系統(tǒng)運行中檢測前方出口處是否有物品積壓情況，如果沒有則系統(tǒng)保持正常速度運行 。系統(tǒng)為防止物品間的碰撞會根據(jù)距離出口最近的物品與出口的距離進行減速 或停止 直到物品積壓情況解除 。為防止系統(tǒng)工作中發(fā)生危險，整個系統(tǒng)要對工作狀態(tài)進行指示同時對變頻器的故障進行報警并緊急停止工作。 方案設(shè)計 為完成上述功能，本設(shè)計將使用 PLC 為整個系統(tǒng)的核心控制部分。利用 PLC 的開關(guān)量輸入對系統(tǒng) 開關(guān) 、 工作狀態(tài)選擇、傳送帶是否有積壓進行控制、選擇或反饋。變頻器通過對電動機的頻率的調(diào)節(jié)來控制電動機的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。另一個變頻器變速部分為模擬量控制，另正反轉(zhuǎn)部分為開關(guān)量控制，負則檢修時的手動控制。 大 連交通大學 2020 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 8 圖 21 功能框圖 大 連交通大學 2020 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 9 第 三 章 系統(tǒng)的硬件 設(shè)計 本系統(tǒng)接工頻電源主要分為 PLC、變頻器和電動機三大部分。該系統(tǒng)主要運用了西門子 PLC、傳感器、繼電器、變頻器等器件，利用 PLC 良好的自動控制性能，實現(xiàn)流水線傳送帶傳送過程的無人控制。 主電路 的設(shè)計 圖 31 為系統(tǒng)的電氣原理圖 ，整個系統(tǒng)將以它為硬件部分的主體進行工作。 大 連交通大學 2020 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 10 圖31 電氣主接線圖 大 連交通大學 2020 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 11 由主接線圖可看出本系統(tǒng)采用兩個變頻器分別對電動機進行控制。 這時 名為 KM0 的開關(guān)動作，即主變頻器通電同時副變頻器與電動機斷開。此設(shè)計意在保證自動與手動相互切換的同時防止 兩變頻器輸出端接通對變頻器造成損傷。 故障信號由此輸入到 PLC 中進行處理 ， PLC 故障燈亮起 。開關(guān) SB4 為啟動按鈕，當按下啟動按鈕時系統(tǒng)才正式進入自動運行狀態(tài)， 當再按下 SB6 后變頻器停止。 此啟動開關(guān)是為了防止傳送帶由手動切換回自動狀態(tài)后系統(tǒng)失控而設(shè)定。開關(guān) SB6 為正轉(zhuǎn)開關(guān)，用于把從系統(tǒng)反向運行狀態(tài)中恢復過來。通過對副變頻器的參數(shù)設(shè)定可以 對開關(guān)功能進行設(shè)定或更改。按鈕 SB22 為反轉(zhuǎn)按鈕，當按下 SB22 時傳送 帶反向運行斷開時恢復正轉(zhuǎn)。副變頻器通過電位器改變電位來進行頻率調(diào)節(jié)從而調(diào)節(jié)傳送帶速度。 在諸多 PLC 廠商中西門子以其悠久的歷史、雄厚的技術(shù)勢力、產(chǎn)品 遍及自動化各個領(lǐng)域易于組合成系統(tǒng)并且 STEP7 軟件更加熟悉而成為首選。參照實際應(yīng)用的輸入輸出端 口數(shù)量和西門子 S7200 PLC 產(chǎn)品目錄，選用主機為 8 入 /6 繼電器輸出的 CPU222 一臺，加上一臺擴展模塊 EM222（ 8 點繼電器輸出），在擴展一個模擬量模塊 EM235（ 4AI/1AO）。具體的應(yīng)用不同，電動機可根據(jù)需要進行選 擇。該電動機的容量為 3KW、 額定電壓 220/380V，電源頻率50H，允許電壓偏差177。 圖 33 1LG01062AA20 電動機 變頻器的選擇 變頻器容量的選擇 在變頻器的選擇時，應(yīng)該充分考慮到所使用的場合的使用工況條件的最惡劣情況，留有充足的設(shè)計裕度和必要的保護措施。若選型不當造成容量偏小，對變頻器的效率和正常運行影響極大。 對連續(xù)運行時所需變頻器容量 P0(kVA)必需滿足以下幾點。根據(jù)負載要求： k 為電流波形補償系數(shù)（ PWM 控制方式下取 ～ ）， TL為負載轉(zhuǎn)矩，η為電動機效率（通常為 ）， cosφ為電動機的功率因數(shù)（通常為 ）， PM大 連交通大學 2020 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計 14 為 負載所要求的電動機軸輸出， IM 為電動機額定電流， UM 為電動機額定電壓， nM為電動機額定轉(zhuǎn)速。 MM440 變頻器的安裝與調(diào)試 本文將采用西門子 MM4