【正文】 金屬、冶金、機(jī)械、建材等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 因此，綜合考慮 變頻器 自身優(yōu)勢、行業(yè)及市場的發(fā)展速度、現(xiàn)狀及潛力、良好的宏觀環(huán)境，我國變頻器行業(yè)的發(fā)展前景十分樂觀。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 變頻器的工作原理 我們知道，交流電動機(jī) 的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式 為 ： n＝ 60f(1－ s)/p （ 32） 式中 ： n 為 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速； f 為 異步電動機(jī)的頻率； s 為 電動機(jī)轉(zhuǎn)差率； p 為 電動機(jī)極對數(shù)。 由 上式 可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f 在 0～ 50Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 富士變 頻器 簡介 富士變頻器是由取得環(huán)境管理系統(tǒng) ISO14001 認(rèn)證的工廠制造高性能和 多功能的理想結(jié)合動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制能在各種運(yùn)行條件下實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的最佳控制。 動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制是一種先進(jìn)的驅(qū)動控制技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)高速計(jì)算電動機(jī)驅(qū)動負(fù)載所需功率，最佳控制電壓和電流矢量，最大限度地發(fā)揮電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。按照動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制方式，能配合負(fù)載實(shí)現(xiàn)在最短時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)地加減速。使用高速 CPU 能快速響應(yīng)急變負(fù)載和及時(shí)檢知再生功率，設(shè)有控制減速時(shí)間的再生回避功能，實(shí)現(xiàn)無跳閘自動減速過程。采用富士獨(dú)自開發(fā)的控制方式，在 能輸出 200%高起動轉(zhuǎn)矩 （ 22kW） 。 30kW 以上時(shí)為 180%。帶PG 反饋更高性能的控制系統(tǒng)使用 PG 反饋卡（選件）構(gòu)成帶 PG 反饋的矢量控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更高性能、更高精度的運(yùn)行。 速度控制范圍： 1： 1200 速度控制精度： 177。% 速度響應(yīng)： 40Hz 電動機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)脈動大大減小采用動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制，結(jié)合富士專有的數(shù)字AVR，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)低轉(zhuǎn)速（ 1Hz）運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速脈動比以前機(jī)種減小 1/2 以上。在電動機(jī)運(yùn)行過程中常時(shí)進(jìn)行自整定，常時(shí)核對電動機(jī)特性變化，實(shí)現(xiàn)高精度速度控制。第 2 電動機(jī)亦有自整定功能。 1 臺變頻器切換運(yùn)行 2 臺電動機(jī)時(shí)，保證 2臺電動機(jī)都能高精度運(yùn)行。優(yōu)良的環(huán)境兼容性采用 低噪聲控制電源系統(tǒng)，大大減小對周圍傳感器等設(shè)備的噪聲干擾影響。標(biāo)準(zhǔn)裝有連接抑制高次諧波電流的 DC 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 電抗器端子。連接選件 EMC 濾波器后，能符合歐洲 EMC 指令。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有風(fēng)機(jī)、泵等最佳自動節(jié)能運(yùn)行模式。 采用使電動機(jī)損耗降至最小的新控制方式，取得更好的節(jié)能效果。更方便使用的鍵盤面板，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有復(fù)寫功能，能容易地將 1 臺變頻器的功能碼數(shù)據(jù)復(fù)寫至其他變頻器。顯示器標(biāo)準(zhǔn)可選擇 3 種語言（中文、英文和日文），便于國內(nèi)外配套使用?？珊唵蔚赜涉I盤面板或外部接點(diǎn)信號進(jìn)行點(diǎn)動（ JOG）運(yùn)行操作。使用延伸電纜選件 （ CBIII10R□□ ） ，可簡單地實(shí)行 遠(yuǎn)方操作。完整的產(chǎn)品系列適應(yīng)不同用途，提供兩種系列，一般工業(yè)用的 G11S 系列和風(fēng)機(jī)、泵用的 P11S 系列。G11S 系列容量范圍為 ～ 315kW，風(fēng)機(jī)、泵用 P11S 系列為 ～ 400kW。機(jī)種規(guī)格齊全。符合國際標(biāo)準(zhǔn)（ EC 指令、 TUV、 UL/cUL）標(biāo)準(zhǔn)系列符合使用于歐洲地區(qū)、北美地區(qū)和加拿大地區(qū)的 EC 指令（ CE 標(biāo)志）、 TUV 認(rèn)證（ 2kW）、 UL規(guī)格、 cUL 規(guī)格。適應(yīng)各種環(huán)境的結(jié)構(gòu)對 22kW 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品采用全封閉結(jié)構(gòu) IP40，耐環(huán)境性能好。對 22kW 變頻器，允許橫向密集安裝，節(jié)省控制盤的安裝空間 。另外對 ，變頻器的高度統(tǒng)一為 260mm，使用多臺不同容量的變頻器時(shí)，安裝盤設(shè)計(jì)容易。提供可選防水型 IP65（ ）和 IP54（ 11～ 22kW），適用于食品機(jī)械、木工機(jī)械、化工機(jī)械等有粉塵和水份的環(huán)境。各種通信功能標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)裝接口 RS485，由此可由個(gè)人計(jì)算機(jī)向變頻器輸入運(yùn)行命令和設(shè)定功能碼數(shù)據(jù)等。設(shè)有萬用DI/DO 功能，變頻器的輸入 /輸出端子狀態(tài)（接點(diǎn)信號的有無）能傳送至上位機(jī)和受其監(jiān)控，這樣可簡化 FA 系統(tǒng)。 可連接現(xiàn)場總線： ProfibusDP、 InterbusS、 DeviceNet、 ModbusPlus（選件）等。 豐富的實(shí)用功能，用于風(fēng)機(jī)、泵等?? PID 控制功能變頻器風(fēng)扇 ON/OFF 控制商用電切換順序用于搬運(yùn)、傳送設(shè)備?可選擇預(yù)先設(shè)定的 16 種速度運(yùn)行程序運(yùn)行（ 7 步，每步最長 6000s，可連續(xù)、單循環(huán)或單循環(huán)終速繼續(xù)運(yùn)行）無沖擊瞬停再起動運(yùn)行采用富士獨(dú)自開發(fā)的變頻器頻率追蹤（引入運(yùn)行）功能，變頻器能無沖擊地再起動瞬停后正在旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)。 保護(hù)功能的充實(shí)能設(shè)定電子熱繼電器的熱時(shí)間常數(shù)，因此電子熱繼電器能適用于各種電動機(jī)。設(shè)有輸入缺相保護(hù)，防止電源斷線損壞變頻器。用 PTC 熱敏電阻保護(hù)電動機(jī)。豐 富的維護(hù)功能在鍵盤面板的 LCD 上能顯示和確認(rèn)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)、輸入 /輸出信號狀態(tài)和跳閘時(shí)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，由此較易進(jìn)行異常原因分析和提出對策。 I/O端子檢查功能主電路電容器壽命變頻器負(fù)載率測定累計(jì)運(yùn)行時(shí)間的記錄、顯示運(yùn)行狀態(tài)（變頻器輸出電流、散熱板溫度、消耗功率等）監(jiān)視跳閘時(shí)詳細(xì)數(shù)據(jù)的記其他各種有用功能標(biāo)準(zhǔn)裝有（ ）控制電源輔助輸入電路，因此斷開 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 主電源時(shí)，能保持異常輸出信號。接點(diǎn)輸入控制端子（ 9 點(diǎn)）、開路集電極晶體管輸出（ 4 點(diǎn)）、繼電器輸出（ 1 點(diǎn)）等可根據(jù)用途任意設(shè)定其端子功能。 負(fù)載過大的場合，可選 擇變頻器不跳閘繼續(xù)運(yùn)行（失速防止功能）或跳閘停止運(yùn)行。 G11S/P11S 系列和機(jī)種所有機(jī)種（ ~400kW）為統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，便于用戶構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。 根據(jù)以上的信息及選擇電機(jī)的功率，本次設(shè)計(jì)選用富士 FRN15LMIS4C 作為控制主電機(jī)的變頻器，選用 作為控門電機(jī)的變頻器。 圖 變頻器實(shí)物圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第 4 章 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 電梯的構(gòu)造 電梯是一種特殊的起重運(yùn)輸設(shè)備 ，它 由轎廂及配重、拖動電動機(jī)及減速傳動機(jī)械、井道 以 及井道設(shè)備、召喚系統(tǒng)及安全裝置 構(gòu)成。轎廂是 用于 載人或物的部位，配重是 用來 改變電梯電動機(jī)負(fù)載的特性以 及 提高電梯的安全性而設(shè)置的。如圖 所示為電梯拖動系統(tǒng)示意圖，電梯的轎廂及配重分系在鋼絲繩的兩端，鋼絲繩跨掛在曳引輪上，曳引輪經(jīng)減速機(jī)構(gòu)由電動機(jī)拖動，形成轎廂的上下運(yùn)動。 圖 電梯拖動系統(tǒng)示意圖 井道 是 指建筑中用于安裝電梯并提供電梯運(yùn)行的通道，轎廂 以 及配重都是在井道中運(yùn)行的。井道在各層都設(shè)有門廳 和 呼梯設(shè)備。門廳有門廳門，廳門頂部裝有層樓指示器，用于指示電梯的運(yùn)行方向 和 電梯所在的位置。門廳里還有呼梯盒，其作用是 在每 一個(gè) 層站 召喚電梯。呼梯盒常安裝在廳門外離地面 1m 高 左右的墻壁上，基站與頂站只有一個(gè)按鈕，中間層站有上 行與下行 兩個(gè) 呼梯 按鈕，按鈕下 面帶有呼梯 的 記憶燈。基站的呼梯盒上還設(shè)有許多定位裝置 和 安全設(shè)備。井道的頂部和底部還設(shè)有沖頂 和 蹲底的緩沖設(shè)備 ，用以確保電梯的運(yùn)行安全 。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 轎廂內(nèi)的自動門機(jī)是用來實(shí)現(xiàn)電梯的開門及關(guān)門 。 電梯門分廳門及轎廂門 ，當(dāng)電梯?？?在 某 一 層時(shí) ，這一 層的廳門在轎廂門的帶動下開啟 或 關(guān)閉 。 電梯的操縱箱也安裝在轎廂內(nèi) ， 供司機(jī) 和 乘客對電梯發(fā)布操作 的 命令 。 上面設(shè)有與電梯層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕 (帶 有 內(nèi)選記憶指示燈 )、 上下行啟 動按鈕 (帶 有 上下行記憶指示燈 )、 開關(guān)門按鈕 、 急停按鈕 、 風(fēng)扇 、 照明、層樓指示燈的控制開關(guān) 、 電梯運(yùn)行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)等 。 電梯對控制信號的響應(yīng)要求及其流程 電梯對控制信號的響應(yīng)要求 （ 1） 當(dāng)在轎廂內(nèi)按下關(guān)門按鈕時(shí)，電梯門自動關(guān)閉并進(jìn)行鎖保護(hù)，電梯門鎖上以后電梯將自動啟動并運(yùn)行。 （ 2） 當(dāng)電梯到達(dá)指定的樓層后，電梯自動停止運(yùn)行，并且自動開門，隨后電梯延 時(shí)自動關(guān)門，等待廳外召喚。 （ 3） 電梯運(yùn)行時(shí)只響應(yīng)和電梯運(yùn)行方向相同的廳外召喚。 （ 4） 當(dāng)電梯到達(dá)頂層或底層時(shí)，自動停止并且改換方向。 （ 5） 電梯接 受轎廂內(nèi)外的每一個(gè)呼叫按鈕的呼叫命令，進(jìn)行自動登記和記憶，當(dāng)任務(wù)完成后，其自動消除記憶。 （ 6） 電梯的樓層門廳和轎廂的內(nèi)部都有電梯運(yùn)行情況的顯示。 （ 7） 當(dāng)電梯接受到多個(gè)信號時(shí)，采用第一個(gè)信號來進(jìn)行運(yùn)行方向的定向，先響應(yīng)現(xiàn)在電梯的運(yùn)行方向的呼叫，一個(gè)方向的任務(wù)執(zhí)行完后再換向執(zhí)行下一個(gè)方向。 （ 8） 當(dāng)執(zhí)行完一個(gè)方向的任務(wù)要進(jìn)行換向時(shí)，根據(jù)最遠(yuǎn)站換向原則來進(jìn)行運(yùn)行方 向的轉(zhuǎn)換。 （ 9） 當(dāng)電梯進(jìn)行維修時(shí)，要將所有樓層的電梯門關(guān)閉，以防止行人誤入。 電梯的控制流程 當(dāng)電梯接收到來自廳外的召喚時(shí)，自動的進(jìn)行定 向，并且電動機(jī) M1 高速運(yùn)行到達(dá)指定樓層，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定樓層后電動機(jī) M1 減速，以低速運(yùn)行至停層位置，當(dāng)?shù)竭_(dá)停層位置后，電動機(jī) M1 反轉(zhuǎn)控制電梯自動開門，此時(shí)廳內(nèi)乘客由轎廂內(nèi)出來，而廳外乘客也可進(jìn)入轎廂內(nèi)，當(dāng)乘客進(jìn)入轎廂后按下關(guān)門按鈕 SB2，門廳自動關(guān)門。如圖 所示 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 電梯的控制流程 控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 運(yùn)算功能簡單 ， PLC 的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普 通 PLC的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)M1 換低速，低速運(yùn)行 是否到達(dá)停層位置 M1 停轉(zhuǎn)，自動開門 按下 SB2 乘客是否出門 自動關(guān)門 M1 反轉(zhuǎn)，平層 開門過程減速 門是否開到位 開 門控制過程結(jié)束 門是否關(guān)閉 廳外召喚樓層 自動定向 M1 起動，高速運(yùn)行 是否到召喚樓層 N N Y N Y 出門 進(jìn)門 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 據(jù)傳送等；大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運(yùn)算和其他高級運(yùn)算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 PLC 中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運(yùn)算等。要顯示數(shù) 據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算。 控制功能 包括 PID 控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用 PID 控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。 通信功能大中型 PLC 系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如 TCP/IP），需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng) （ TCP/IP） 相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合 ISO/IEEE 通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。 PLC 系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口（ RS2232C/422A/423/485）、RIO 通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 DCS 接口等；大中型 PLC 通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng) 1： 1 冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于 1Mbps，通信負(fù)荷不大于 60%。 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式： 1） PC 為主站，多臺同型號 PLC 為從站，組成簡易 PLC 網(wǎng)絡(luò)； 2） 1 臺 PLC 為主站，其他同型號 PLC 為從站，構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò)； 3） PLC 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS 中作為 DCS 的子網(wǎng)； 4）專用 PLC 網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)）。 為減輕 CPU 通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點(diǎn)對點(diǎn)、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。 編程功能 PLC 的編程有離線編程和在線編程兩種，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用要求合理選用。 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí) ， CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式 ， CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制 ，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的