【正文】 13 己的喜好和實(shí)際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。標(biāo)準(zhǔn)是編程語言的標(biāo)準(zhǔn)，除了梯形圖和語句表之外，還存在順序流程圖、結(jié)構(gòu)化文本和功能塊 圖三種編程語言的表達(dá)方式。一個(gè)程序的不同部分可用任何一種語言來描述，支持復(fù)雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 (4)功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展 PLC 的主要功能包括開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制部分還具備控制或模糊控制功能、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制等功能。 PLC 的功能擴(kuò)展也極為方便，硬件配置相當(dāng)靈活 ,根據(jù)控制要求的改變，可以隨時(shí)變動特殊功能單元的種類和個(gè)數(shù)，再相應(yīng)的修改用戶程序就可以達(dá)到變換和增加控制功能的目的。 (5)控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、開發(fā)工作量少 由于 PLC 的系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及良 好的擴(kuò)展性和連網(wǎng)性能 ,在大多數(shù)情況下PLC 系統(tǒng)是一個(gè)較好的選擇。它不僅能夠完成多數(shù)情況下的控制要求，還能夠大量節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的時(shí)間和工作量。 (6) 體積小、能耗低 由軟件實(shí)現(xiàn)的邏輯控制可以大量節(jié)省繼電器、定時(shí)器的數(shù)量。一臺小型的 PLC 只相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的體積 ,控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。 變頻器的選擇 從 80 年代初通用變頻器問世以來，經(jīng)過近 20 年，通用變頻器更新?lián)Q代了五次。第一代是 80 年代初模擬式通用變頻器；第二代是 80 年代中期數(shù)字式通用變頻器；第三代是90 年代初智能型通用變頻器；第 四代是 90 年代中期的多功能型通用變頻器；最近研制上市第五代集中通用變頻器；通用變頻器的發(fā)展情況可以從幾個(gè)方面來說明： 1． 通用變頻器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。 2． 通用變頻器使用的功率器件不斷更新?lián)Q代。 3． 通用變頻器的控制技術(shù)性能達(dá)到了直流電機(jī)調(diào)速水平。 目前國外變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較快，性能也非常好，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，如日本富士、瑞典 ABB 等變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展較慢，產(chǎn)品性能較差，很難滿足連續(xù)化工生產(chǎn)的需求，而且無法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動控制。因此國內(nèi)使用單位主要以進(jìn)口為主，很少使 用國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品。 變頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。 14 圖 22 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計(jì)變頻器主要選用德國西門子公司研發(fā)、生產(chǎn)的交 — 直 — 交方式變頻器系列MM440 通用變頻器 , 三相 交流電源 電壓 。 MM440 通用 變頻器 的簡介 變頻器 MM440 系列（ MicroMaster440）是德國西門子公司廣泛應(yīng)用與工業(yè)場合的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場合。對于變頻器的應(yīng)用，必須首先熟練對變頻器的面板操作，以及根據(jù) 實(shí)際應(yīng)用，對變頻器的各種功能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置 MM420 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 MM440 變頻器的工作原理 及其調(diào)速原理 1. MM440 變頻器的工作原理 我們現(xiàn)在使用的 MM440 變頻器主要采用交 － 直 － 交方式（ VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 15 圖 23 交 直 交變頻器結(jié)構(gòu)圖 異步電機(jī)的 VVVF 調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于在變頻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不變，在各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率較高，同時(shí)性能也最好，故是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。交流調(diào)速系統(tǒng)的控制量最基本上是轉(zhuǎn)矩、速度、位置，根據(jù)不同的用途適當(dāng)組合可構(gòu)成各種閉環(huán)系統(tǒng)。 異步電動機(jī)定子對稱的三相繞組中通入對 稱的三相交流電，在電機(jī)氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，從而形成一定的旋轉(zhuǎn)速度。 2. MM440 變頻調(diào)速的原理 異步電動機(jī)定子對稱的三相繞組中通入對稱的三相交流電，在電機(jī)氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速： pf160n0? (2－ 1) 式中 f1定子繞組電源頻率； P電機(jī)磁極對數(shù)。 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差率： nn 00s n?? (2－ 2) ）（ s???? 1pf160s)1(n n 0 (2－ 3) 由上式可知，異步電動機(jī)調(diào)速方法有如下幾種： 變同步轉(zhuǎn)速 n0：變極 p、變頻 f1。 變轉(zhuǎn)差率 s：定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子串電阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器、串極調(diào)速。 VVVF 變頻 調(diào)速 、矢量控制變頻 調(diào)速 、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻 調(diào)速 都是交 直 交變頻 調(diào)速 16 中的一種 。交流拖動中 以改變轉(zhuǎn)差率為目的調(diào)速方法有：定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子變電 阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、串極調(diào)速等 。 圖 24 為 MM440 變頻調(diào)速系統(tǒng)接線圖 ，檢查電路正確無誤后， 合上主電源開關(guān) QS。 圖 24 MM440變頻調(diào)速系統(tǒng) 接線 圖 本文研究的 定子調(diào)壓調(diào)速 主要 是 通過 改變電動機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法 ， 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，隨著電機(jī)定子電壓的降低，主磁通減少，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢減少，轉(zhuǎn)子電流減少，轉(zhuǎn)子受到的電磁力減少，轉(zhuǎn)差率 s 增大 ，轉(zhuǎn)速減小，從而達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目；同理，定子電壓升高，轉(zhuǎn)速增加 。 調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑，采用閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)，機(jī)械特性較硬，調(diào)速范圍較寬，缺點(diǎn)是低速時(shí)，轉(zhuǎn)差功率損耗較大，功率因素低，電流 大，效率低。調(diào)壓調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也非恒功率調(diào)速，比較適合于 大型 類的負(fù)載。 變頻器 MM440 的控制面板 變頻器 MM440 的 BOP 控制面板。如圖 24 所示。 17 圖 24 BOP控制面板 操作步驟如下： 1. 按 （功能鍵），最右邊的一個(gè)數(shù)字閃爍 2. 按 ，修改這位數(shù)字的數(shù)值 3. 再按 （功能鍵），相鄰的下一位數(shù)字閃爍 4. 執(zhí)行 2 至 4 步，直到顯示出所要求的數(shù)值 5. 按 ，退出參數(shù)數(shù)值的訪問級 MM440 通用 變頻器的參數(shù)設(shè)置 如 果所用的變頻器剛剛出廠的變頻器，則需對它進(jìn)行快速調(diào)試。如表 21 所示。 表 21 變頻器的快速調(diào)試 序號 參數(shù)號 出廠值 設(shè)定值 說明 1 P0003 1 3 專家級 2 P0700 2 2 端子輸入 3 P0701 1 1 接通正轉(zhuǎn)停車命令 4 P0702 12 2 接通反轉(zhuǎn)停車命令 5 P0703 9 9 故障復(fù)位 18 6 P0704 15 15 固定頻率 7 P0705 15 15 固定頻率 8 P0706 15 15 固定頻率 9 P0731 變 頻器故障 10 P0732 7 7 報(bào)警信號 11 P0733 2 2 運(yùn)行信號 12 P1000 2 3 固定頻率設(shè)定 13 P1080 20 最低頻率 14 P1082 最高頻率 15 P1120 斜坡上升時(shí)間 16 P1121 斜坡下降時(shí)間 17 P1237 0 2 工作停止時(shí)間的比率為 10％ 18 P1312 180 啟動提升 注 :（ 1）設(shè)置參數(shù)前先將變頻器參數(shù)復(fù)位為工廠的缺省設(shè)定值： ①設(shè)定 P0010=30， ②設(shè)定 P0970=1。 （ 2）設(shè)定 P0003=3， P0010=1， P3900=1,P0003=3,允許訪問擴(kuò)展參數(shù)。 （ 3）設(shè)定電機(jī)參數(shù)時(shí)先設(shè)定 P0010=1(快速調(diào)試 ),電機(jī)參數(shù)設(shè)置完成設(shè)定 P0010=0(準(zhǔn)備 )。 變頻器各端子說明 分布如圖 25 所示。 19 圖 25 變頻器控制端子圖 及其端子 功能說明 如表 22 所示。 表 22 變頻器各端子 功能 說明 端子號 符號 功能說明 1 10V 電源 輸出 +10V 2 0V 電源 輸出 0V 3 AIN1+ 模擬輸入 1（ +） 20 4 AIN 1 模擬輸入 1（ ） 10 AIN2+ 模擬輸入 2（ +） 11 AIN2 模擬輸入 2（ +） 5 DIN1 數(shù)字輸入 1 6 DIN2 數(shù)字輸入 2 7 DIN3 數(shù)字輸入 3 8 DIN4 數(shù)字輸入 4 16 DIN5 數(shù)字輸入 5 17 DIN6 數(shù)字輸入 6 9 24V 帶隔離的輸出 +24V 28 控制電源接地端 14 PTCA 過熱保護(hù)輸入端 （ +） 15 PTCB 過熱保護(hù)輸入端 （ ） 12 AOUT1+ 模擬輸出 1（ +） 13 AOUT1 模擬輸出 1（ ） 26 AOUT2+ 模擬輸出 2（ +） 27 AOUT2 模擬輸出 2（ ） 20 COM 數(shù)字輸出 1 轉(zhuǎn)換觸點(diǎn) 19 NO 數(shù)字輸出 1 常開觸點(diǎn) 18 NC 故障常閉點(diǎn) 29 P+ RS485 信號 （ +） 30 N RS485 信號 （ ） 電動機(jī)的選擇 調(diào)速的本質(zhì)是根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化控制驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩決定了定子、轉(zhuǎn)子磁通勢矢量的大小與相對位置。一般可采用控制交流電動機(jī)定子電壓幅值與頻率 (電壓控制型 )或定子電流 幅值與頻率 (電流控制型 )的標(biāo)量控制系統(tǒng)但其動態(tài)控制性 21 能較差為改善轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能可采用對交流電動機(jī)的定子電壓與電流實(shí)行磁通方向的矢量變換控制。因此本次設(shè)計(jì)選用三相交流 籠 型 異步電動機(jī)。 22 第三章 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 礦井提升機(jī)控制 系統(tǒng) 的 主 回路 系統(tǒng)主回路原理圖 圖 31 是礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主回路原理圖。從圖中可以看到，系統(tǒng)分別從 LL L3 三個(gè)端子引出三根線接到變頻器上，從變頻器的輸出端引出三根線經(jīng)過熔斷器、接觸器、熱繼電器接到三相交流 繞線 電 動機(jī)上邊，從而達(dá)到變頻調(diào)速。 圖 31 系統(tǒng)主回路原理圖 23 ＦＵ ：熔斷器； ＫＭ ：接觸器；ＦＲ：熱繼電器；Ｍ：電動機(jī)； QS:隔離開關(guān)； PLC 與變頻器的接線圖 PLC 和變頻器 采用 IO 硬接線方式，通過 S7200 的開關(guān)量輸出控制變頻器