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毕 业 设 计（论 文）
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第三章 控制系统的硬件设计 paper51.com 一.变频器的应用 内容来自www.paper51.com 变频器基础 改变电压 改变频率 内容来自www.paper51.com 恒电压 恒频率 的缩写. 各国使用的交流供电电源无论是用于工厂还是家庭,其电压和频率均为200V/60HZ[50HZ]或100V/60HZ[50HZ],等等,通常,把电压和频率固定不变的交流电变换电压或频率可变的交流电的装置称为;变频器’为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电[DC],把直流电[DC]变换为交流电[AC]的装置,其科学术语为[逆变器].由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫[逆变器],故该产品本身就被叫作INVERTRE,即; 变频器 http://www.paper51.com R/MIN电机旋转速度单元;每分种旋转次数,也可表示RPM,例如,4极电机的旋转60HZ,1.800[Y/MIN],4极电机50HZ,1.500[R/MIN],电动机旋转速度同频率成比例. 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 本文中所指电机为感应式交流电机,在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机,感应式交流(以后简称为电机)的旋转速度近似地确决于电机的级数和频率.由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的,由于该级数值不是连续的数值(为2的倍数,例如级数为(2 4 6),所以 不适和改变该值来调整电机的速度,另外,频率是电机供电电源的电信号,所以 该值能够在电机外边调节后面供给电机,这样电机的旋转速度就可以被自由的控制.因此,以控制频率为目的的变频器,是做电机调速设备的优选设备N为60F/P,N同步速度,F 电源频率,P;电机级数,改变频率和电压是最优的电机控制方式,如果仅改变频率,电机将被烧掉,特别是当频率降低时,该问题就非常突出.为了防止电机烧毁事故的发生,变频器在改变频率的同时,必须同时改变电压,例如;为了使电机的旋转速度减半.变频器的输出频率必须从60HZ改变到30HZ,这时变频器的输出电压就必须从200V改变到100V. paper51.com
变频调速具有较大的优越性,整个调速系统体积小.质量轻.控制精度高.保护功能完善.工作安全可靠.操作过程简便.通用性强,使传动控制系统具有和优良的性能,从而节能效果可观. copyright paper51.com
自从20世纪80年代以来,交流电动机变频调速技术在工业化国家已开始了规模化应用.目前,国外许多优秀的变频调速系统和成套设备已大举进入了中国市场,如欧州的ABB,德国的西门子,丹麦的丹佛思,日本的安川.三棱.松下.富士.春日.法国的施耐德,韩国的三星.LG九德松益,美国的艾默生,英国的欧陆登变频器系列.国内目前也生产了几种变频调速设备,如佳灵公司变频器,深圳华为公司的ENYDRINE变频器等. paper51.com
本机床采用日本的三棱FR-A系列变频器,日本三棱变频器进入国内市场比较早,性能优越.已经得到了市场的认可.它的性能如下: http://www.paper51.com 1]发挥普通电机的最佳功能(无传感器矢量控制).可以驱动不带编码器的普通电机实现高精度控制和高响应速度. http://www.paper51.com A:在超低速0.3HZ时,可以实现百分之二百的转距输出. paper51.com B:可以实现转距控制 http://www.paper51.com C:响应水平比较高 http://www.paper51.com 2]驱动带编码器的电机实现高精度控制[矢量控制] 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 3]先进的V/F控制的磁通矢量控制. copyright paper51.com 本机床采用无矢量V/F控制方式,就是由于本机床为冲床设备.冲床动作就是机床滑块从上死点位置运行至下死点位置,再返回上死点位置.滑块的能量是机床飞轮提供,运行至下死点位置时,能量损失很大,这对使用的变频器抗过栽能力要求比较高.本机床主要用变频器进行调速控制,采用开环控制方式.没有将实际转速的测量值转换成为电信号回馈给变频器的控制输入部分,则转速的控制没有构成一个完整的回路,即为开环控制.对于不太要求快速响应的传动系统,常用开环控制.如风机’镑类采用非常灵敏的快速调速,意义并不大,这类系统一般都采用开环控制. 内容来自www.paper51.com 开环控制中输入信号单纯地由频率给定指令构成,频率给定便是转速给定.频率给定指令决定电压与频率的协调控制[U/F控制]规律,变频器按这样U/F控制]规律工作,用频率F电压去驱动电动机,在负载转矩平衡情况下,形成稳定转速. copyright paper51.com 4] 先进的网络功能 copyright paper51.com
日本的三棱FR-A系列变频器支持CC-LINK通讯和SSCNETIII通讯.还有独立的RS-485通讯口,可以方便的连接多台变频器进行通讯. paper51.com 5] 停电减速功能/瞬时停电再启动功能. http://www.paper51.com 我们国内电网还处于落后状态,电网还不稳定,易出现电压波动大,瞬时停电的现象.三棱FR-A系列变频器即使在运行时出现/瞬时停电,电机也不会滑行,踞续运行.根据负载的不同,变频器在停电后可以尽量控制电机减速停止时间. 内容来自www.paper51.com 6]再生制动回避功能 http://www.paper51.com
在运行时如果出现轻微的再生制动,则自动增加输出频率,防止出现过电压报警. copyright paper51.com 根据设计要求,使用功能很强劲的日本MITSUBISHI[三棱]公司的FR-A540系列变频器.变频器的容量要根据一台电动机的容量参数来选择,一台电动机的容量为:主电动机3W主电动机的负载都是恒扭距负载,主电动机属于长期变化负载,电动机有可能在;短时间’内过载,故变频器的容量适应加大.通常,应满足最大电流原则,即 copyright paper51.com IN>IMAX 内容来自www.paper51.com 式中 IN---------变频器的额定电流; copyright paper51.com
IMAX----电动机在运行过程中的最大电流. 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 综上所述,并结合三棱FR-A540系列变频器的具体规格,根据其容量确定一台变频器的具体规格,根据其容量确定一台变频器的型号及规格对应为:FR-540-3的变频器中设定即可. paper51.com 注意容量设定值要符合上述要求 内容来自www.paper51.com
在选定对应的变频器并了解变频器相关功能后,即可确定主回路的接线方案.在进行主回路接线之前必须注意以下几点: paper51.com 1]电源一定不能接到变频器的输出端上[U V W],负责将损坏变频器. copyright paper51.com
2]布线距离最长为500米.尤其长距离布线,由于布线寄生电容所产生的冲击电流会引起过电流保护可能误动作,输出彻连接的设备可能运行异常或发生故障.因此,最大布线距离长度必须按表一所示[当变频器连接两台以上的电动机时,总布线距离必须在要求的范围之内,但在本系统中由于每台变频器只驱动一台电机,所以不会出现这种情况]. paper51.com
3]在P和PR端子间连接制定电阻元件时,端子间原来的短路片必须才下. 内容来自www.paper51.com 本机床在方便用户操作，采用调速器用来控制变频器的频率输出。根据国内厂家的使用情况发现，厂家的机床操作人员的文化素质普遍不高，变频控制必须做的简明，方便操作人员的操作。故采用调速器，只需要通过旋转调速 内容来自www.paper51.com 二 可编程控制器PLC的应用 1、PLC的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。 个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。 PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 内容来自www.paper51.com 二、PLC的构成 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 三、CPU的构成 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 内容来自www.paper51.com CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 paper51.com 四、I/O模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下： http://www.paper51.com 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 内容来自www.paper51.com |