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1、蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 基于S7-200PLC的廠用氣管網(wǎng)壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于S7-200PLC的廠用氣管網(wǎng)壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要 本設(shè)計(jì)介紹了以S7-200PLC為核心的管網(wǎng)壓力控制系統(tǒng)的組成及工作原理，闡明了變速積分PID控制算法在管網(wǎng)壓力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并給出了系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法。在A/D轉(zhuǎn)換中，使用了模擬量輸入模塊EM231。在D/A轉(zhuǎn)換中用了模擬量輸出模塊EM232,可以實(shí)現(xiàn)輸出05V的輸出電壓。硬件設(shè)計(jì)由主電路和控制電路兩部分完成，軟件設(shè)計(jì)中對(duì)A/D轉(zhuǎn)換過來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行變速積分PID控制。這種控制方法特點(diǎn)是，當(dāng)偏差大時(shí)積分累積速度慢，積分作用減弱；偏差小時(shí)，積分

2、累積速度快，積分作用增強(qiáng)。這樣能滿足系統(tǒng)準(zhǔn)確性的要求。關(guān)鍵詞： 變速積分；壓力控制系統(tǒng)；S7-200PLC；PID控制AbstractThe paper introduces the composition and work principles of pipe network control system ,based on S7-200PLC. It illustrates the application of PID with variable integral action in air pipe network pressure control system.The design o

3、f hardware and software are introduced too. It uses analog input module EM231 in A/D transition and analog output EM232 in D/A transition. In D/A transition this module can be output 05 voltage. Hardware introduces the design of main circuit and control circuit. In design of software, it finishes PI

4、D control for digital signals produceing in A/D transition. The characteristic of this control method is, when the warp is big the integral rate will be slow, and the integral effect would be weaken; but when the warp is small the integral rate will fast, and the integral effect would be toned up. I

5、n this way it can satisfy the veracity of this system.Key words: Variable Integral action; Pressure control system; S7-200PLC; PID control. 目錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1 變頻器技術(shù)的發(fā)展11.2 空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)控制11.3 供氣系統(tǒng)壓力控制21.3.1 加卸載供氣控制21.3.2 轉(zhuǎn)速控制21.4 本設(shè)計(jì)的目的和意義2第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)、要求及參數(shù)42.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù)42.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)42.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)

6、容、功能及技術(shù)指標(biāo)5第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)63.1 系統(tǒng)工作原理63.2 方案的比較63.3 方案的確定73.3.1 設(shè)計(jì)思想73.3.2 工作原理8第四章 硬件設(shè)計(jì)94.1 可編程控制器介紹94.1.1 可編程控制器的工作原理94.1.2 可編程控制器的主要性能指標(biāo)114.1.3 可編程控制器的設(shè)計(jì)原則114.1.4 S7-200PLC介紹124.2 主電路設(shè)計(jì)144.2.1 變頻器部分144.2.2 軟起動(dòng)部分214.3 控制電路設(shè)計(jì)274.3.1 模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)274.3.2 PLC控制部分284.4 S7-200PLC與計(jì)算機(jī)的通信314.5 變頻器與PLC的通信314.6 壓力傳感

7、器的介紹324.6.1 力/壓力敏傳感器324.6.2 CYB20S普通型壓力傳感器334.7 壓縮機(jī)的主要種類354.7.1 Mattei 滑片機(jī)特點(diǎn)354.7.2 所選壓縮機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)354.8 元器件選擇364.8.1斷路器364.8.2接觸器364.8.3電磁式繼電器364.8.4 熱繼電器374.8.5 熔斷器38第五章 軟件設(shè)計(jì)395.1 程序設(shè)計(jì)思想395.2 程序流程圖405.2.1 主程序流程圖405.2.2 變速積分PID程序流程圖415.3 地址分配42總 結(jié)43參考文獻(xiàn)44外文原文與譯文45致 謝77附錄一78元器件清單78附錄二80程序清單8076第一章 緒論1.

8、1 變頻器技術(shù)的發(fā)展近20年來，雖然以功率晶體管(GTR)作為逆變器功率器件8位微處理器為控制核心，按壓頻比(U/F)控制原理實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的變頻器，在性能和品種上出現(xiàn)了巨大的技術(shù)進(jìn)步，但下列技術(shù)的進(jìn)步，使變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)一步得到提升：其一，所有的電力電子器件GTR已基本上為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)所替代，進(jìn)而廣泛采用性能更為完善的智能功率模塊(IPM)，使得變頻器的容量和電壓等級(jí)不斷的擴(kuò)大和提高；其二，8位處理器基本上為16位微處理器所替代，進(jìn)而有采用功能更強(qiáng)的32位微處理器或雙CPU，使得變頻器的功能從單一的變頻調(diào)速功能發(fā)展為含有邏輯和智能控制的綜合功能；其三，在改善壓頻比控制性能

9、的同時(shí)，推出能實(shí)現(xiàn)矢量控制和轉(zhuǎn)矩直接控制的變頻器，使得變頻器不僅能實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速，還可實(shí)現(xiàn)伺服控制變頻器技術(shù)的發(fā)展得益于微電子和電力電子技術(shù)的發(fā)展以及異步電動(dòng)機(jī)控制理論的發(fā)展,也來自市場(chǎng)的巨大推動(dòng)力一般在占工業(yè)用電50%60%的風(fēng)機(jī)泵和壓縮機(jī)等通用機(jī)械上使用變頻調(diào)速裝置，將可節(jié)電30%左右，因此有著巨大的市場(chǎng)潛力以變頻器為核心的工業(yè)傳動(dòng)控制裝置仍在持續(xù)發(fā)展交流變頻調(diào)速裝置取代直流調(diào)速裝置已成為必然趨勢(shì)由于變頻器銷量不斷擴(kuò)大，形成批量生產(chǎn)，價(jià)格下調(diào)，相同容量的交流變頻器與直流調(diào)速裝置的價(jià)格已經(jīng)接近，能為擁護(hù)所接受而且在一些生產(chǎn)機(jī)械上，使用的變頻調(diào)速已成為這些機(jī)械更新?lián)Q代的一種標(biāo)志1.2 空氣壓縮機(jī)系

10、統(tǒng)控制空氣壓縮機(jī)主電機(jī)運(yùn)行方式為星-角降壓起動(dòng)后全壓運(yùn)行，供氣系統(tǒng)具體工作流程為：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，控制系統(tǒng)接通啟動(dòng)器線圈并打開斷油閥，空壓機(jī)在卸載模式下啟動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣閥處于關(guān)閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內(nèi)的壓力。等降壓n秒（由時(shí)間繼電器控制）后空壓機(jī)開始加載運(yùn)行，系統(tǒng)壓力開始上升。如果系統(tǒng)壓力上升到壓力開關(guān)上限值，即起跳壓力，控制器使進(jìn)氣閥關(guān)閉，油氣分離器放氣，壓縮機(jī)空載運(yùn)行，直到系統(tǒng)壓力降到壓力開關(guān)下限值后，即回跳壓力下，控制器使進(jìn)氣閥打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機(jī)打開，油氣分離器放氣閥關(guān)閉，壓縮機(jī)滿載運(yùn)行。 1.3 供氣系統(tǒng)壓力控制在管道供氣系統(tǒng)中，最基本的控制對(duì)象是流量，供氣

11、系統(tǒng)的基本任務(wù)就是要滿足用戶對(duì)流量的需求。目前，常見的氣體流量控制方式有加、卸載供氣控制方式和轉(zhuǎn)速控制方式兩種。1.3.1 加卸載供氣控制加、卸載供氣控制方式即為進(jìn)氣閥開關(guān)控制方式，即壓力達(dá)到上限時(shí)關(guān)閥，壓縮機(jī)進(jìn)人輕載運(yùn)行；壓力抵達(dá)下限時(shí)開閥，壓縮機(jī)進(jìn)入滿載運(yùn)行。由于空壓機(jī)不能排除在滿負(fù)荷狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可能性，所以只能按最大需要來決定電動(dòng)機(jī)的容量，設(shè)計(jì)余量一般偏大。工頻起動(dòng)設(shè)備時(shí)的沖擊大，電機(jī)軸承的磨損大，所以設(shè)備維護(hù)量大。雖然都是降壓?jiǎn)?dòng)，但起動(dòng)時(shí)的電流仍然很大，會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的運(yùn)行安全，而且大多數(shù)是連續(xù)運(yùn)行，由于一般空氣壓縮機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)本身不能調(diào)速，因此就不能直接使用壓

12、力或流量的變動(dòng)來實(shí)現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配，電機(jī)不允許頻繁啟動(dòng)，導(dǎo)致在用氣量少的時(shí)候電機(jī)仍然要空載運(yùn)行，電能浪費(fèi)巨大。經(jīng)常卸載和加載導(dǎo)致整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化，不能保持恒定的工作壓力延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命?？諌簷C(jī)的有些調(diào)節(jié)方式（如調(diào)節(jié)閥門或調(diào)節(jié)卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，電機(jī)功率下降幅度比較小。1.3.2 轉(zhuǎn)速控制即通過改變空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門的開度保持不變（一般保持最大開度）。當(dāng)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速改變時(shí)，供氣系統(tǒng)的揚(yáng)程特性隨之改變，而管阻特性不變。在這種控制方式下，通過變頻調(diào)速技術(shù)改變空壓機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，空壓機(jī)的供氣流量可隨著用氣流量的改變而改變，達(dá)到真正的供需平衡

13、，在節(jié)能的同時(shí)，也可使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最佳工作效率。變頻器基于交一直一交電源變換原理，可根據(jù)控制對(duì)象的需要輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電壓。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此，用變頻器輸出頻率可調(diào)的交流電壓作為空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)的電源電壓，可方便地改變空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速。1.4 本設(shè)計(jì)的目的和意義將變頻調(diào)速技術(shù)引入空氣壓縮機(jī)領(lǐng)域，是近幾年來各空壓機(jī)廠家研究的重要課題。各大牌專業(yè)空壓機(jī)供應(yīng)商都推出了自己變頻空壓機(jī)產(chǎn)品，并迅速在其高端市場(chǎng)具有很不錯(cuò)的表現(xiàn)。但目前，大量的工頻空壓機(jī)的應(yīng)用非常普遍，因此，空壓機(jī)的改造市場(chǎng)非常巨大。本設(shè)計(jì)主要目的是通過變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到管網(wǎng)供氣壓力恒定流量是供氣系統(tǒng)的基本控制對(duì)象，供氣

14、流量需要隨時(shí)滿足用氣流量。在供氣系統(tǒng)中，儲(chǔ)氣管中的氣壓能夠充分反映供氣能力與用氣需求之間的關(guān)系：若 供氣流量 用氣流量 儲(chǔ)氣管氣壓上升若 供氣流量 用氣流量 儲(chǔ)氣管氣壓上升若 供氣流量 用氣流量 儲(chǔ)氣管氣壓下降若 供氣流量 = 用氣流量 儲(chǔ)氣管氣壓不變所以，保持管道中的氣壓恒定，就可保證該處供氣能力恰好滿足用氣需求，這就是恒壓供氣系統(tǒng)所要達(dá)到的目的。變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，裝在儲(chǔ)氣罐出氣口的壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送給變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)去控制變頻器的輸出電壓和逆變頻率，調(diào)整電動(dòng)機(jī)的

15、轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力始終維持在給定壓力。另外，采用該設(shè)計(jì)思想后，空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可由變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了起動(dòng)時(shí)的大電流和起動(dòng)給空氣壓縮機(jī)帶來的機(jī)械沖擊。正常情況下，空氣壓縮機(jī)在變頻器調(diào)速控制方式下工作。變頻器一旦出現(xiàn)故障，生產(chǎn)工藝不允許空氣壓縮機(jī)停機(jī)，因此，系統(tǒng)設(shè)置了工頻與變頻切換功能，即當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，起動(dòng)另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工頻運(yùn)行，這樣，可由工頻電源通過接觸器直接供電，使空氣壓縮機(jī)照常工作。整個(gè)控制過程如下：用氣需求 管路氣壓 壓力設(shè)定值與返饋值的差值 PID輸出 變頻器輸出頻率 空壓機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速 供氣流量 管路氣壓趨于穩(wěn)定特別注意，在壓力容差范圍內(nèi)變頻器的PID不調(diào)節(jié)

16、，即保持輸出頻率不變。3.3.2 工作原理該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式：. 手動(dòng)運(yùn)行按下按鈕啟動(dòng)或停止電機(jī)，可根據(jù)需要分別控制變頻和工頻的運(yùn)行。該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。. 自動(dòng)運(yùn)行合上自動(dòng)開關(guān)后，1#電機(jī)通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，控制管網(wǎng)壓力恒定。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)空氣壓縮機(jī)起動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。 當(dāng)出現(xiàn)變頻器故障、壓縮機(jī)故障時(shí)，系統(tǒng)皆能發(fā)出報(bào)警信號(hào)；特別是當(dāng)出現(xiàn)變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)停止變頻運(yùn)行發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并轉(zhuǎn)至2#電機(jī)工頻運(yùn)

17、行。第四章 硬件設(shè)計(jì)在本章，我們將對(duì)硬件系統(tǒng)中用到的各元器件作詳細(xì)的介紹。其中包括各元件的性能指標(biāo)，技術(shù)指標(biāo)和部分元件的典型接法。硬件設(shè)計(jì)主要分為主電路和控制電路設(shè)計(jì)兩部分與硬件有關(guān)的設(shè)計(jì)有：（1）確定系統(tǒng)輸入元件（如按鈕、指令開關(guān)、傳感器等）和輸出元件（如繼電器、接觸器、指示燈等）的型號(hào)。（2）確定可編程控制器的輸入和輸出點(diǎn)。列表統(tǒng)計(jì)可編程控制器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，在表中表明各信號(hào)的意義和類型，如信號(hào)是數(shù)字量還是模擬量，模擬信號(hào)的范圍等。（3）確定可編程控制器的型號(hào)和硬件配置。（4）給各輸入和輸出變量分配地址。（5）畫出可編程控制器的外部硬件接線圖。4.1 可編程控制器介紹可編程控制器是一

18、種專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯計(jì)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等指令，并能通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制類型的機(jī)械和生產(chǎn)的過程。4.1.1 可編程控制器的工作原理CPU的掃描周期PLC的CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、完成控制功能是以掃描工作方式進(jìn)行的。所謂掃描工作方式，即CPU從程序段的第一句順序讀取順序執(zhí)行，直至最后一句。CPU在掃描周期中，要完成的任務(wù)： 輸入處理階段 執(zhí)行程序處理通訊請(qǐng)求 執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試 輸出處理階段（1）輸入處理階段每次掃描周期開始時(shí)，先讀數(shù)字輸入點(diǎn)的當(dāng)前值，然后把這些值寫到輸入映像寄存

19、器中。CPU以8位（1個(gè)字節(jié)）為增量的方法來保留輸入映像寄存器。在每次掃描周期開始時(shí)，CPU會(huì)將映像寄存器中未使用的輸入位清零。然而，CPU允許連接幾個(gè)擴(kuò)展模塊，當(dāng)未使用這種I/O擴(kuò)展功能（即未安裝擴(kuò)展模塊），可以用這些未使用的擴(kuò)展輸入位3作為附加的內(nèi)部存儲(chǔ)器標(biāo)志位來使用。（2）執(zhí)行程序在掃描周期的執(zhí)行階段里，CPU執(zhí)行程序是從第一條指令開始，直到最后一條指令結(jié)束。不論在主程序或中斷程序執(zhí)行過程中，直接I/O指令允許你對(duì)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)直接存取。（3）處理通訊請(qǐng)求在掃描周期的信息處理階段，CPU處理從通訊接口接收到的任何信息。（4）執(zhí)行CPU的自診斷測(cè)試在掃描周期中，CPU檢查其硬件，以及用戶存

20、儲(chǔ)器（僅在RUN模式下），它也檢查所有I/O模塊的狀態(tài)。（5）輸出處理階段在每個(gè)掃描周期的結(jié)尾，CPU把存在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)輸送給數(shù)字輸出點(diǎn)。CPU以一個(gè)字節(jié)（8位）為增量來保留輸出映像寄存器。如果CPU或擴(kuò)展模塊不給物理輸出點(diǎn)提供保留字節(jié)的每一位，則不能把這些位分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊。但是可以像使用內(nèi)部存儲(chǔ)器標(biāo)志位那樣來使用輸出映像寄存器中沒有使用的位。（6）掃描周期中斷當(dāng)中斷事件發(fā)生時(shí)，CPU以異步掃描方式、根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)來處理中斷。（7）輸入和輸出映像寄存器輸入映像寄存器存儲(chǔ)著對(duì)應(yīng)位輸入“繼電器”的通/斷狀態(tài)，高電平“1”為通，低電平“0”為斷。此處“繼電器”是指由系統(tǒng)軟件程序

21、賦予其具有繼電器功能的“軟繼電器”，而非真正的物理繼電器。每位映像寄存器也對(duì)應(yīng)著PLC每個(gè)實(shí)際輸入端的通/斷狀態(tài)。輸入映像寄存器的內(nèi)容只能被PLC中的CPU讀出，而不能被改寫。輸出映像寄存器單元存儲(chǔ)著對(duì)應(yīng)位輸出“寄存器”的狀態(tài)。在執(zhí)行用戶程序時(shí)，輸出映像寄存器既可被PLC的CPU讀取，也可以被CPU改寫。（8）立即I/O立即I/O指令允許對(duì)實(shí)際輸入輸出點(diǎn)直接存取。4.1.2 可編程控制器的主要性能指標(biāo)（1）存儲(chǔ)容量系統(tǒng)程序存放在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中。這里所說的存儲(chǔ)容量指的是用戶程序存儲(chǔ)器容量決定了PLC可以容納的用戶程序的長(zhǎng)短，一般以字為單位來計(jì)算。（2）輸入/輸出點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)即PLC面板上連接

22、輸入、輸出信號(hào)用的端子的個(gè)數(shù)，常稱為“點(diǎn)數(shù)”，用輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的和來表示。I/O點(diǎn)數(shù)越多，外部可接入的器件和輸出的器件就越多，控制規(guī)模就越大。因此，I/O點(diǎn)數(shù)是衡量PLC性能的重要指標(biāo)之一。（3）掃描速度掃描速度是指PLC執(zhí)行程序的速度，是衡量PLC性能的重要指標(biāo)，一般以執(zhí)行1KB所用的時(shí)間來衡量掃描速度。（4）編程指令的種類和數(shù)量這也是衡量PLC能力強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。編程指令種類及條數(shù)越多，其功能就越強(qiáng)，即處理能力和控制能力也就越強(qiáng)。（5）擴(kuò)展能力PLC的擴(kuò)展能力反映在以下兩方面。大部分PLC用I/O擴(kuò)展單元進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展，有的PLC可以使用各種功能模塊進(jìn)行功能的擴(kuò)展。（6）智能單元

23、的數(shù)量PLC不僅能夠完成開關(guān)量的邏輯控制，而且利用智能單元可以完成模擬量控制、位置和速度控制以及通信聯(lián)網(wǎng)等功能，智能單元種類的多少和功能的強(qiáng)弱是衡量PLC產(chǎn)品水平的一個(gè)重要指標(biāo)。4.1.3 可編程控制器的設(shè)計(jì)原則任何一種電器控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的要求，以及提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在PLC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該把這個(gè)問題放到首位。PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循以下原則。1滿足要求最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的主要前提。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料。2安全可靠要求設(shè)計(jì)者要考慮控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)。為了能做到這一點(diǎn)要求在系統(tǒng)設(shè)在滿

24、足控制要求的計(jì)上、器件選擇上、軟件編程上要全面考慮。3經(jīng)濟(jì)實(shí)用前提下，一方面要注意不斷地控制工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。4適應(yīng)發(fā)展在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到今后的發(fā)展、完善。這就要求在選擇PLC機(jī)型和輸入/輸出模塊是，要適應(yīng)發(fā)展的需要，要適當(dāng)留有裕量。本設(shè)計(jì)采用S7-200作為控制器。4.1.4 S7-200PLC介紹SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。 - S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)

25、方面： -* 極高的可靠性 -* 極豐富的指令集 -* 易于掌握 -* 便捷的操作 -* 豐富的內(nèi)置集成功能 -* 實(shí)時(shí)特性 -* 強(qiáng)勁的通訊能力 -* 豐富的擴(kuò)展模塊 -S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 - S7-200系列PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)的8種CPU供使用。 *CPU單元設(shè)計(jì) 集成的24V負(fù)載電源：

26、可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，222具有180mA輸出， CPU 224，CPU 226分別輸出280，400mA。可用作負(fù)載電源。 *不同的設(shè)備類型 CPU 221226各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。 *本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn) CPU 221具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 222具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)。CPU 226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。 *中斷輸入 允許以極快的速度對(duì)過程信號(hào)的上升沿作出響應(yīng)。 *高速計(jì)數(shù)器 CPU 221/222 4個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30KHz），可編程并具有復(fù)位輸入，

27、2個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)作加、減計(jì)數(shù)，可連接兩個(gè)相位差為90的A/B相增量編碼器。 CPU224/226 6個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。 CPU 222/224/226 可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？墒褂梅抡嫫鳎ㄟx件）對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。 *模擬電位器 CPU221/222 1個(gè) CPU224/226 2個(gè) *脈沖輸出 2路高頻率脈沖輸出（最大20KHz），用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。 *實(shí)時(shí)時(shí)鐘 例如為信息加注時(shí)間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^程進(jìn)行時(shí)間控制。 EEPROM存儲(chǔ)器模塊（選件） 可作為修改與拷貝程序

28、的快速工具（無需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。 *電池模塊 用于長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長(zhǎng)存貯時(shí)間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲(chǔ)器模塊的卡槽中。 4.2 主電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的主電路由兩部分組成，分別為變頻器控制電機(jī)和軟起動(dòng)器控制電機(jī)兩部分組成。4.2.1 變頻器部分【1】變頻器工作原理變頻器控制交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速原理可用下式表示：異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速： (1)式中 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min； 同步轉(zhuǎn)速r/min，(=)；電源頻率； 電動(dòng)機(jī)的磁極個(gè)數(shù)；s-轉(zhuǎn)差率，(s=) ;從上式可以看出,如果

29、能夠有一個(gè)可以任意改變頻率的電源,即可以通過改變?cè)撾娫吹念l率來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。【2】變頻器的類別1按變換環(huán)節(jié)分（1）交交變頻器 把頻率固定的交流電源直接變成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。其主要優(yōu)點(diǎn)就是沒有中間直流環(huán)節(jié)，故變頻效率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下，故它主要用于容量較大的低速拖動(dòng)系統(tǒng)中。（2）交直交變頻器 先把頻率固定的交流電整成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電。由于把直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)較易控制，因此，在頻率的調(diào)節(jié)范圍，以及改善變頻后電動(dòng)機(jī)的特性等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前迅速普及應(yīng)用的主要是這一種。2按電壓的調(diào)制方式分（1）PAM

30、(脈幅調(diào)制) 變頻器輸出電壓的大小通過改變直流電壓的大小來進(jìn)行調(diào)制。在中小容量變頻器中，這種方式幾近絕跡。（2）PWM（脈寬調(diào)制） 變頻器輸出電壓的大小通過改變輸出脈沖的占空比來進(jìn)行調(diào)制。目前普遍應(yīng)用的是占空比按正選弦規(guī)律安排的正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）方式。3.按直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能方式分電流型 直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件是電感線圈L 電壓型 直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件是電容器C UVWRST RSTUVW LF CF 電流型與電壓型的儲(chǔ)能方式 a. 電流型 b. 電壓型 本設(shè)計(jì)使用三菱變頻器。【3】三菱變頻器介紹1三菱變頻器特點(diǎn)三菱變頻器是采用磁通矢量控制技術(shù)、PWM原理和智能功率模塊（IPM）的高性能變頻器，

31、其功率范圍為0.4315KW。三菱FR-A540變頻器具有以下特點(diǎn)：1) 用磁通矢量控制技術(shù)。在無速度傳感器的開環(huán)控制下，調(diào)速范圍為1：120；采用速度傳感器的閉環(huán)控制下，調(diào)速范圍為1：1000。低速旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)矩均勻。2) 用Soft-PWM原理和智能功率模塊(IPM)，使變頻器輸出波形更好，噪聲更低，抗干擾性能更強(qiáng)。3) 停電控制時(shí)減速停止功能，內(nèi)置功能，變頻/工頻切換功能和順序控制功能。4) 符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊功能。5) 具有過電流、過載、過電壓、欠電壓、接地過電流、輸出短路、失速防止等保護(hù)。6) 風(fēng)扇端子和控制端子的安裝和維修簡(jiǎn)便。7) 附設(shè)累計(jì)功率監(jiān)視及累計(jì)運(yùn)行時(shí)間監(jiān)視功能，用戶

32、可分析節(jié)能效果。本設(shè)計(jì)選擇FR-A540-22K-CH 額定容量32.8KVA 額定電流 43A 適配電動(dòng)機(jī)22KW2變頻器的工作模式三菱變頻器的操作模式有“PU操作模式”、“外部操作模式”、“組合操作模式”和“內(nèi)部通訊模式”。模式的選用應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程的控制要求和生產(chǎn)作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)條件等因素來確定，達(dá)到既滿足控制要求，又能夠以人為本的目的。本設(shè)計(jì)采用外部操作模式。外部操作模式通常為出廠設(shè)定這種模式通過外接的起動(dòng)開關(guān)等產(chǎn)生外部信號(hào)，控制變頻器的運(yùn)行。采用外部操作模式時(shí)，可通過設(shè)定“操作模式選擇”參數(shù)Pr.79=3或0來實(shí)現(xiàn)。起動(dòng)信號(hào)：端子信號(hào) STF3.變頻器的常見控制功能起動(dòng)控制 變頻器控制的電動(dòng)

33、機(jī)起動(dòng)除了應(yīng)遵循電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩這一原則外，還應(yīng)使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩交點(diǎn)的頻率小于變頻器設(shè)定的最大起動(dòng)頻率。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，通常要考慮解決起動(dòng)電流過大和機(jī)械沖擊問題，因而要根據(jù)拖動(dòng)系統(tǒng)及負(fù)載情況、控制要求和變頻器控制模式，選擇并設(shè)定恰當(dāng)?shù)钠饎?dòng)頻率和加速方式與時(shí)間。（1）起動(dòng)頻率選擇并設(shè)定起動(dòng)頻率的原則是；在起動(dòng)電流不超過允許值和拖動(dòng)系統(tǒng)滿足其他控制要求的前提下，系統(tǒng)能夠順利的盡快起動(dòng)。起動(dòng)頻率是指電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)時(shí)的頻率，常用來表示?？梢詮?開始，而對(duì)于慣性較大或摩擦轉(zhuǎn)矩較大的負(fù)載，需要加大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，也即應(yīng)使起動(dòng)頻率加大至某一值，此時(shí)起動(dòng)電流也較大。通常變頻器都可以預(yù)先設(shè)定起動(dòng)頻率

34、，需要值得注意的是，起動(dòng)頻率預(yù)置好后，小于該起動(dòng)頻率的運(yùn)行頻率將不能工作。三菱FR-A540變頻器的起動(dòng)頻率為參數(shù)Pr.13，設(shè)置范圍為060HZ，最小設(shè)置單位為0.01HZ，出廠設(shè)定為0.5HZ。（2）加速方式和加速時(shí)間變頻起動(dòng)是通過控制定子電壓和定子頻率來獲得所需的起動(dòng)性能。根據(jù)工程的需要，起動(dòng)時(shí)常有以下幾種情況需要考慮：起動(dòng)電流最小，或起動(dòng)損耗最小，或起動(dòng)時(shí)間最短。另外還要考慮避免過大的機(jī)械沖擊，使起動(dòng)過程緩和平滑等。根據(jù)通用變頻器的功能，有以下幾種起動(dòng)方式可選擇：限流加速、限時(shí)加速、S形加速。（3）PID控制大部分的通用變頻器都自帶有PID調(diào)節(jié)功能，有的變頻器是需要附加選件才能具有該項(xiàng)

35、功能的。變頻器如進(jìn)行PID控制，需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。P參數(shù)為比例增益，對(duì)執(zhí)行量的瞬間變化有很大的影響。有些變頻器是以比例范圍給出該參數(shù)的：比例值增益=1/比例范圍。I參數(shù)為積分時(shí)間常數(shù)，該時(shí)間越小，到達(dá)給定值就越快，但也越容易引起振蕩，積分作用一般使輸出響應(yīng)滯后。D參數(shù)為微分時(shí)間常數(shù)，該時(shí)間越大，反饋的微小變化就越會(huì)引起較大的響應(yīng)，微分作用一般使輸出響應(yīng)超前。PID動(dòng)作選擇參數(shù)為Pr.128，設(shè)定范圍為10、11、20、21.設(shè)定選擇，當(dāng)偏差量信號(hào)輸入（端子1）時(shí)為10（負(fù)作用）、11（正作用）；當(dāng)檢測(cè)值輸入（端子4）時(shí)為20（負(fù)作用）、21（正作用），出廠設(shè)定為10；PID比例常數(shù)參數(shù)為

36、Pr.129設(shè)定范圍為0.1%1000%，最小設(shè)定范圍為0.1%，出廠設(shè)定為100%；PID積分時(shí)間參數(shù)為Pr.130，設(shè)定范圍為0.13600S，最小設(shè)定范圍為0.1S，出廠設(shè)定為1S；上限參數(shù)為Pr.131，下限參數(shù)為Pr.132，設(shè)定范圍為0100%，最小設(shè)定范圍為0.1%，出廠設(shè)定為9999；PU操作時(shí)的PID目標(biāo)設(shè)定值參數(shù)為Pr.133，設(shè)定范圍為0100%，最小設(shè)定范圍為0.01%，出廠設(shè)定為0%；PID微分時(shí)間參數(shù)為Pr.134，設(shè)定范圍為0.0110S，出廠設(shè)定為9999。參數(shù)Pr.129、Pr.30、Pr.131、Pr.132、Pr.134當(dāng)設(shè)定為9999時(shí)，表示無效。（4）

37、自動(dòng)再起動(dòng)控制和瞬間停電再起動(dòng)控制當(dāng)由工頻切換到變頻器運(yùn)行或者瞬時(shí)掉電再恢復(fù)供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以保持自由運(yùn)行狀態(tài)（滑動(dòng)）一小段時(shí)間，然后變頻器再起動(dòng)。當(dāng)設(shè)定自動(dòng)再起動(dòng)時(shí)，報(bào)警信號(hào)中的UVT和IPT 在瞬時(shí) 掉電發(fā)生時(shí)將不動(dòng)作。需要進(jìn)行瞬時(shí)停電再起動(dòng)或者工頻電源與變頻器逆變輸出交流電切換時(shí)，應(yīng)將端子CS-SD短接，并將再起動(dòng)自由運(yùn)行時(shí)間2參數(shù)Pr.57設(shè)定為除“9999”以外的瞬時(shí)掉電再起動(dòng)自由運(yùn)行時(shí)間。再起動(dòng)自由運(yùn)行時(shí)間常數(shù)Pr.57，設(shè)定范圍為0.15S，最小設(shè)定單位為0.1S，出廠設(shè)定為9999，表示由工頻切換到變頻器運(yùn)行或者瞬時(shí)掉電再恢復(fù)供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)不再自動(dòng)起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入掉電停機(jī)模式（

38、參數(shù)為Pr.261Pr.266）。再起動(dòng)電壓上升時(shí)間為參數(shù)Pr.58，設(shè)定范圍為060S，最小設(shè)定范圍為0.1S，出廠設(shè)定為1S。參數(shù)Pr.162為瞬時(shí)停電再起動(dòng)動(dòng)作選擇，參數(shù)Pr.163為再起動(dòng)第一緩沖時(shí)間，參數(shù)Pr.164為 再起動(dòng)第一緩沖電壓，參數(shù)Pr.165為再起動(dòng)失速防止動(dòng)作水平。為了瞬時(shí)失電后進(jìn)行自動(dòng)再起動(dòng)，應(yīng)短接CS-SD端?！?】變頻器的設(shè)計(jì)1參數(shù)設(shè)定（1）因?yàn)樵谧冾l器通電前，需要先對(duì)變頻器的有關(guān)功能進(jìn)行預(yù)置，故控制電源“R1-S1”應(yīng)至接觸器KM1的前面。（2）用KM1控制變頻運(yùn)行，K3控制工頻運(yùn)行2功能設(shè)置（1）預(yù)置操作模式 由于變頻器的切換功能只能在外部運(yùn)行下失效，因此，

39、必須首先對(duì)運(yùn)行模式進(jìn)行預(yù)置，Pr.79預(yù)置為“2”，使變頻器進(jìn)入“外部運(yùn)行模式”。（2）對(duì)切換功能進(jìn)行預(yù)置Pr.137預(yù)置為“0.5”，起動(dòng)等待時(shí)間為0.5S。（3）調(diào)整部分輸入端的功能（多功能端子）1）Pr.185預(yù)置為“7”，使JOG端子變?yōu)镺H端子，用于接受外部熱繼電器的控制信號(hào)。2）Pr.186預(yù)置為“6”，使CS端子用于自動(dòng)再起動(dòng)控制。（4）調(diào)整部分輸出端的功能（多功能端子）1）Pr.192預(yù)置為“17” 。2）Pr.193預(yù)置為“18” 。3）Pr.194預(yù)置為“19” 。3各輸入信號(hào)對(duì)輸出的影響見下表4變頻器的正常工作過程1）按下SB1，KM1吸合，變頻器接通電源和電動(dòng)機(jī)。2）將

40、開關(guān)SB2閉和，變頻器即開始起動(dòng)，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。5變頻器發(fā)生故障后的工作過程1）當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，“報(bào)警輸出”端A和C之間接通，繼電器KA0吸合（為了保護(hù)變頻器內(nèi)部的端點(diǎn)，KA0線圈兩端并聯(lián)了一個(gè)RC吸收電路）。切換至2電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)，由指示燈進(jìn)行報(bào)警。2）繼電器KM1斷開，K3閉合，接觸器KM1、K3相應(yīng)地執(zhí)行切換動(dòng)作。3）工作人員應(yīng)立即按下切除報(bào)警按鈕SB3，停止報(bào)警，然后對(duì)變頻器進(jìn)行檢查。參數(shù)設(shè)定與功能選擇參數(shù)號(hào)名稱設(shè)定值說明137起動(dòng)等待時(shí)間0.5設(shè)定值應(yīng)比信號(hào)輸入到變頻器時(shí)到KM1實(shí)際接通的時(shí)間稍微長(zhǎng)點(diǎn)（大約0.30.5s）185JOG端子變?yōu)镺N端子7接受外部熱繼電器的控制信號(hào)1

41、86CS端子功能選擇6自動(dòng)再起動(dòng)控制192IPF端子功能選擇17瞬時(shí)停電193OL端子功能選擇18過負(fù)荷194FU端子功能選擇19頻率檢測(cè)輸入端子的選擇參數(shù)號(hào)信號(hào)使用端子功能開關(guān)狀態(tài)STFSTF變頻運(yùn)行指令（對(duì)工頻運(yùn)行無效）ON：電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)OFF：電動(dòng)機(jī)停止186CS用于功能端子定義變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行的切換ON：變頻運(yùn)行OFF：工頻電源運(yùn)行RESRES運(yùn)行狀態(tài)初始化ON：初始化OFF：正常運(yùn)行輸出端子的選擇參數(shù)號(hào)信號(hào)出廠設(shè)定功能設(shè)定范圍192IPF2瞬時(shí)掉電/低電壓0199，9999193OL3過負(fù)荷報(bào)警0199，9999194FU4頻率檢測(cè)0199，9999195A、B、C 99報(bào)警輸出01

42、99，9999【5】變頻器接線圖4.2.2 軟起動(dòng)部分【1】三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法三相籠型異步電動(dòng)機(jī)有直接起動(dòng)與減壓起動(dòng)兩種起動(dòng)方法.直接起動(dòng)，也叫全壓起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)通過一些直接起動(dòng)設(shè)備，將全部電源電壓(即全壓)直接加到異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下進(jìn)行起動(dòng)。一般情況下，直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流為額定電流的4-7倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1-2倍。根據(jù)對(duì)國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)實(shí)際測(cè)量，某些籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流甚至可達(dá)8-12倍。直接起動(dòng)的起動(dòng)線路是最簡(jiǎn)單的。然而這種起動(dòng)方法有許多不足。對(duì)于需要頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，過大的起動(dòng)電流將造成電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，影響電動(dòng)機(jī)的壽命;同時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組在電動(dòng)力的作用下，會(huì)發(fā)生

43、變形，可能引起短路，進(jìn)而燒毀電動(dòng)機(jī);另外過大的起動(dòng)電流，會(huì)使線路壓降增大，造成電網(wǎng)電壓的顯著下降，從而影響同一電網(wǎng)的其他設(shè)備的正常工作，有時(shí)甚至使它們停下來或無法帶負(fù)載起動(dòng)。這是因?yàn)榧熬c電網(wǎng)電壓的平方成正比，電網(wǎng)電壓的顯著下降，可使及均下降到低于一般規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)的功率低于7.SKW時(shí)允許直接起動(dòng)。如果功率大于7.5KW,而電源總?cè)萘枯^大，能符合下式要求的話，電動(dòng)機(jī)也可允許直接起動(dòng)。 （3.1）如果不能滿足式(3.1)的要求，則必須采用減壓起動(dòng)的方法，通過減壓，把起動(dòng)電流限制到允許的數(shù)值.傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的共同特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩固定不可調(diào)，起動(dòng)過程存在較大的沖擊電流，使被拖動(dòng)

44、負(fù)載受到較大的機(jī)械沖擊。且易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。因此采用軟起動(dòng)器可以避免以上問題。【2】軟起動(dòng)器的工作原理及功能1軟起動(dòng)器的工作原理軟起動(dòng)器采用圖3.1所示的三相交流調(diào)壓電路.在電源和異步電動(dòng)機(jī)之間接入反并聯(lián)的晶閘管調(diào)壓電路，通過改變晶閘管的觸發(fā)角來改變電動(dòng)機(jī)定子兩端電壓，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和定子電流等物理量。晶閘管的控制方式有兩種:一是相位控制，即通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)壓;二是周波控制，即把晶閘管作為靜止接觸器，交替的接通與切斷幾個(gè)周波的電源電壓，用改變接通時(shí)間與切斷時(shí)間之比來控制輸出電壓的有效值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。 圖3.1 晶閘管三相交流調(diào)壓電路軟起動(dòng)器采用了圖3.1所示的主電路

45、。由干所示的電路中沒有中線，因此在工作時(shí)若要負(fù)載電流流通，至少要有兩相構(gòu)成通路。其中一相是正向晶閘管導(dǎo)通，另一相則是反向晶閘管導(dǎo)通。為了保證在電路起始工作時(shí)有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，以及在感性負(fù)載反向晶問管導(dǎo)通。為了保證在電路起始工作時(shí)有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，以及在感性負(fù)載與控制角較小時(shí)仍能保證不同相的兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，本系統(tǒng)采用了能夠產(chǎn)生大于的寬脈沖或雙窄脈沖的觸發(fā)電路。和整流電路一樣，交流調(diào)壓電路的工作情況和負(fù)載性質(zhì)有很大關(guān)系。因此下面就分別予以討論。單相交流調(diào)壓電路是三相交流調(diào)壓電路的基礎(chǔ)，這里就用單相交流調(diào)壓電路為例進(jìn)行討論電阻負(fù)載.（1）電阻負(fù)載圖 3. 2為 電阻負(fù)載的單相交流調(diào)壓電路

46、圖。圖中的晶閘管VT1和VT2也可以用一個(gè)雙向晶閘管代替。在交流電源的正半周和負(fù)半周，分別對(duì)VT1和VT2的控制角進(jìn)行控制角可以調(diào)節(jié)輸出電壓。正負(fù)半周起始時(shí)間(=0)均為電壓過零時(shí)刻。在穩(wěn)態(tài)情況下，應(yīng)使正負(fù)半周的相等。從而可以得出，負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一部分，而且負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形相同。原因在于負(fù)載為純電阻性負(fù)載，電流與電壓同相位。 圖3.2電阻負(fù)載原理圖圖 3.2 中 在控制角為時(shí)，負(fù)載電壓有效值、負(fù)載電流有效值、晶閘管電流有效值和電路的功率因數(shù)分別為: （3.2）(3.4)（3.4）（3.5）由上述各式可以看出，“的移相范圍為時(shí)，相當(dāng)于晶閘管一直導(dǎo)通，輸出電壓為最大值，。隨著的

47、增大，逐漸降低，直到時(shí)，此外時(shí)，功率因數(shù)，隨著的增大，輸入電流滯后于電壓并且發(fā)生畸變，也逐漸降低。(2)阻感負(fù)載圖3.2為阻感負(fù)載的單相交流調(diào)壓電路圖。設(shè)負(fù)載的阻抗角為.如果用導(dǎo)線把晶閘管完全短接，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流應(yīng)該是正弦波，其相位滯后于電源電壓的角度為。用晶閘管進(jìn)行控制時(shí)，很顯然只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更加滯后，而無法使其超前。為了方便，把的時(shí)刻仍定在電源電壓過零時(shí)刻。當(dāng)在時(shí)刻開通晶閘管VTl，負(fù)載電流應(yīng)該滿足如下微分方程式和初始條件: （3.6） （3.7）解方程可以求得： （3.8）；為晶閘管導(dǎo)通角 （3.9）VT2導(dǎo)通時(shí)，上述表達(dá)式完全相同，只是的極性相反，并且相位相差.上述電路在

48、控制角為時(shí)，負(fù)載電壓有效值、負(fù)載電流有效值、晶閘管電流分別為:（3.10）（3.11） （3.12）（3.13）由上所各式可以推導(dǎo)出，阻感負(fù)載時(shí)觸發(fā)角的移相范圍為。由于異步電動(dòng)機(jī)是感性負(fù)載，由上述分析可以得知，當(dāng)交流調(diào)壓電路帶感性負(fù)載時(shí)，只有當(dāng)觸發(fā)角大于負(fù)載的功率因數(shù)角時(shí)，才能起到調(diào)壓的作用。當(dāng)時(shí)，電流導(dǎo)通的時(shí)間將始終保持在。其情況與一樣，相控不起任何調(diào)壓作用，甚至在晶閘管觸發(fā)脈沖不夠?qū)挼那闆r下，出現(xiàn)只有一個(gè)方向上的晶閘管工作，負(fù)載上出現(xiàn)直流分量，對(duì)晶閘管造成危害.為了保證晶閘管的安全，在使用相控晶閘管電路時(shí)采用寬脈沖觸發(fā)，移相范圍限制在.如圖2.1所示，主電路的每相由反并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管構(gòu)成。

49、要實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)，需要控制電機(jī)的輸入電壓，使其按照某種曲線由小到大逐漸上升.通過按照一定時(shí)序調(diào)整六個(gè)晶閘管的觸發(fā)角a就可以實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。該電路的調(diào)壓實(shí)質(zhì)是對(duì)電源電壓進(jìn)行斬波。電機(jī)獲得的電壓是非正弦的，但是每相電壓的正負(fù)半周是對(duì)稱的。是晶閘管的觸發(fā)角，是負(fù)載的功率因數(shù)角(也叫晶閘管的續(xù)流角)，是晶閘管的導(dǎo)通角。觸發(fā)角功率因數(shù)角以及導(dǎo)通角之間的關(guān)系: （3.14）其 中晶 閘 管的輸出電壓是介于導(dǎo)通角之間的波形。通過改變導(dǎo)通角的大小，就可以改變晶閘管的輸出電壓，從而改變了電機(jī)的輸入電壓。由式(3.14)可以得知，導(dǎo)通角與觸發(fā)角、功率因數(shù)角都有關(guān)。對(duì)于恒定的負(fù)載而言，功率因數(shù)角是常量，導(dǎo)通角

50、僅僅與觸發(fā)角有關(guān)。此時(shí)，只要改變晶閘管觸發(fā)角。就可以改變晶閘管的輸出電壓。但是對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)而言，功率因數(shù)角是個(gè)變量，并且是電機(jī)轉(zhuǎn)速n的函數(shù)。在電機(jī)起動(dòng)過程中，隨著轉(zhuǎn)速逐漸變大，功率因數(shù)角也在不斷變化.因此，改變晶閘管觸發(fā)角的同時(shí)也要兼顧功率因數(shù)角的變化情況。只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的輸入電壓按照預(yù)定規(guī)律變化的要求2軟起動(dòng)器的運(yùn)行方式軟起動(dòng)器主要有下列四種運(yùn)行模式.(1)跨越運(yùn)行模式(2)接觸器旁路工作模式(3)節(jié)能運(yùn)行模式(4)調(diào)壓調(diào)速模式3起動(dòng)功能異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器擁有多種起動(dòng)模式，可以滿足不同的起動(dòng)要求。(1)限流起動(dòng)該方法應(yīng)用較多，適用于風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載。(2)電壓斜坡起動(dòng)(3)轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)(4)轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)(5)電壓控制起動(dòng)4停車功能軟起動(dòng)器的停車和起動(dòng)一樣可以通過控制可控硅導(dǎo)通角，使電機(jī)定子兩端電壓以不同的策略減少，達(dá)到不同的停車特性。(1)自由停車(2)軟停車(3)能耗制動(dòng)【3】軟起動(dòng)器接線圖 4.3 控制電路設(shè)計(jì)控制電路主要是模擬量輸入輸出控制以及PLC控制部分的設(shè)計(jì)。4.3.1 模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)模擬量控制系統(tǒng)是指輸入信號(hào)為模擬量的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的控制方式上可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制是根據(jù)控制的設(shè)定值直接向控制對(duì)象輸出控制信