畢業(yè)設(shè)計（論文）-PLC自動上料控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

摘 要在高爐冶煉中，各種原料如焦碳、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和石灰石等以一定比例經(jīng)過準(zhǔn)確稱量后，經(jīng)皮帶運(yùn)輸?shù)缴狭闲≤?，再由上料小車送至高爐內(nèi)。傳統(tǒng)的鋼廠配料控制系統(tǒng)設(shè)備陳舊、精度低，不僅造成原材料的浪費(fèi)，更為嚴(yán)重的是導(dǎo)致許多工程質(zhì)量不合格，因此需要一種高精度動態(tài)配料控制系統(tǒng)。本設(shè)計是基于PLC控制、組態(tài)軟件監(jiān)控顯示、變頻器調(diào)速的高爐配料自動控制系統(tǒng)，而系統(tǒng)以PLC控制為核心。本設(shè)計為4種原料的配料系統(tǒng)，PLC、變頻器分別為西門子公司的S7-300、 M440。投料系統(tǒng)的交流傳動利用西門子公司的6SE70矢量型變頻器和PLC結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。PLC程序的開發(fā)以西門子公司的Step7作為軟件平臺，采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計技術(shù)，模塊化的設(shè)計，從而使系統(tǒng)具有良好的可移植性和可維護(hù)性。在系統(tǒng)中，通過上位機(jī)的控制界面設(shè)置配料的參數(shù)輸出到PLC，然后通過PLC自動控制協(xié)調(diào)各閥門的開關(guān)和變頻器的輸出變化對配料過程進(jìn)行控制，稱量斗上的傳感器通過變送器將重量信號送回到PLC，以達(dá)到閉環(huán)系統(tǒng)對給料的種類和速度的控制，并且對配料過程進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，使配料過程有數(shù)可依，便于管理。 關(guān)鍵詞：自動配料，變頻調(diào)速，自動補(bǔ)償，可編程控制器S7-300 引言研究背景 隨著課程的進(jìn)度，我們開始了學(xué)業(yè)的最后部分畢業(yè)設(shè)計。經(jīng)過了四年時間的學(xué)習(xí)，在老師的教導(dǎo)下，我們已經(jīng)具備了一定基礎(chǔ)，為了能夠?qū)⑺鶎W(xué)聯(lián)系起來，較好的應(yīng)用到生產(chǎn)當(dāng)中去,我們就需要在畢業(yè)設(shè)計中好好的鍛煉自己。在畢業(yè)設(shè)計中，我選擇了這樣一個題目就是為了能較好的鍛煉自己的應(yīng)用能力以及分析問題、解決問題的能力。本設(shè)計的題目為高爐上料PLC控制系統(tǒng)，為工程類項(xiàng)目，是高爐冶煉中的一部分。在高爐冶煉中，為了能高質(zhì)量地進(jìn)行冶煉，需要將各種原料按照一定的重量和比例準(zhǔn)確地添加到高爐中。傳統(tǒng)的鋼廠配料控制系統(tǒng)設(shè)備陳舊、精度低，不僅造成原材料的浪費(fèi)，更為嚴(yán)重的是導(dǎo)致許多工程質(zhì)量不合格，因此需要一種高精度動態(tài)配料控制系統(tǒng)。并且傳統(tǒng)的配料以人為主體，而人的操作總是有失誤的，并不如機(jī)器可靠。對機(jī)器來說，做這些工作可靠，并且精度高，有助于提高生產(chǎn)力，大大優(yōu)于人工配料系統(tǒng)，所以急需一種可靠的自動的控制配料系統(tǒng)來改造舊的傳統(tǒng)的配料模式。本設(shè)計中，高爐冶煉中所需要的原料有很多，但工藝要求它們要以準(zhǔn)確的重量和配比添加到高爐中，才能確保高爐反應(yīng)以高質(zhì)量進(jìn)行。配料過程是否準(zhǔn)確完成在一定程度上從開始決定了高爐生產(chǎn)能否順利進(jìn)行。所以，準(zhǔn)確、快速、靈活的進(jìn)行配料，對高爐冶煉來說具有重大的意義。本設(shè)計的第二部分為系統(tǒng)的概況與分析。介紹了，主要為工藝流程和工藝與系統(tǒng)的聯(lián)系。其中包括了工藝的重要性，工藝要求，還有文獻(xiàn)綜述，列舉了相關(guān)文獻(xiàn)的內(nèi)容以及參考資料等，這些資料對本設(shè)計的理論指導(dǎo)和模型的建立有著莫大的幫助。系統(tǒng)的控制模塊，包括所用的PLC以及軟件等的編程。系統(tǒng)完成的功能說明了該系統(tǒng)所能完成的功能，這些功能也是根據(jù)工藝的特點(diǎn)所需要的，為了更好的完成自動配料所需要的功能。系統(tǒng)的特點(diǎn)介紹了該系統(tǒng)在自動配料控制中的優(yōu)點(diǎn)。第三部分介紹了配料系統(tǒng)和卷揚(yáng)系統(tǒng)的工藝以及要求。第四部分介紹了整個設(shè)計的硬件設(shè)計。包括了各硬件的規(guī)格和它們之間的電路連接，以及PLC的硬件組態(tài)。 第五部分是關(guān)于PLC程序的設(shè)計過程，本設(shè)計的PLC程序以塊為結(jié)構(gòu)，分為了若干的塊，包括FB塊,FC塊。這種結(jié)構(gòu)是S7-300的一個特點(diǎn)，這樣的結(jié)構(gòu)對于編程本身非常有利。另外，這種結(jié)構(gòu)的程序在運(yùn)行的時候會非常的穩(wěn)定。1 系統(tǒng)的概況與分析11 配料系統(tǒng)概況高爐上料系統(tǒng)一般由焦炭倉,球團(tuán)礦/ 燒結(jié)礦倉,石灰石/ 白灰石倉以及原礦或廢鐵倉組成;每一個料倉下面設(shè)有一臺電動給料機(jī)和一臺料斗計量秤;料斗的下部裝有電動或液壓卸料機(jī)構(gòu);有1 - 2 條皮帶機(jī)組成的運(yùn)料機(jī)構(gòu)把料斗型計量秤卸下的物料送到上料料車中去;每當(dāng)高爐內(nèi)的料位下降到一定程度時,啟動卷揚(yáng)機(jī)把料車提到爐頂;并分時打開小料鐘和大料鐘把物料送入爐內(nèi)。12 料車卷揚(yáng)系統(tǒng)概況高爐上料系統(tǒng)的主要任務(wù)是把爐料運(yùn)送到高爐爐頂，裝入爐頂受料斗中。高爐卷揚(yáng)上料小車是高爐煉鐵中的主要塵產(chǎn)設(shè)備之。卷揚(yáng)上料小車在整個系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，該設(shè)備能否正常運(yùn)行直接影響高爐爐況、產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。為了滿足冶煉要求，必須合理確定控制方案?？刂品桨覆粌H與設(shè)計和選用設(shè)備有關(guān)，而且直接影響高爐的操作條件。1、料車卷揚(yáng)機(jī)采用SINMENS 6SE70系列變頻器實(shí)現(xiàn)交流變頻調(diào)速控制。通過RS-232總線連接到主PLC，由PLC控制料車卷揚(yáng)機(jī)的啟動、停止、高速、低速、加速、減速，并把檢測到料車卷揚(yáng)機(jī)的系統(tǒng)故障信號傳輸給PLC進(jìn)行處理。12 、料車的主要控制步驟l 料制由操作人員編制完成；l 槽下礦石匯總斗、焦碳稱量斗稱量料滿；l 卷揚(yáng)機(jī)開動料車到料坑底；l 開啟礦石匯總斗或焦碳稱量斗閘門；l 礦石匯總斗或焦碳稱量斗放料至料空；l 關(guān)閉礦石匯總斗或焦碳稱量斗閘門；l 料車顯示料滿信號；l 卷揚(yáng)機(jī)開動料車到爐頂；l 料車到爐頂后延時5秒顯示料車料空，與此同時異側(cè)料車在料坑底裝料；l 上料過程中可加入“焦碳越位”、“空車”調(diào)整料制，但不記入上料料制中。13 文獻(xiàn)綜述高爐上料系統(tǒng)一般由焦炭倉,球團(tuán)礦/ 燒結(jié)礦倉,石灰石/ 白灰石倉以及原礦或廢鐵倉組成;每一個料倉下面設(shè)有一電動給料機(jī)和一臺料斗計量秤;料斗的下部裝有電動或液壓卸料機(jī)構(gòu);有1 - 2 條皮帶機(jī)組成的運(yùn)料機(jī)構(gòu)把料斗型計量秤卸下的物料送到上料料車中去;每當(dāng)高爐內(nèi)的料位下降到一定程度時,啟動卷揚(yáng)機(jī)把料車提到爐頂;并分時打開小料鐘和大料鐘把物料送入爐內(nèi)。這就是高爐上料系統(tǒng)的流程。針對這個流程，要設(shè)計一個自動控制系統(tǒng)，智能的完成此配料過程。高爐煉鐵生產(chǎn)是連續(xù)性作業(yè),如果入爐料的礦石/ 焦炭比例波動大,則引起爐溫產(chǎn)量的波動; ,從而對產(chǎn)品的質(zhì)量和都帶來不利的影響,因此入爐料重量的穩(wěn)定是高爐煉鐵生產(chǎn)穩(wěn)定順行的前提條件1。所以，本設(shè)計應(yīng)主要解決如下問題:1 物料準(zhǔn)確計量和誤差自動補(bǔ)償,當(dāng)配料過程中由于機(jī)械設(shè)備的性能變動或物料的理化性能改變引起稱量誤差時自動找回誤差值。2 按煉鐵工藝要求自動完成順序上料,根據(jù)本高爐的爐況編制上料制度并把該上料制度輸入到控制系統(tǒng)后,控制系統(tǒng)自動完成上料操作。3 檢測控制大小料鐘和料尺,料線到規(guī)定值時發(fā)出允許上料訊號,把料車的料送到爐頂。4 打印記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)和控制參數(shù)。5 檢測并屏幕顯示系統(tǒng)工作情況,當(dāng)外部機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障時及時發(fā)出報警信號和故障處理指令。對于誤差的補(bǔ)償可以采用積累誤差補(bǔ)償法2,這種方法主要是對每一次的配料值都進(jìn)行誤差的計算，然后在下一次配料時進(jìn)行補(bǔ)償，這樣一來，每一次的補(bǔ)償都相當(dāng)于是對以往配料的一個總的補(bǔ)償，那么經(jīng)過N次上料后，相對差值就近于0了。這是一種比較好的補(bǔ)償方法。對于傳感器來說，它的輸出也有誤差，也以進(jìn)行補(bǔ)償。用零極點(diǎn)配置的方法3,它的原理就是使動態(tài)補(bǔ)償數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)是傳感器傳遞函數(shù)的倒數(shù), 則整個測量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為1, 這樣便具有理想的頻率響應(yīng)特性。然而本設(shè)計中的傳感器并不要求有太高的精度就能滿足要求。所以無需補(bǔ)償。電子秤- PLC - 微機(jī)控制上料系統(tǒng)具有較高的可靠性和穩(wěn)定性,大大減少了高爐入爐料的重量和配比的波動,消除了電氣控制時的人為誤操作,為高爐煉鐵生產(chǎn)過程連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行創(chuàng)造了條件4。 在目前的自動配料控制系統(tǒng)中各個單位和不同環(huán)節(jié)的系統(tǒng)大同小異，基本組成分為三個單元：控制單元，稱重單元和上位機(jī)組態(tài)軟件。那么對于本系統(tǒng)的設(shè)計來說，電子秤作為測量儀器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的回路輸入，PLC作為控制環(huán)節(jié)的核心，全面的進(jìn)行控制、和計算輸出，微機(jī)作為上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的輸入和輸出。流程中的一些可操作控制等，并要求以友好、簡潔明了的操作界面進(jìn)行控制。這是一個比較穩(wěn)定、可靠的系統(tǒng)模式。那么，本設(shè)計也將采用這種電子秤- PLC - 微機(jī)模式。對于稱重有很多種傳感器，一般使用壓阻式。傳感器將壓力信號傳至變送單元，由變送器將信號轉(zhuǎn)換為420mA或1V標(biāo)準(zhǔn)信號再送至PLC的輸入單元5，這樣便形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。電子秤方面實(shí)際上只要求有一個傳感器和一個變送器即可，因?yàn)閷τ陲@示和操作來說，都可以在友好的人機(jī)界面上完成。因?yàn)閭鞲衅鞯妮敵鲂盘柡苋?，而?shí)際環(huán)境又是十分復(fù)雜的6。所以要求傳感器要緊接著變送器進(jìn)行連接。根據(jù)現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境，可以選取西門子的S7-300這款PLC。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)7。然而這只是控制方面，對于下料倉的速度變化控制應(yīng)采用變頻器控制。變頻調(diào)速器本身的可靠性很高：一般情況下可連續(xù)使用10 萬h 以上。而且變頻器自帶欠壓、過壓、過流、過載、過熱以及失速等各種保護(hù)功能9。與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的交流拖動系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)能，容易實(shí)現(xiàn)有電動機(jī)的調(diào)速控制，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動，可以對電動機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動，適應(yīng)各種環(huán)境等等10。對生產(chǎn)過程進(jìn)行打印記錄是一個必不可少的功能，這里對此功能提出以表重要。因?yàn)?，及時記錄和打印生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，使生產(chǎn)有數(shù)可依，管理更系統(tǒng)，強(qiáng)化了煉鐵生產(chǎn)計量管理手段11。本設(shè)計大致分為幾個方面組態(tài)軟件的設(shè)計，電路設(shè)計，PLC程序設(shè)計等。在上位機(jī)組態(tài)軟件的設(shè)計中，主要包括控制畫面、數(shù)據(jù)顯示畫面以及上位機(jī)和PLC的通訊。在PLC設(shè)計中，主要包括4種原料的順序組合，閥門的順序開關(guān)，模擬信號的采集，變頻器的速度控制以及配料的補(bǔ)償算法。根據(jù)系統(tǒng)工藝的要求和硬件的組成等因素完成之后進(jìn)行一定的程序開發(fā)，程序的開發(fā)是以這兩個為前提的，也是最后對系統(tǒng)的運(yùn)行起決定性作用的一個重要環(huán)節(jié)。程序開發(fā)分為兩個大的方面：PLC程序開發(fā)和組態(tài)軟件程序開發(fā)。根據(jù)系統(tǒng)工藝的要求我們可將PLC程序分為三個大的方面：1、手動操作2、自動操作3、數(shù)據(jù)采集自動操作又分為三個大的方面：1、順序控制2、加料控制3、自動補(bǔ)償之所以這樣劃分一是根據(jù)系統(tǒng)的需要，另外，S7-300這款PLC的編程中可以以塊為結(jié)構(gòu)，稱為用戶程序結(jié)構(gòu)。組態(tài)軟件的編程主要是控制畫面的設(shè)計，將組態(tài)程序做好就能有一個友好的界面來實(shí)現(xiàn)人與控制系統(tǒng)的結(jié)合，使配料在自動的情況下進(jìn)行，但人又可以在控制界面中對控制過程進(jìn)行干預(yù)，并且監(jiān)控配料過程的進(jìn)行，對過程數(shù)據(jù)進(jìn)行考查和記錄。2 配料系統(tǒng)21 配料系統(tǒng)簡介 高爐上料系統(tǒng)一般由焦炭倉,球團(tuán)礦/ 燒結(jié)礦倉,石灰石/ 白灰石倉以及原礦或廢鐵倉組成;每一個料倉下面設(shè)有一臺電動給料機(jī)和一臺料斗計量秤;料斗的下部裝有電動或液壓卸料機(jī)構(gòu);礦石在槽下經(jīng)振動給料機(jī)、振動篩后(雜礦和溶劑不過篩)，合格的礦石進(jìn)入稱量漏斗，稱量好的礦石再經(jīng)過主皮帶機(jī)運(yùn)至料坑礦石匯總稱量斗。碎礦皮帶機(jī)設(shè)在料坑兩側(cè)的篩下，篩下的碎礦由皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至返礦倉。焦碳經(jīng)由振動給料篩進(jìn)入稱量斗，在需要時直接進(jìn)入料車。料坑內(nèi)設(shè)有兩個礦石匯總稱量斗閘門和焦炭稱量斗閘門，分別將礦石、焦炭和各種雜礦裝入左右料車中如圖1。圖1 配料系統(tǒng)工藝流程圖22 工藝要求高爐煉鐵生產(chǎn)是連續(xù)性作業(yè),如果入爐料的礦石/ 焦炭比例波動大,則引起爐溫產(chǎn)量的波動; ,從而對產(chǎn)品的質(zhì)量和都帶來不利的影響,因此入爐料重量的穩(wěn)定是高爐煉鐵生產(chǎn)穩(wěn)定順行的前提條件。自動化上料控制系統(tǒng)主要解決如下問題:1、物料準(zhǔn)確計量和誤差自動補(bǔ)償,當(dāng)配料過程中由于機(jī)械設(shè)備的性能變動或物料的理化性能改變引起稱量誤差時自動找回誤差值。2、按煉鐵工藝要求自動完成順序上料,根據(jù)本高爐的爐況編制上料制度并把該上料制度輸入到控制系統(tǒng)后,控制系統(tǒng)自動完成正裝,倒裝,同裝,分裝以及混裝等上料操作。3、檢測控制大小料鐘和料尺,料線到規(guī)定值時發(fā)出允許上料訊號,把料車的料送到爐頂。4、打印記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)和控制參數(shù)。5、檢測并屏幕顯示系統(tǒng)工作情況,當(dāng)外部機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障時及時發(fā)出報警信號和故障處理指令。23 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能1、實(shí)現(xiàn)各配料秤和集料皮帶機(jī)的順序起停、單機(jī)起停。2、實(shí)現(xiàn)各配料秤的重量配比控制。3、實(shí)現(xiàn)對配料的初始數(shù)值的設(shè)定。4、報警。對經(jīng)常出現(xiàn)的故障進(jìn)行聲光同時報警。5、報表打印。人工干預(yù)，和定時打印各種時報、班報和月報等。6、斷電保護(hù)。斷電后再次供電時，系統(tǒng)時行初始化復(fù)位，保證各臺設(shè)備均處于停機(jī)狀態(tài)，以防發(fā)生人身和設(shè)備事故。3 卷揚(yáng)系統(tǒng)31 卷揚(yáng)系統(tǒng)簡介 高爐上料的形式主要有兩種：一是卷揚(yáng)料車上料，二是皮帶上料，由于料車上料占地面積小，在中小高爐中得到廣泛應(yīng)用，如中型高爐卷揚(yáng)系統(tǒng)采用雙電機(jī)控制，小高爐采用單電機(jī)控制。卷揚(yáng)上料系統(tǒng)的主要過程是：各種原料經(jīng)過槽下配料后放入中間斗，料車到料坑后，中間斗把料放如料車，中間料斗閥門關(guān)到位并且爐頂準(zhǔn)備好后，料車啟動，經(jīng)過一加速二加速全速一級減速二級減速檢查位，到達(dá)爐頂停車。32 控制方案 321 上料及爐頂系統(tǒng)及主要電氣設(shè)備 1、卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)交流電機(jī)功率160KW，三相交流380V一臺。 2、冷卻風(fēng)機(jī)電機(jī)3.7KW，三相交流380V一臺。 3、料車制動器1KW，兩相交流380V兩臺。 4、料車行程編碼器，OMRON一臺。 5、智能主令控制器一臺。 6、料車切換柜一面、交流變頻傳動柜兩面（一用一備），制動電阻柜一面。 7、料車變頻器選西門子6SE70 200KW兩臺，配套制動單元。322 基本工藝要求 1、料車卷揚(yáng)機(jī)：料車卷揚(yáng)機(jī)按料車行程曲線運(yùn)行； 2、在PLC操作臺手動方式下，滿足高、中、低速調(diào)速要求； 3、料車啟動、停車及加、減速平穩(wěn)，速度控制受負(fù)載（空載或滿載）影響較?。?4、主卷揚(yáng)有鋼繩松弛保護(hù)和極限張力保護(hù)裝置（過流保護(hù)）； 5、料車有行程極限，超極限保護(hù)裝置，低速檢查保護(hù)；323 設(shè)計方案 系統(tǒng)方框圖如圖3所示編碼器PLCQH柜卷揚(yáng)變頻器卷揚(yáng)電機(jī)智能主令操作臺 圖2系統(tǒng)方框圖 本設(shè)計采用西門子公司的6SE70全數(shù)字交流變頻調(diào)速供電裝置。系統(tǒng)配置了配套制動單元和獨(dú)立的制動電阻柜，采用能耗制動方式實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)系統(tǒng)的制動。供電裝胃的工作方式選用一備用方式，通過切換柜中的三刀雙擲刀丌關(guān)完成備用切換，并配有觸摸屏作為人機(jī)界面。每個變頻器的控制信號通過切換柜的電(設(shè)備求完成基本聯(lián)鎖及控制，在主PLC與切換柜之間、操作臺與切換柜之間利用繼電器相互隔離，使抖車的控制可以山PLC或操作臺分別控制系統(tǒng)，提高整個系統(tǒng)的可靠性。抱閘山6SE70裝冒中的抱閘專用控制功能來實(shí)現(xiàn)料車運(yùn)行中的抱閘控制及聯(lián)鎖控制。 在此過程中，各加減速設(shè)計主要是山與上料小車在斜橋上運(yùn)行至爐頂卸料時必須有一段彎軌。裝滿料的小車啟動時也不宜有過大的沖擊。所以，采用變頻器對其主卷揚(yáng)電機(jī)頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行操作。變頻器頻率的變化原則主要依據(jù)現(xiàn)場主令控制器的狀態(tài)，現(xiàn)場主令控制器的狀態(tài)送到PLC輸入端子，山PLC控制，通過PLC的開關(guān)量輸出端子控制變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)主卷揚(yáng)的速度調(diào)整。啟動后，電機(jī)隨之平滑、無級調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，如果運(yùn)行中出現(xiàn)欠壓、逆變器過載、電機(jī)過載、故障等運(yùn)行約束條件出現(xiàn)。綜合報警就會動作，切斷控制回路，同時在逆變器面板上的數(shù)字監(jiān)視器顯示相應(yīng)的故障信號為了保證載料小車上料周期，提高產(chǎn)量，減少小車故障。載料小車在上升或下降過程中，運(yùn)行狀態(tài)分成三個階段：低速段、高速段、低速段。 調(diào)速裝置的交流進(jìn)線是通過交流進(jìn)線電抗器解耦，并且進(jìn)線電抗器設(shè)置在電源切換柜中，相當(dāng)于兩套變頻器共用一臺進(jìn)線電抗器。在切換開關(guān)后面分別接兩臺出線電抗器，消除出線高次諧波，保護(hù)電機(jī)高爐上料卷揚(yáng)系統(tǒng)是煉鐵生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，主要作用是將煉鐵所需的原料源源不斷地送到高爐內(nèi)，保證煉鐵的正常需要，而整個高爐上料卷揚(yáng)系統(tǒng)的核心就是料車的主提升設(shè)備，交流變頻調(diào)速可以獲得理想的效果。電力電子變頻器可分為交-直-交和交-交兩大類。U/f恒定、速度開環(huán)控制方式和轉(zhuǎn)差頻率速度閉環(huán)控制方式通用變頻器，基本上解決了異步電動機(jī)平滑調(diào)速的問題。然而，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能提出更高要求是，上述系統(tǒng)還是比直流調(diào)速系統(tǒng)略遜一籌。原因在于其系統(tǒng)控制的規(guī)律是從異步電動機(jī)穩(wěn)定性、起動及低速時轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)等方面的性能尚不能令人滿意?？紤]到異步電動機(jī)是一個多變量、強(qiáng)耦合、非線性的時變參數(shù)系統(tǒng)，很難直接通過外加信號準(zhǔn)確控制電磁轉(zhuǎn)矩，但若以轉(zhuǎn)子磁通這一旋轉(zhuǎn)的空間矢量為參考坐標(biāo)，利用從靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，則可以把定子電流中的勵磁電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量變成標(biāo)量獨(dú)立開來，進(jìn)行分別控制。這樣，通過坐標(biāo)變換重建的電動機(jī)模型就等效為一臺直流電動機(jī)，從而可象直流電動機(jī)那樣進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)矩和磁通控制即矢量控制。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機(jī)的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量（勵磁電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流矢量（轉(zhuǎn)矩電流）分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式為矢量控制方式。原理結(jié)構(gòu)如圖4所示：圖3采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可以在調(diào)速范圍上與直流電動機(jī)媲美，而且可以控制異步電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。主卷揚(yáng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是卷揚(yáng)電機(jī)工作頻繁，負(fù)荷重，啟動轉(zhuǎn)矩要求高，要有足夠的運(yùn)載能力。變頻器設(shè)計轉(zhuǎn)矩計算比較復(fù)雜，實(shí)際選用時多以經(jīng)驗(yàn)選型，變頻器容量應(yīng)比卷揚(yáng)電機(jī)容量大12檔。根據(jù)卷揚(yáng)系統(tǒng)電動機(jī)的額定電流和負(fù)載特性，選擇富士FRENIC5000G11S通用變頻器。33 料車定位 高爐卷揚(yáng)料車的傳統(tǒng)定位方式是機(jī)械的主令控制器，目前來看，使用起來有很多問題，定位精度差，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，機(jī)械觸點(diǎn)容易氧化，位置發(fā)生變化后，必須休風(fēng)，跑幾次空車，調(diào)整料車位冒。我們現(xiàn)在采用的方案是智能主令控制器與編碼器(PLC)結(jié)合對料車進(jìn)行定位，料車定位采用絕對值編碼器來完成，信號是格雷碼，以開關(guān)量的形式送給PLC；主令控制器采用增量式編碼器，脈沖信號送給主令控制器的內(nèi)部小PLC。料車定位編碼器通過ProfibusDP與PLC聯(lián)網(wǎng)。通過數(shù)字面板來調(diào)整料車位置,如料車位置發(fā)生變化，只需在數(shù)字面板上改變料車位罟的數(shù)值即可完成對料車的定位。同時，主令控制器所檢測到的數(shù)據(jù)與主PLC中的數(shù)據(jù)相比較，差小于允許值時認(rèn)為定位準(zhǔn)確。圖5為ZKLK系列主令控制器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工作原理圖。部件采用先進(jìn)、可靠的SIMATIC可編程序控制器(PLC)和OMRON旋轉(zhuǎn)編碼器組成。主令控制器主要山傳感器單元、處理控制單元、電纜及聯(lián)接單元三部分組成。核心主令控制器主要山傳感器單元、處理控制單元、電纜及聯(lián)接單元三部分組成。核心系統(tǒng)通過齒輪將主卷揚(yáng)減速機(jī)的低速軸同傳感器箱嚙合，減速機(jī)帶動卷揚(yáng)滾筒轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)對料車位冒移動的控制，并將移動的距離傳給旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生位胃碼送給PLC，通過其CPU的程序處理實(shí)現(xiàn)精確定位或限位，發(fā)送相應(yīng)的控制信號和保護(hù)輸出，這樣，被控對象的位置就實(shí)現(xiàn)控制；同時，控制箱上的操作面板通過PPI通訊與PLC聯(lián)接，這一良好的人機(jī)界面使得被控對象的當(dāng)前位置顯示準(zhǔn)確直觀、參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整簡潔方便。4 系統(tǒng)硬件說明41 PLC簡介一、PLC的發(fā)展歷程在自動化控制領(lǐng)域，PLC是一種重要的控制設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1969年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。后來可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。二、PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。三、PLC的編程器編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。目前一般由計算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。STEP 7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。STEP 7的功能如下：- 可通過選擇SIMATIC工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展- 為功能模板和通訊處理器賦值參數(shù)- 強(qiáng)制和多處理器模式- 全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊- 使用通訊功能塊的事件驅(qū)動數(shù)據(jù)傳送PLC的這些的諸多優(yōu)點(diǎn)就注定了它要成為工控系統(tǒng)中不可被替代作用。穩(wěn)定，可靠，強(qiáng)大的功能，這正是工業(yè)控制中所越來越需要的，是發(fā)展的趨勢。42 PLC模塊配置S7-300PLC采用背板總線的方式將各模塊從物理上和電氣上連接起來。除CPU模塊外，每塊信號模塊都帶有總線連接器。安裝時先將總線連接器CPU模塊并固定在導(dǎo)軌上，然后依次將各模塊裝入。電源模塊與CPU模塊和其它信號模塊之間是通過電纜連接。111PLC的中央處理器CPU315CPU315是S7-300的大腦，其裝載存儲器的基本容量為48K字節(jié)或80K字節(jié)，可用存儲卡擴(kuò)充裝載存儲器，最大容量可達(dá)到512KB。每執(zhí)行1000條二進(jìn)制指令約需03ms，最大可擴(kuò)充1024點(diǎn)數(shù)字量I0或128路模擬量通道。CPU315內(nèi)裝硬件實(shí)時時鐘。CPU315的操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的用戶程序掃描過程。CPU響應(yīng)哪個事件，操作系統(tǒng)自動調(diào)用該事件的組織塊0BCPU315可調(diào)用12日個功能塊FB(0127)；12日個功能調(diào)用FC(0127)； 127個數(shù)據(jù)塊DB(1127，0保留)。0B，F(xiàn)B，F(xiàn)C，DB的容量均不大于8KB。此外，還有38個系統(tǒng)功能塊SFC集成在操作系統(tǒng)中供用戶調(diào)用：有9個系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊SDB裝載S7-300系統(tǒng)參數(shù)。CPU315適用于要求高速處理和中等I0規(guī)模的任務(wù)。它可以裝載中等規(guī)模的程序，并具有中等的指令執(zhí)行速度。2接口模塊IM360和IM361當(dāng)PLC系統(tǒng)的規(guī)模較大時，一個機(jī)架不能容納所有的模塊時，就要增添擴(kuò)展機(jī)架，這時裝有CPU的機(jī)架稱為主機(jī)架。主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間通過接口模塊IM1360和1M361形成統(tǒng)一的整體。每個機(jī)架的接口模塊通過總線連接器連接到I0模塊。接口模塊是自組態(tài)的，無需進(jìn)行地址分配。具有指示系統(tǒng)狀態(tài)和故障的發(fā)光二極管LED。如果CPU不確認(rèn)此機(jī)架，則LED閃爍。一個系統(tǒng)可以有中央機(jī)架和最多三個擴(kuò)展機(jī)架，每個機(jī)架最多八個擴(kuò)展模塊，相鄰機(jī)架的間隔為4厘米到10米。IM360必須安裝在S7-300的0號主機(jī)架上：數(shù)據(jù)通過連接線368山IM360傳輸?shù)絀M361：IM360和IM361之間的最大距離不超過10米。IM361接口模塊安裝在S7300的l號到3號的機(jī)架上；數(shù)據(jù)通過連接線368由IM360傳輸?shù)絀M361，再從IM361傳輸?shù)较聜€機(jī)架上的IM361；每個IM361需要一個外部24V電源，向擴(kuò)展機(jī)架上的所有模塊供電?？赏ㄟ^電源連接器連接P5307負(fù)載電源。3通訊處理模塊CP3435CP343-5通訊處理器是用于PROFIBUS-FMS總線系統(tǒng)的SIMATIC 57300的通訊處理器。它內(nèi)部帶有微處理器，用來分擔(dān)CPU的通訊任務(wù)，并支持其它的通訊連接。它可以通過PROFIBUSFMSPROFIBUS站點(diǎn)通訊：與編程器、人機(jī)界面裝置進(jìn)行通訊：與其他SIMATICS7300系統(tǒng)進(jìn)行通訊。CP3435通訊處理器具有SIMIITIC57300系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，其9針D型連接器用于連接PROFIBUS，4針端子排用于立連接外部24V直流電源電壓。432路數(shù)字輸出模塊SM322 D032*24VDC05A數(shù)字輸出模塊將S7-300的內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號電平。按負(fù)載回路使用的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。SM322D032*24VDCO5A屬于晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負(fù)載：32個輸出點(diǎn)，分成8組；05A的輸出電流；該模塊輸出具有短路保護(hù)功能，適用于連接電磁閥、接觸器、小功率電機(jī)燈和電機(jī)啟動器。其前視圖與原理圖如圖7所示，圖中可以看出背板總線接口產(chǎn)生的位電平信號驅(qū)動光電禍合器，實(shí)現(xiàn)與外部電路的隔離。58路12位分辨率模擬量輸入模塊SM331SM331：AI8*12Bit是8通道的模擬量輸入模塊，在系統(tǒng)中用于輸入電子稱的測量值模塊主要是由AD轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。AD轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法。積分式AD轉(zhuǎn)換的積分時間直接影響到AD轉(zhuǎn)換時間和AD轉(zhuǎn)換精度。積分時間越長，被測值的精度越高。SM331可選的積分時間有：25ms，167ms，20ms和l00ms。在我國為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用20ms的積分時間，相應(yīng)精度為12位。S7300的CPU用16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量的值，其中最高位為符號位S?！?”表示正值，“+1“表示負(fù)值。S7300模擬輸入模塊的輸入測量值范圍很寬，可直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號。它用于連接不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，可以將擴(kuò)展過程中的模擬信一號轉(zhuǎn)化為S7300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號。SM331的8個模擬量輸入通道共用一個積分式AD轉(zhuǎn)換部件。即通過模擬切換開關(guān)，各個輸入通道按順序一個接一個轉(zhuǎn)換。某一通道從開始轉(zhuǎn)換模擬量輸入值起，一直持續(xù)到再次開始轉(zhuǎn)換的時間稱為輸入模塊的循環(huán)時間。循環(huán)時間是對外部模擬信號的采樣間隔。對于一個積分時間設(shè)定為20ms，8個輸入通道都接有外部信號且都需斷線監(jiān)視的SM331，其循環(huán)時間為(22+10)*8=256ms。SM331的每兩個輸入通道構(gòu)成一個輸入通道組，可以按通道組任意選擇測量方法和測量范圍。模塊上需接24VDC的負(fù)載電壓L+，有反接保護(hù)功能。模塊與S7-300CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。SM331： A18*12BIT模擬量輸入模塊的電氣原理圖如圖8所示。另外，為了使模擬量輸入模塊獲得最佳的抗干擾性能，可以將不使用的通道與M短接。6電源模塊PC307(5A)及其容量計算PS307電源模塊的輸入接單相交流，輸入電壓為120230V，5060HZ；輸出電壓24VDC，輸出電流5A；在輸入和輸出之間有可靠的隔離。圖9是PS307(5A)電源模塊前面板。電源輸出指示器用一個LED指示24伏直流輸出。如果正常輸出額定電壓24V，則綠色LED點(diǎn)亮：如輸出電路過載，則LED閃爍；輸出電流長期在5A到7A之間時，輸出電壓下降，電源壽命縮短；電流超過7A時，電壓跌落，跌落后可自動恢復(fù)；如輸出短路，則輸出電壓為0v，LED變暗，在短路消失后電壓自動恢復(fù)。PS307（5A)的基木電路圖如圖10所示12 在實(shí)時控制系統(tǒng)中，接地是抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作的主要辦法。如能把接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用，可以解決大部分一千擾問題。在確定所有的模塊并組建S7300系統(tǒng)時要選擇合適的電源模塊。其選擇準(zhǔn)則是電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊與所有I0模塊之和，并且要有30左右的余量。故在設(shè)計系統(tǒng)時考慮每塊模塊的電流消耗和功率損耗是非常必要的。表1列出了在24V直流負(fù)載電源下，所選用的各種S7300模塊的心流損耗以及從24V負(fù)載電源吸取的電流。14表1 各模塊電源容量表模塊通過背板總線吸取的電流（最大值）從24V負(fù)載電源吸取的電流（不帶負(fù)載運(yùn)行）功率損耗（正常運(yùn)行）CPU3151.2A1A8WIM360350mA-2WIM3610.8A0.5mA5WCP343-570mA0.6mA7.25WSM32125mA1mA3.5WSM32270mA100mA4.9WSM33160mA60mA1.3W機(jī)架0上24V電源由CPU315向其它模板供電、另外插入IM360，CP343 5各1塊，SM331模擬輸入板2塊，SM322數(shù)字輸出板3塊。這些模塊從S7300背板總線吸取的電流為 350+70+2*60+3*70=750(mA) 沒有超過CPU315所能轉(zhuǎn)供的電流12A.機(jī)架1上由24V電源通過IM361向其它模板供電，另外插入SM322一塊，數(shù)字輸入板SM321共5塊，這些模塊從S7300背板總線吸取的電流為 70+5*25=185(mA) 也沒有超過IM361所能轉(zhuǎn)供的電流08A 那么各模塊從24V電源吸取的總電流為 1000+600+2*60+4*100+5*1+500=2625(mA)。 考慮到電源應(yīng)留有一定的余量，所以電源模塊應(yīng)選PS307(5A)43 稱重變送器的分析和設(shè)計隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用，在冶金、化工、煤炭等連續(xù)生產(chǎn)的工業(yè)中都提出不同形式的連續(xù)自動稱量以及配料控制等要求，傳統(tǒng)的機(jī)械杠桿式稱重裝置己不能滿足。目前工業(yè)應(yīng)用的各種大、中型重量變送器(電子秤)，按其用途區(qū)分，常見的有以下幾類： 容器秤主要對液體、顆粒狀或粉狀料進(jìn)行稱重和配料;吊鉤秤對大型構(gòu)件、集裝箱等在吊卸運(yùn)輸過程中進(jìn)行稱重； 皮帶秤對散裝物料在皮帶運(yùn)輸過程中進(jìn)行稱重; 平臺秤有地中衡、汽車衡等; 軌道秤專用于鐵道車輛稱重。稱重傳感器本質(zhì)上是測量質(zhì)量受到地球引力的作用而產(chǎn)生的力，所以電子秤在移到不同的地方時，必須對該秤重新較準(zhǔn)。電子秤山承重和傳力機(jī)構(gòu)、稱重傳感29、電子測量顯示儀表和電源等部分組成。電子稱的稱重變送器的功能是把機(jī)械力轉(zhuǎn)換成一個電信號，可以遠(yuǎn)距離地傳送，顯示、記錄，并可由計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，給出控制信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。稱量傳感器被做成密封型，從而有良好的防潮、防腐蝕性能，可以在惡劣環(huán)境下工作。電子稱是槽下配料系統(tǒng)中的必備設(shè)備。在該系統(tǒng)中，4個礦斗的稱重、2個中間倉和2個焦倉的稱重工作均由電子秤來完成。使用的這種電子稱是容器秤的一種，對料斗中的礦石和焦炭進(jìn)行稱重。容器秤由三個荷重傳感器支撐料斗進(jìn)行重量的檢測。采用的是電阻應(yīng)變式傳感器。在礦斗、中間倉和焦倉底部設(shè)有稱重變送器，稱重變送器將其所受的礦石壓力轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳送，并通過LED顯示出礦石的重量。電阻應(yīng)變式稱重傳感器是將應(yīng)變電阻片粘貼在測量壓力的彈性元件表面上，當(dāng)被測壓力變化時，彈性元件內(nèi)部應(yīng)力變化產(chǎn)生變形，這個變形應(yīng)力使應(yīng)變片的電阻也產(chǎn)生變化，這稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明，在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對變化與應(yīng)變成正比，因此可以通過對電阻的測量來測量壓力。控制系統(tǒng)中一般必須將物理量轉(zhuǎn)化為便于利用的電流或電壓，因此需要把電阻的變化進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成電流或電壓的變化。電橋測量電路是進(jìn)行這種變換的常用方法。根據(jù)電源不同，電橋可分為直流電橋與交流電橋。交、直流電橋的原理相似，為便于說明，下面就如圖3?所示直流電橋?qū)ζ錅y量原理進(jìn)行分析。圖1l中E和R為高穩(wěn)定的精密電源和電阻。當(dāng)傳感元件R、處于其某基準(zhǔn)狀態(tài)R時(如空載時)，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓V0為0。當(dāng)重量變化時，傳感元件的阻值變化為只R(1+)，將導(dǎo)致電橋處于不平衡狀態(tài)： V0=E1/2-R/R+R（1+）=E*/2*（2+） （1）圖5電橋工作原理4.4變頻器的簡介及選型 變頻調(diào)速是近代電氣工程中發(fā)展最快的一種電動機(jī)調(diào)速方式，變頻2D的優(yōu)良性能其在工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。t，4本次設(shè)計中使用PLC控制變頻器的控制端，變頻gD在料車起步和停車時實(shí)現(xiàn)變速控制，在啟動時緩起，在停止的時候緩?fù)?。異步電動機(jī)本身可以正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，對于使用工頻供電的電動機(jī)，只需改變電動機(jī)電塬的相序，即可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)使用變頻2S作為電動機(jī)電源時,有些變頻8S具有控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的功能，有的不具備此功能。對具有正反轉(zhuǎn)控制功能的變頻器，可以利用接觸器切換變頻器輸出的相序，在設(shè)計它的控制電路時，需要考慮不可將電動機(jī)直接從正轉(zhuǎn)切換到反轉(zhuǎn)，應(yīng)該確保電動機(jī)已經(jīng)停止，再切換到反轉(zhuǎn)，否則，切換的過程中會產(chǎn)生很大的電流，將會對變頻器和電動機(jī)產(chǎn)生損害。 1變頻器的工作原理和控制方式 (1)變頻器工作原理 我們知道，交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為： n=60 f(1一s)p 式中 n異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速； f異步電動機(jī)的頻率： s電動機(jī)轉(zhuǎn)差率； P電動機(jī)極對數(shù)。 山上式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成幣比，只要改變頻率fBp可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時，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。 (2)變頻器控制方式 低壓通用變頻輸出電壓為380650V，輸出功率為075400kW，工作頻率為0400Hz，它的主電路都采用交一直一交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。 Uf=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式 根據(jù)電機(jī)學(xué)的原理，異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速山電頻率和電機(jī)極數(shù)決定，在改變頻率時，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨著改變。當(dāng)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速略低于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即存在滑差，滑差的大小與電機(jī)的負(fù)載大小有關(guān)。 Uf恒定控制是在控制電動機(jī)的電源變化的同時控制變頻器的輸出電壓，并使二者之比Uf恒定。從而使電動機(jī)的磁通基本保持恒定。其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時，山于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動機(jī)硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。 電壓空間矢量(SVPWM)控制方式 它是口二相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次女成二相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差：通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。 矢量控制(VC)方式9 根據(jù)異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)方程式，它具有和直流電動機(jī)的動態(tài)方程式相同的形式，因而如果選擇合適的控制策略，異步電動機(jī)應(yīng)能得到和直流電動機(jī)類似的控制性能，這就是矢量控制。 從產(chǎn)生電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場看，三相繞組中通以三相對稱電流可以產(chǎn)塵圓形旋轉(zhuǎn)磁場，二相繞組中通以互差的電流亦可以產(chǎn)塵圓形旋轉(zhuǎn)磁場，因而從磁場作用看，三相繞組產(chǎn)生的磁場可以用二；目繞組產(chǎn)生的磁場宋等效。矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic通過三相一二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系F的交流電流Iai、Ibl，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Iml、Itl(1ml相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流；Itl相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動機(jī)的控制方法，求得直流電動機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，分別對速度，磁場兩個分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)下交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，山于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。 直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式 和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機(jī)鋅效為直流電動機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算：它不需要模仿直流電動機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、徇沽明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動上。 2變頻駱的功能及特點(diǎn)，：1 SINMENS 6SE70系列變頻器在所有功率范圍中的裝冒和系統(tǒng)元件都有一個統(tǒng)一的設(shè)計和相同的接線系統(tǒng)。它們能以任何方式組合井能并列安裝以滿足傳動系統(tǒng)各種要求。6SE70系列矢量控制的變頻器是采用IGBT元件、全數(shù)字技術(shù)的電壓源型變頻器.它同西門子三相交流電動機(jī)一起為所有工業(yè)領(lǐng)域和所有應(yīng)用場合提供高性能、最經(jīng)濟(jì)的解決方案。 選用西門子矢量型變頻調(diào)速器6SE70，特點(diǎn)如下： (1)工業(yè)型變頻器，比通用型產(chǎn)品更適合于環(huán)境惡劣的T,Ik生產(chǎn)現(xiàn)場。 (2)標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化。整個變頻器的結(jié)構(gòu)非常緊湊，主板及擴(kuò)展板都是通過總 線插槽連接。山于集成度的提高，使裝冒具有很高的可靠性。 (3)抗干擾性好，運(yùn)行可靠，不受元器件老化和溫度漂移的影響，能長期保持穩(wěn)定的控制精度。 (4)適應(yīng)電源電壓波動范圍廣，能自動適應(yīng)電網(wǎng)頻率變化4565HZ。 (5)具有很強(qiáng)的自診斷處理功能，提供有關(guān)故障原因的補(bǔ)充信息，使故障排除更為簡單，維護(hù)方便。 (6)靈活多變的通訊能力。32位CPU全數(shù)字控制，組態(tài)功能豐富。 (7)可針對具體交流電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到優(yōu)良的控制性能。(8)低速時也能提供額定轉(zhuǎn)矩。5 PLC程序設(shè)計51 程序簡介STEP 7是S7-300系列PLC的編程軟件。梯形圖、語句表（即指令表）和功能塊圖是標(biāo)準(zhǔn)的STEP 7的3種編程語言，這3種語言可以在STEP 7中相互轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計中均采用了梯形圖的編程方式。另外，在本設(shè)計的程序中所應(yīng)用的S7-300的一個重要的功能就是程序的塊結(jié)構(gòu)。主程序的塊為OB1，那么在主程序塊中擴(kuò)展了FC塊和FB塊。FC塊為用編寫的包含經(jīng)常使用的功能的子程序，無存儲區(qū)，其臨時變量都存儲在數(shù)據(jù)堆棧中，功能執(zhí)行結(jié)束后，這些數(shù)據(jù)就丟失了。FB塊是用戶編寫的有自己的存儲區(qū)（背景數(shù)據(jù)塊）的塊，每次調(diào)用功能塊時需要提供各種類型的數(shù)據(jù)給功能塊，功能塊搬弄是非返回變量給調(diào)用它的塊。這些數(shù)據(jù)以靜態(tài)變量（STAT）背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)不會丟失，但是不會保存局域數(shù)據(jù)堆棧中的數(shù)據(jù)。也就是說用一個FB塊就要定義一個或幾個DB塊與之對應(yīng)。這些便是在本設(shè)計中所應(yīng)用到的四種塊，其它不做介紹。52 程序設(shè)計思想本設(shè)計中主要流程是以塊為基礎(chǔ)的循環(huán)掃描過程，即在塊OB1中為共享應(yīng)用程序、手動程序（FC塊）和自動控制程序（FC塊）的循環(huán)過程，在自動控制程序中為順序控制程序（FC塊）和單個料倉的自動加料程序（FB塊）（共4個）。采用這種結(jié)構(gòu)的程序，看起來結(jié)構(gòu)比較鮮明、工整、嚴(yán)謹(jǐn)，并且在查錯的時候也比較方便。另外，對于FB塊為單個料倉的自動加料程序，那么它就對應(yīng)了4個DB塊，分別為14號料倉的數(shù)據(jù)塊。這樣一來就節(jié)省了一定的程序，因?yàn)?個加料過程共用一個加料程序，而且使數(shù)據(jù)分別用自己的塊，這樣有利于數(shù)據(jù)的記錄。具體的程序塊調(diào)用的分層結(jié)構(gòu)見圖6。圖6 程序組織結(jié)構(gòu)圖53 系統(tǒng)應(yīng)用的算法在本設(shè)計中，所應(yīng)用的算法有配料的自動補(bǔ)償，配料順序的讀取，和信號的采集等。應(yīng)用的算法決定了編程的思路以及程序的穩(wěn)定性等。1、 自動補(bǔ)償在自動配料過程中，加料的準(zhǔn)確度也是有限的，誤差在約在15Kg左右（根據(jù)物料的顆粒的大?。?。那么當(dāng)出現(xiàn)了有誤差之后，在下一次的加料過程中，就要求對上一次的加料誤差進(jìn)行一定的補(bǔ)償。本設(shè)計中，的補(bǔ)償算法就是對本次的加料值進(jìn)行記錄，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，差值記錄下來，作為下一次的補(bǔ)償值。 補(bǔ)償值本次設(shè)定值實(shí)際加料值 下次應(yīng)加值設(shè)定值上次補(bǔ)償值這樣一來，本次的加料差值就會在下一次的加料中得到補(bǔ)償，然而補(bǔ)償也并非準(zhǔn)確，這時的差值又會在下下次的加料中得到補(bǔ)償。依次類推，經(jīng)過多次加料后，實(shí)際的誤差值就很小了，相當(dāng)于一次加料的誤差。2、 配料順序配料順序的算法主要為編程的算法，用于將在WinCC上設(shè)定的順序提取出來，并按此實(shí)際地安排加料順序。在WinCC中，設(shè)置了一個數(shù)字輸入框，由此輸入加料的順序。如果要設(shè)置加料順序?yàn)?，2，3。則在輸入框輸入“324”。這個數(shù)字將被送到PLC的內(nèi)存中，然后程序按取余順次取出4、3、2等，并以此做為加料順序，