1551-四工位組合機(jī)床的電氣控制

1551-四工位組合機(jī)床的電氣控制,四工位,組合,機(jī)床,電氣控制 - 1 -1 概述可編程控制系統(tǒng)PLC(LOGO)是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)。LOGO! 是西門子公司研制的通用邏輯模塊。LOGO! 集成有：控制功能；帶背景光的操作和顯示面板；電源；用于擴(kuò)展模塊的接口；用于程序模塊（插卡）的接口和PC電纜；預(yù)組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)功能，例如接通斷開延時繼電器、脈沖繼電器和軟鍵； 定時器；數(shù)字量和模擬量標(biāo)志；輸入和輸出，取決于設(shè)備的類型。其通過特有的指令控制生產(chǎn)過程。4 工位控制系統(tǒng)在實際中有很大的應(yīng)用。例如電梯的控制，工業(yè)生產(chǎn)線的準(zhǔn)確定位等。傳統(tǒng)的自動控制由繼電器接觸器進(jìn)行控制，其缺點是觸點多，接線復(fù)雜，故障率高，可靠性差，維護(hù)工作量大，而采用 PLC（LOGO）組成的控制系統(tǒng)很好的解決了上述問題，它工作可靠性高，靈活性好，通用性高，編程簡單，使用方便，而且它的抗干擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，它使在實際中運(yùn)行機(jī)械的更加安全，方便。本文主要通過提出 4 工位控制系統(tǒng)的基本功能要求，為實現(xiàn)這幾種功能，我從硬件和軟件兩個方面入手，硬件方面，主要從（LOGO）的選型，內(nèi)存容量計算，PLC(LOGO) 輸入輸出地址的分配和硬件的設(shè)計和選型方面考慮；軟件方面，將系統(tǒng)分為啟動制動部分；顯示部分；判斷部分。- 2 -2. 課程設(shè)計任務(wù)及要求2.1 設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個 4 工位 PLC 控制系統(tǒng)。2.2 設(shè)計要求：對系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析；完成控制系統(tǒng)的設(shè)備選型（可以參照現(xiàn)有實驗裝置） ；完成控制系統(tǒng)的設(shè)計；畫出相應(yīng)的主回路和控制回路。- 3 -3 理論設(shè)計3.1 方案論證3.1.1 工位控制系統(tǒng)連接框圖及信號傳輸說明。圖 1 為采用 logo 控制的 4 工位控制系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)主要由 logo，變頻器，被控電機(jī)三個主要部分組成:(如下圖示)LOGO!(PLC)變頻器被控電機(jī)位置信號圖 31:結(jié)構(gòu)框圖呼叫信號位置顯示 LOGO?。≒LC）的控制信號主要有：（1）電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動信號（即:電梯轎箱運(yùn)行方向信號之上行信號） 。 （2）電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動信號（即：電機(jī)運(yùn)行方向信號右行信號） （3）電機(jī)制動信號。 （4）電梯樓層的位置反饋（位置開關(guān)采集的信號） 。 （5）樓層呼叫信號（目的位置輸入信號）位置信號電梯所處的當(dāng)前位置，由電梯的轎廂位置決定，傳給 LOGO.位置顯示用于顯示電梯轎廂的當(dāng)前位置。呼叫信號即由人為產(chǎn)生，來控制電梯轎廂到達(dá)人所處的的位置。- 4 -3.1.2：利用限位開關(guān)實現(xiàn) 4 工位控制如何使電梯達(dá)到精確位置控制的效果，制動環(huán)節(jié)在這里起到至關(guān)重要的作用。在我們設(shè)計的電梯模型中是利用限位開關(guān)來實現(xiàn)電機(jī)的制動的。圖 32 限位開關(guān)控制電機(jī)制動圖1234我們選擇的 4 個工位即 4 個樓層 1，2，3，4.在樓層 2 和 3 上下側(cè)均設(shè)置限位開關(guān)，在樓層 1 的上側(cè)有一個限位開關(guān)，在 4 層的下側(cè)也有一個限位開關(guān)（由于轎廂不可能運(yùn)動到樓層 1 的下側(cè)，也不可能運(yùn)動到樓層 4 的上側(cè)） 。當(dāng)轎廂碰到限位開關(guān)時便給LOGO?。≒LC）一個工位信號，同時 LOGO?。≒LC）也給變頻器一個制動信號?？刂齐姍C(jī)制動并準(zhǔn)確定位在 1，2，3，4 這幾個樓層的位置上，如果在這幾個位置處電梯轎廂未完全停止。則利用機(jī)械裝置強(qiáng)制使其停止，例如使用傳統(tǒng)電機(jī)制動中采用的方法抱閘。通過這一控制方式，各個轎廂停靠的位置確定就基本準(zhǔn)確了。這就是此電梯位置控制模型所采用的基本定位原理。3.1.3：4 工位 PLC 自動控制系統(tǒng)設(shè)計方案的討論（1）該系統(tǒng)是否能夠完成準(zhǔn)確定位的功能- 5 -由于本系統(tǒng)采用的是可編程邏輯控制器件 LOGO 和變頻器來控制電機(jī)來實現(xiàn)工位的定位，其中 LOGO 采集電機(jī)的信息來發(fā)出控制信息發(fā)給變頻器。然后通過變頻器本身控制電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)功能來控制電機(jī)的準(zhǔn)確定位，只要變頻器參數(shù)設(shè)置的合理該系統(tǒng)是能夠?qū)崿F(xiàn)工位的準(zhǔn)確定位的，因此該系統(tǒng)是可實現(xiàn)的。（2）特殊情況的處理若系統(tǒng)在正常運(yùn)行過程中由于機(jī)器故障需馬上停車；則該系統(tǒng)可以通過 LOGO 的控制程序設(shè)置一個總的開關(guān)來控制主回路使其變頻器馬上發(fā)出停車信號來控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。若控制系統(tǒng)中的滑塊已到達(dá)指定的工位但是其并未停止；此時可通過設(shè)置在該工位的開關(guān)來控制機(jī)械抱閘裝置來強(qiáng)制滑塊立即停在該工位。（3）其在現(xiàn)實中的可行性分析由于 4 工位控制系統(tǒng)是實現(xiàn)精確定位的系統(tǒng)因此其原理可應(yīng)用到電梯控制系統(tǒng)和流動生產(chǎn)線具有一般的經(jīng)濟(jì)意義。3.2 控制系統(tǒng)中各部分的實驗原理及其在本次設(shè)計中的用途3.2.1：logo 的工作原理及其在 4 工位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用(1)LOGO 的選型Logo 的種類非常繁多，不同種類之間的功能設(shè)置差異很大，這既給 logo 機(jī)型的挑選提供了十分廣闊的空間，同時也帶來了一定的難度。機(jī)型選擇的基本原則應(yīng)是在功能滿足要求的前提下，力爭最好的性價比，并有一定的升級空間?？紤]到本次設(shè)計的 4 工位控制系統(tǒng)只有 4 個工位，且開關(guān)量居多，模擬量較少；對于開關(guān)量控制為主的系統(tǒng)而言，一般 logo 的響應(yīng)速度足以滿足控制的要求，但是在設(shè)計活動中，經(jīng)常碰到一些估計的指標(biāo)，在設(shè)計活動中需要進(jìn)行局部調(diào)整，另外模塊式logo 排除故障所需時間短；我們估算輸入輸出接口比較。因此我們選用 PLC LOGO 24RC 和一個擴(kuò)展模塊 LOGO DM 8 12/24R 就可以滿足要求。其中 PLC LOGO 24RC 其自身有八個輸入，四個輸出（最大 10A，繼電器輸出） 。使用 24V 直流電源。再選用一個擴(kuò)展模塊 DM8 12/24R 含有八個輸入（數(shù)字量） ，八個輸出（繼電器輸出） ，該模塊使用 24V 直流電源。選用以上器件可完成控制裝置的設(shè)計。(2)LOGO 的一些相關(guān)指標(biāo)LOGO! 標(biāo)識符提供您各種不同特性的信息：其中 12 表示 12 V DC 型；24 表示 24 V - 6 -DC 型；230 表示 115240 V AC 型；R 表示繼電器輸出（沒有 R 則為固態(tài)晶體管輸出）；C 表示集成的周定時器；O 表示無顯示的型式（ “LOGO! Pure”） ；DM 表示數(shù)字量模塊；AM 表示模擬量模塊；CM 表示通訊模塊（例如 EIB/KNX 模塊） 。通常為了 LOGO 的最優(yōu)性能，首先安裝數(shù)字量模塊，然后安裝模擬量模塊。數(shù)字量模塊只能連接到有相同電壓等級的設(shè)備?？梢赃B接模擬量模塊和通訊模塊到任何電壓等級的設(shè)備，LOGO 的電源通常正極經(jīng)一保險絲（2.0A ）和 LOGO 的 L+相連，負(fù)極 M和電源負(fù)極直接連接。（3）對所選 LOGO 模塊的特性介紹LOGO DM8 12/24RC 的輸入：輸入：4 個（數(shù)字量輸入）輸入電壓 12/24VDC輸入電壓電流：信號狀態(tài) 0：12V DC,2mA斷路保護(hù)：需要外部保險絲LOGO DM8 12/24RC 的輸出4 個繼電器輸出LOGO! 可以識別、讀取和開關(guān)所有擴(kuò)展模塊的 I/O，而與擴(kuò)展模塊的類型無關(guān)。按照擴(kuò)展模塊的安裝順序來表達(dá) I/O。LOGO 24RC 的特殊功能：高速輸入：I5、I6 ，其為高速計數(shù)輸入，用于連接光電編碼器等設(shè)備用來計高速脈沖。模擬量輸入：I7、I8 兩個端口既可以用來做模擬量輸入端口，也可以用來做數(shù)字量輸入端口，具體在編程時自己定義。輸入 I7/I8 提供數(shù)字量功能和輸入 AI1 以及 AI2 提供模擬量功能LOGO 24RC 計數(shù)數(shù)據(jù)：輸入信號：電壓：L+：信號 0：12V DC電流：信號 0：2.5mA輸出類型：繼電器輸出- 7 -輸出電流：最大 0.3A，有短路保護(hù)和過載保護(hù)，保護(hù)電流約 1A（二）內(nèi)存容量估計實驗編制的程序和數(shù)據(jù)都保存在內(nèi)存之中，對所需的內(nèi)存容量要有一個估算，估計的太小則會造成編程和使用的困難，估計得太大又會浪費資源。我們一般會從下面幾個因數(shù)來估計內(nèi)存大?。?內(nèi)存利用率 所謂內(nèi)存利用率，就是一個程序段中的節(jié)點數(shù)與存放該程序段所代表的機(jī)器碼所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)的比值。對于同一個程序而言，高利用率可以降低內(nèi)存的使用量，還可以縮短掃描時間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。2開關(guān)量輸入和輸出的點數(shù) 一般系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入與輸出的比為 6：4，根據(jù)經(jīng)驗公式，可以算出所需內(nèi)存的字?jǐn)?shù)：所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開關(guān)量（輸入+輸出）總點數(shù)*10=5903模擬量輸入和輸出的點數(shù) 對于模擬量的處理需要用到數(shù)字傳送和運(yùn)算的功能，這部分指令的內(nèi)存利用率比較低，因此需要更多的內(nèi)存容量。下面是一般情況下的經(jīng)驗計算公式：只有模擬量輸入時：內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點數(shù)*100=400模擬量輸入/輸出共存時：內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點數(shù)*200=800 所占內(nèi)存約為 40KB，但是考慮到實際情況，在本系統(tǒng)控制過程中不存在此種情況。本次基本上都是開關(guān)量。但考慮到第一次做課程設(shè)計故多留些空間。3.2.2 變頻器原理及其在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用我們知道，交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位: n60 f(1s)/p （31）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)。 由式(1)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 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- 8 -是通過改變電動機(jī)電源頻率實現(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。(1)變頻器控制方式的特點低壓通用變頻輸出電壓為 380650V ，輸出功率為 0.75400kW，工作頻率為0400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。 1.U/f=C 的正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）控制方式該控制方式特點：控制電路結(jié)構(gòu)簡單、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，由于輸出電壓較低，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。 2.電壓空間矢量（SVPWM ）控制方式它是以三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，一次生成三相調(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。3.矢量控制（VC）方式 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 、通過三相二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 Ia1Ib1，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 Im1、It1（Im1 相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流；It1 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，實現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。其實質(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，實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應(yīng)用中，由于轉(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，使得實際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。- 9 -4.直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC ）方式1985 年，德國魯爾大學(xué)的 DePenbrock 教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。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、簡潔明了的系統(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。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機(jī)等效為直流電動機(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。5.矩陣式交 交控制方式VVVF 變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交直交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為 l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實現(xiàn)的。具體方法是： 控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實現(xiàn)無速度傳感器方式； 自動識別（ID）依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對電機(jī)參數(shù)自動識別； 算出實際值對應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實時控制； 實現(xiàn) BandBand 控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的 BandBand 控制產(chǎn)生 PWM 信號，對逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。 矩陣式交交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)（2ms） ，很高的速度精度（ 2，無 PG 反饋） ，高轉(zhuǎn)矩精度（3 ） ；同時還具有較高的起動轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在低速時（包括 0 速度時） ，可輸出 150200轉(zhuǎn)矩。由于本實驗的控制方式比較簡單，對控制的精度要求也不是很高。因此選用第一種控制方式即：U/F=C 的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式比較合理。(2)變頻器在變頻器的主要結(jié)構(gòu)組成- 10 -變頻器主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路和檢測取樣電路部分組成。1）驅(qū)動電路驅(qū)動電路是將主控電路中 CPU 產(chǎn)生的六個 PWM 信號，經(jīng)光電隔離和放大后，作為逆變電路的換流器件（逆變模塊）提供驅(qū)動信號。對驅(qū)動電路的各種要求，因換流器件的不同而異。同時，一些開發(fā)商開發(fā)了許多適宜各種換流器件的專用驅(qū)動模塊。有些品牌、型號的變頻器直接采用專用驅(qū)動模塊。但是，大部分的變頻器采用驅(qū)動電路。這里介紹較典型的驅(qū)動電路。驅(qū)動電路由隔離放大電路、驅(qū)動放大電路和驅(qū)動電路電源組成。三個上橋臂驅(qū)動電路是三個獨立驅(qū)動電源電路，三個下橋臂驅(qū)動電路是一個公共的驅(qū)動電源電路。2）保護(hù)電路當(dāng)變頻器出現(xiàn)異常時，為了使變頻器因異常造成的損失減少到最小，甚至減少到零。每個品牌的變頻器都很重視保護(hù)功能，都設(shè)法增加保護(hù)功能，提高保護(hù)功能的有效性。在變頻器保護(hù)功能的領(lǐng)域，廠商可謂使盡解數(shù)，作好文章。這樣，也就形成了變頻器保護(hù)電路的多樣性和復(fù)雜性。有常規(guī)的檢測保護(hù)電路，軟件綜合保護(hù)功能。有些變頻器的驅(qū)動電路模塊、智能功率模塊、整流逆變組合模塊等，內(nèi)部都具有保護(hù)功能。3）開關(guān)電源電路開關(guān)電源電路向操作面板、主控板、驅(qū)動電路及風(fēng)機(jī)等電路提供低壓電源。直流高壓P 端加到高頻脈沖變壓器初級端，開關(guān)調(diào)整管串接脈沖變壓器另一個初級端后，再接到直流高壓 N 端。開關(guān)管周期性地導(dǎo)通、截止，使初級直流電壓換成矩形波。由脈沖變壓器耦合到次級，再經(jīng)整流濾波后，獲得相應(yīng)的直流輸出電壓。它又對輸出電壓取樣比較，去控制脈沖調(diào)寬電路，以改變脈沖寬度的方式，使輸出電壓穩(wěn)定。4）主控板上通信電路當(dāng)變頻器由可編程（PLC）或上位計算機(jī)、人機(jī)界面等進(jìn)行控制時，必須通過通信接口相互傳遞信號。變頻器通信時，通常采用兩線制的 RS485 接口。西門子變頻器也是一樣。兩線分別用于傳遞和接收信號。變頻器在接收到信號后傳遞信號之前，這兩種信號都經(jīng)過緩沖器 A1701、75176B 等集成電路，以保證良好的通信效果。5）外部控制電路變頻器外部控制電路主要是指頻率設(shè)定電壓輸入，頻率設(shè)定電流輸入、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動及停止運(yùn)行控制，多檔轉(zhuǎn)速控制。頻率設(shè)定電壓（電流）輸入信號通過變頻器內(nèi)- 11 -的 A/D 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)入 CPU。其他一些控制通過變頻器內(nèi)輸入電路的光耦隔離傳遞到 CPU中。變頻器的核心部分控制電路組成控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運(yùn)算電路、主電路的電壓、電流檢測電路、電動機(jī)的速度檢測電路、將運(yùn)算電路的控制信號進(jìn)行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機(jī)的保護(hù)電路。無速度檢測電路為開環(huán)控制。在控制電路增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對異步電動機(jī)的速度進(jìn)行控制更精確的閉環(huán)控制。1)運(yùn)算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。2)電壓、電流檢測電路與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。3)驅(qū)動電路為驅(qū)動主電路器件的電路，它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。4)I/0 輸入輸出電路為了變頻器更好人機(jī)交互，變頻器具有多種輸入信號的輸入(比如運(yùn)行、多段速度運(yùn)行等)信號，還有各種內(nèi)部參數(shù)的輸出“比如電流、頻率、保護(hù)動作驅(qū)動等)信號。5)速度檢測電路以裝在異步電動軸機(jī)上的速度檢測器 (TG、PLG 等)的信號為速度信號，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。6)保護(hù)電路檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值變頻器使用中應(yīng)該注意的一些問題當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度改變時，其輸出轉(zhuǎn)矩變化*1:工頻電源由電網(wǎng)提供的動力電源（商用電源）*2:起動電流當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時，變頻器的輸出電流變頻器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動。我們經(jīng)常聽到下面的說法：電機(jī)在工頻電源供電時（*1）時，電機(jī)的起動和加速沖擊- 12 -很大，而當(dāng)使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。如果用大的電壓和頻率起動電機(jī)，例如使用工頻電網(wǎng)直接供電，就會產(chǎn)生一個大的起動沖擊（大的起動電流(*2)） 。而當(dāng)使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要小于工頻電網(wǎng)供電的轉(zhuǎn)矩值。所以變頻器驅(qū)動的電機(jī)起動電流要小些。通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小減小的實際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊中會給出說明。通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)變頻器調(diào)速到大于 60Hz 頻率時，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低。通常的電機(jī)是按 50Hz(60Hz)電壓設(shè)計制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速.(T=Te,P=Pe) 變頻器輸出頻率大于 50Hz 頻率時，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于 60Hz 頻率速度運(yùn)行時，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機(jī)在 100Hz 時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到 50Hz 時產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的 1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速.(P=Ue*Ie)本次設(shè)計需要使用到變頻器的制動功能，因此還需要了解一些制動的相關(guān)原理。變頻器制動的情況制動的概念指電能從電機(jī)側(cè)流到變頻器側(cè)（或供電電源側(cè)）,這時電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速。 負(fù)載的能量分為動能和勢能. 動能(由速度和重量確定其大?。╇S著物體的運(yùn)動而累積。當(dāng)動能減為零時，該事物就處在停止?fàn)顟B(tài)。 機(jī)械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。而在本次設(shè)計中同時應(yīng)用了機(jī)械抱閘裝置，提高了定位精度。對于變頻器，如果輸出頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低。這時會產(chǎn)生制動過程. 由制動產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類負(fù)載,在下降時, 能量(勢能)也要返回到變頻器(或電源)側(cè), 進(jìn)行制動。這種操作方法被稱作“再生制動”，而該方法可應(yīng)用于變頻器制動。在減速期間，產(chǎn)生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)的方法叫做“功率返回再生方法”。在實際中，這種應(yīng)用需要“能量回饋單元”選件。在本次實驗中主要應(yīng)用變頻器的啟動和制動功能，利用變頻器實現(xiàn)下圖的電機(jī)運(yùn)行曲線：- 13 -圖 33 電機(jī)運(yùn)行曲線利用變頻器在 OA 段實現(xiàn)電機(jī)的加速啟動運(yùn)行，當(dāng)滑塊碰到限位開關(guān)時電機(jī)開始制動在 BE 段實現(xiàn)制動，完成定位。其中制動時間根據(jù)制動的距離而定。在本次實驗中采用能耗制動方式。3.2.3: 實驗用電機(jī)型號及其參數(shù)選擇本次實驗所用電機(jī)為香港東方電機(jī)型號為 M425402。其參數(shù)如下：P W=25W，f=50/60HZ，n=901400/901700,U N=200/220IN=0.4A將其參數(shù)出入到變頻器中實現(xiàn)變頻器的控制。- 14 -4 系統(tǒng)設(shè)計4.1 基于常用電氣的原理圖設(shè)計4.1.1 主回路接線原理系統(tǒng)圖所設(shè)計的電梯控制系統(tǒng)一共四層，每一個樓層均有層指示燈，每層均設(shè)有呼叫開關(guān)；工作中的電梯控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是對各種呼叫信號和當(dāng)前的位置狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，再確定下一個位置狀態(tài)。具體設(shè)計步驟如下： （1） 開始時，轎箱位于一層（2） 當(dāng)外部用戶發(fā)出去某個樓層的呼叫信號時電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動，當(dāng)碰到該樓層的限位開關(guān)是電機(jī)開始制動，到達(dá)該層時電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，轎箱停在該層，若該層是四層，則再次發(fā)出去另一個層的信號時電機(jī)開始反轉(zhuǎn)啟動，當(dāng)碰到要去的樓層的限位開關(guān)是電機(jī)開始制動，直到定在該樓層：若上次停的不是四層，則要首先判斷電機(jī)應(yīng)該正轉(zhuǎn)啟動還是反轉(zhuǎn)啟動。如此響應(yīng)用戶請求完成電梯位置控制。（3） 當(dāng)轎廂在去某個工位的過程中，又有令一個樓層請求則其先響應(yīng)以前的請求信號，當(dāng)轎廂到達(dá)前一個目的樓層后再連續(xù)響應(yīng)第二個樓層請求。主回路接線原理系統(tǒng)圖（為使全圖看起來更加明晰，電源省略未畫）- 15 -圖（41）4 工位控制系統(tǒng)實物接線圖4.1.2 控制回路原理接線圖控制回路符號說明：到某位置輸入開關(guān) SB1,SB2,SB3,SB4層下接近開關(guān) STX2,STX3,STX4層上接近開關(guān) STS1,STS2,STS3位置開關(guān) ST1,ST2,ST3,ST4電梯上行接觸器 KM1 電梯下行接觸器 KM2層指示繼電器 KA1,KA2,KA3,KA4中間繼電器 KA0,KA5,KA6,KA7,KA8,KA9,KA10- 16 -一層二層三層四層位置開關(guān) ST4位置開關(guān) ST4層上接近開關(guān)STS3層下接近開關(guān)STX4位置開關(guān) ST3層下接近開關(guān)STX3層下接近開關(guān)STX2層上接近開關(guān)STS2位置開關(guān) ST2層上接近開關(guān)STS1圖 42 四層電梯位置控制示意圖- 17 -NLST3ST4ST4KA4KA4ST2ST1ST4KA0KA3ST3KA0KA2ST1 ST2 ST4KA2ST3ST1ST2KA0KA1KA1ST3ST2ST1KA0ST3ST3ST2KA0ST1KA3- 18 -KA8KA8KA4SB4KA7KA3SB3KA6SB2 KA2KA6KA5SB1KA5KA1KA7- 19 -KA7 KA4KA4KA3KA6KA5 KM2KM1KA9KA8KA2KA7 KA1KM1KM2KA9KA1KA6- 20 -KA10KA8STX4STX3KA7STS3STX2STS2 KA6KA5STS1KA9KA10KA9SB4SB3SB2SB1- 21 -4.2 編程過程其用梯形圖和語句表編制的程序如下輸入：到某位置的輸入開關(guān) ： SB1 SB2 SB3 SB4工位右接近開關(guān)： ST X2 STX3 STX4工位左接近開關(guān)： ST S1 STS2 STS3位置開關(guān)： ST 1 ST2 ST3 ST4 輸出：電梯左行接觸器 ： Y5電梯右行接觸器 ： Y6工位指示繼電器 ： Y 1 Y2 Y3 Y4接口也所對應(yīng)的開關(guān)或者繼電器：SB 1 （I0.4） SB 2 (I0.5) SB3 (I0.6)SB4 (I0.7); STX2 (I1.3) STX3 (I1.4) STX4 （I1.5）;STS1 （I1.0） STS2 （I1.1） ST S3 (I1.2); ST1 (I0.0)ST2 （I0.1） ST 3 (I0.2) ST4(I0.3)Y5(Q1.0) Y6(Q1.1) Y1（Q1.2） Y2(Q1.3) Y3(Q1.4) Y4（Q1.5）梯形圖- 22 - 23 - 24 - 25 -將去轉(zhuǎn)化成語句表語言如下- 26 - 27 - 28 - 29 -4.3 編程結(jié)果的可行性分析（1）現(xiàn)在要求 4 工位控制系統(tǒng)中的轎廂去工位 1，則閉合 ST1 即閉合 I0.0 此時 Q0.0 閉合此時位置顯示電路中的去工位 1 的繼電器 Y1 閉合顯示要去 1 工位。則首先判斷轎廂當(dāng)前位置若其就在工位 1，此時常閉觸點一、Y1 斷開，此時電機(jī)不轉(zhuǎn)轎廂位于原來位置不動。若此時其不在工位 1，則右行通路開通電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動當(dāng)碰到工位 1 的限位開關(guān)是電機(jī)開始制動停車在工位 1 定位，若在工位 1 并未定位則啟動抱閘裝置，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位。（2）現(xiàn)要求轎廂去工位 2，則閉合 ST2 此時 Q0.0 仍熱閉合此時位置顯示電路中的去工位2 的繼電器 Y2 閉合顯示去 2 工位。此時仍然先判斷此時轎廂所處的工位若其位于工位2，則電機(jī)不轉(zhuǎn)，若其位于工位 1 則電機(jī)開始正轉(zhuǎn)啟動，若其位于工位 3 或者是位于工位 4 則電機(jī)開始反轉(zhuǎn)啟動。當(dāng)碰到工位 2 的限位開關(guān)時電機(jī)開始制動停車，工位 3 的情況和工位 2 的情況類似。（3）若要求轎廂去工位 4，其與去工位 1 的情況大體類似，只不過此時電機(jī)開始正轉(zhuǎn)啟動同樣，遇到工位 4 的限位開關(guān)開始制動停車。- 30 -5 結(jié)論及課程設(shè)計心得體會本次課程設(shè)計是在徐林老師的指導(dǎo)下完成的。在本次 4 工位控制系統(tǒng)的設(shè)計中徐林老師給了我們悉心的指導(dǎo)，告訴了我們?nèi)绾尾拍軌蚝芎玫耐瓿蛇@次課程設(shè)計。教會了我們?nèi)绾螐膶嶋H中找到實例來幫助設(shè)計這個系統(tǒng)。謹(jǐn)此像徐林老師致以衷心的感謝。在本次課程設(shè)計中，我擔(dān)任組長，通過此次課程設(shè)計我們深刻了解了 4 工位控制系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用。雖然未曾通過實驗證實我們課程設(shè)計的可行性，但通過理論分析，我們理解了電梯是如何工作的以及各個信號之間是怎么傳遞和控制的，特別是對可編程控制器 PLC（LOGO）有了深刻的了解，體會到了這種裝置的優(yōu)越性。對我們今后的學(xué)習(xí)有了很大的幫助。- 31 -6 參考文獻(xiàn)1 張根銀 張智杰 LOGO!在變頻器控制中的應(yīng)用 The Application of LOGO! in the Control of the Frequency Converter Electrotechnical Application 2002 年第七期2 熊幸明 工廠電氣控制技術(shù) 2005 清華大學(xué)出版社3 孫振強(qiáng) 可編程控制器原理及應(yīng)用教程 2005 清華大學(xué)出版社4 王小曼 通用變頻器選型、應(yīng)用與維護(hù) 2005 人民郵電出版社5 史信芳 電梯技術(shù)原理、維修、管理1989 電子工業(yè)出版社6 芮靜康 電梯電氣控制技術(shù) 2005 中國建筑工業(yè)出版社7 喬東凱 徐長青 基于 PLC 控制交流變頻調(diào)速電梯系統(tǒng)的研究 吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文 2006 98 師素文 張廣紅 基于 PLC 的電梯控制模型設(shè)計 機(jī)械工程與自動化 2006 年 4 月第二期9 顧德仁 徐匯剛 郭文華 基于 PLC 的電梯高精度位置控制的實現(xiàn) 微計算機(jī)信息2007 年第 23 卷第 5-1 期10 孫厚環(huán) 白崇哲 基于 PLC 脈沖選層的電梯控制系統(tǒng) 電氣傳動 2003 年第一期 - 32 -7 附錄在本次課程設(shè)計中，我重點負(fù)責(zé)可編程控制器件 LOGO 的原理及應(yīng)用，通過對LOGO 的研究我深刻體會到了 LOGO 的優(yōu)越行，其比原始的控制器件更加優(yōu)越，可通過編制程序來實現(xiàn)相應(yīng)的功能，控制精度得到了很大的提高。并且 LOGO 還有相應(yīng)的擴(kuò)展模塊，使功能得到了相應(yīng)的擴(kuò)展。