南利奔　司正慶　楊文源　林金煜　王伯旺

摘要：采用高功能性v/f控制的通用變頻器西門(mén)子SIMTIC MANGER，此變頻器能很好的解決轉(zhuǎn)速之間的切換和啟動(dòng)問(wèn)題。系統(tǒng)中由PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對(duì)變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)?；赟7-400 PLC的編程軟件SimaticS7-CFC采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，大量采用功能模塊重用，減少軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。利用組態(tài)軟件Wince，Protool/Pro良好的人機(jī)界面和通信能力和Profibus總線(xiàn)技術(shù)，使工程師、操作人員可以在中央控制室的工控機(jī)上方便的瀏覽現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)流程、實(shí)現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機(jī)的啟動(dòng)和停止的控制;同時(shí)可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電機(jī)的啟動(dòng)、停止及增減速等的操作。

關(guān)鍵詞： PLC;變頻器;變頻調(diào)速;組態(tài)軟件

1 概論

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于改變社會(huì)的生產(chǎn) 面貌，推動(dòng)人類(lèi)文明向前發(fā)展，具有極其重要的意義。電氣自動(dòng)化技術(shù)是多種學(xué)科的交叉綜合，特別在電力電子、微電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，電氣自動(dòng)化技術(shù)日新月異。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動(dòng)機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動(dòng)平穩(wěn)性能、高性能、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。本次設(shè)計(jì)是以電梯控制技術(shù)為背景，針對(duì)以前的拖曳電梯的一些缺點(diǎn)，采用現(xiàn)在流行的PLC控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯的各種控制。在本課題的系統(tǒng)中，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速和制動(dòng)的特性，采用高功能性控制的通用變頻器，此變頻器的S型加減速功能和轉(zhuǎn)矩提升功能，能很好的解決轉(zhuǎn)速之間的切換和啟動(dòng)問(wèn)題。系統(tǒng)中由PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對(duì)變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)?；赟7-400 PLC的編程軟件采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，大量采用功能模塊重用，減少軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。利用組態(tài)軟件良好的人機(jī)界面和通信能力及PROFIBUS總線(xiàn)技術(shù)，使工程師、操作人員可以在中央控制室的工控機(jī)上方便的瀏覽現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)流程、實(shí)現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機(jī)的啟動(dòng)和停止的控制;同時(shí)可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電機(jī)的啟動(dòng)、停止及增減速等的操作。

2 方案確定

采用交流變頻調(diào)速，通過(guò)控制變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的開(kāi)閉環(huán)、正反轉(zhuǎn)和快慢速的轉(zhuǎn)換，如圖1所示。其具體工作過(guò)程如下：

從電網(wǎng)上接入380V交流三相電源，首先通過(guò)一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)作為漏電保護(hù)，然后接入三個(gè)熔斷器作為過(guò)流保護(hù)。電動(dòng)機(jī)三相U、V、W接在變頻器的輸出端口，輸入端口L1、L2、L3通過(guò)了A級(jí)濾波器連接在交流接觸器KM1上，變頻電機(jī)的風(fēng)機(jī)則通過(guò)熱繼電器FR1連接在交流接觸器KM2上，再連接到交流接觸器KM1的電網(wǎng)上。接下來(lái)是變頻電機(jī)簡(jiǎn)單的起、停、開(kāi)閉環(huán)、變頻調(diào)速電器控制線(xiàn)路。其控制線(xiàn)路說(shuō)明如下：QF1為空氣斷路器，當(dāng)空氣開(kāi)關(guān)閉合，沒(méi)有按下啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，交流接觸器KM1處于斷開(kāi)狀態(tài);當(dāng)按下起動(dòng)按鈕SB1時(shí)，接通交流接觸器KM1，KM1繼電器通電，交流接觸器KM1保持通電狀態(tài)，可編程序控制器運(yùn)行，輸出端給變頻器一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，電源指示燈HR4亮。在運(yùn)行中按下停止按鈕SB2，則KM1繼電器斷電，交流接觸器KM1斷開(kāi)。同時(shí)我們還用了熱繼電器FR1，用于過(guò)載保護(hù)。在加速和減速過(guò)程以外，電機(jī)一直是穩(wěn)速運(yùn)行。變頻電機(jī)的加速、減速、慢速和穩(wěn)速運(yùn)行全部都由變頻器控制。加速和減速過(guò)程時(shí)間的長(zhǎng)短，以及穩(wěn)速值的大小由人為在變頻器中根據(jù)需要設(shè)定。

對(duì)三相異步電機(jī)采用一臺(tái)變頻器來(lái)進(jìn)行頻率的調(diào)節(jié)控制。通過(guò)PLC輸出的模擬量信號(hào)作為變頻器的控制端輸人信號(hào)，由總線(xiàn)Profibus-DP作為信號(hào)的傳輸通道，完成對(duì)電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制。變頻調(diào)速器對(duì)電機(jī)具有完善的自我保護(hù)和電機(jī)保護(hù)的功能，它通過(guò)接受PLC的信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速大小，并且向PLC反饋?zhàn)陨淼墓ぷ鳡顟B(tài)信號(hào)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能夠向PLC及上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。由于變頻調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率以改變同步轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故在調(diào)速過(guò)程中從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差功率，因此具有高效率、寬范圍、高精度的調(diào)速性能。

3 系統(tǒng)說(shuō)明

系統(tǒng)三個(gè)站點(diǎn)（工程師站、操作員站、編程站）、工業(yè)以太網(wǎng)、Prifibus-DP總線(xiàn)、S7-400、S7-300、變頻器、三相異步電動(dòng)機(jī)以及人機(jī)交換界面-觸摸屏組成。本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示：

西門(mén)子工業(yè)以太網(wǎng)的建立需要相應(yīng)的軟件支持，STEP7是西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件，該軟件為模塊化的軟件，在本體軟件的基礎(chǔ)上有很多可選軟件能和其實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，本系統(tǒng)選用的是西門(mén)子的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)軟件Soft Net，該軟件和STEP7配合能組建西門(mén)子的工業(yè)以太網(wǎng)、DP網(wǎng)等，并能PLC編程，如圖2所示。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪志鋒. 可編程序控制器原理與應(yīng)用[M]. 1版. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2004，195-2562916FE3F-3231-44EE-B915-6F7B2B8A54DA