直流調(diào)速裝置轉(zhuǎn)矩控制在高爐探尺中的應(yīng)用

1、目 錄1 緒論11.1 選題背景及意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展史11.3課題來(lái)源21.4設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及發(fā)展前景21.5本章小結(jié)32 方案論證42.1高爐探尺的簡(jiǎn)介42.2高爐探尺系統(tǒng)組成52.3高爐探尺的工作原理52.4本章小結(jié)93 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)與選型103.1 PLC選型103.2西門子6RA7018183.3低壓電器的選型223.4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)263.5本章小結(jié)284 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)294.1程序流程圖294.2程序設(shè)計(jì)294.3 6RA7018設(shè)計(jì)324.4加壓站監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)334.5本章小結(jié)37結(jié) 論38參考文獻(xiàn)39附 錄A電氣控制圖402畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 ( 論

2、文 ) 第 81 頁(yè) 共 81 頁(yè)1 緒論1.1 選題背景及意義我國(guó)是鋼鐵生產(chǎn)、出口大國(guó)。高爐是鋼鐵生產(chǎn)的主要組成部分，高爐探尺能否準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)反映爐內(nèi)物料決定了該高爐能否安全生產(chǎn)。物料過多或者過少都會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，輕則減產(chǎn)浪費(fèi)原料，重則發(fā)生爆炸，嚴(yán)重影響生命安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。所以研究高爐探尺的意義重大而深遠(yuǎn)。老式探尺采用傳統(tǒng)的空開、接觸器和接觸調(diào)壓器驅(qū)動(dòng)形式。工作過程為：提尺時(shí)電機(jī)定子接入電網(wǎng)額定電壓，電機(jī)正轉(zhuǎn)；放尺時(shí)通過接觸調(diào)壓器使電機(jī)定子接入幾十伏左右的電壓，改變供電相序，電機(jī)反轉(zhuǎn)，重錘下放。老式探尺存在問題：1）放尺不暢，電壓波動(dòng)時(shí)，放尺速度波動(dòng)，經(jīng)常需手動(dòng)干預(yù)。2)放尺過程采用小電壓且使電機(jī)

3、向下轉(zhuǎn)，易松繩，亂繩和倒錘，燒錘。3）不能很好跟蹤料面，影響及時(shí)向爐內(nèi)布料。4）更換重錘時(shí)，調(diào)試時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)。5）對(duì)重錘重量偏差要求較嚴(yán)。6）需經(jīng)常維護(hù)，控制精度低,調(diào)試難度大，故障率高維護(hù)工作量比較大。新型高爐探尺工藝控制過程，新型高爐探尺采用直流調(diào)速電機(jī)傳動(dòng)，低速恒轉(zhuǎn)矩控制。高爐探尺作為監(jiān)視和控制高爐內(nèi)料位的重要設(shè)備，其控制的關(guān)鍵點(diǎn)在于準(zhǔn)確地進(jìn)行料面跟蹤。新探尺的優(yōu)點(diǎn)：1)保證探尺的重錘在下放過程中能均勻、順暢、可控的下放。2)重錘在下放到料面后，“浮”在料面上，重錘不倒不歪，隨著料面的下降自動(dòng)平穩(wěn)地下降，即一直“浮”在料面上，保持力矩的動(dòng)平衡。3)探尺重錘可控穩(wěn)定地快速提升。4)探尺重錘可

4、控、準(zhǔn)確、平穩(wěn)地停車。5)隨著電機(jī)的發(fā)展高爐探尺控制將越來(lái)越精確準(zhǔn)確1。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展史可編程控制器（PLC）的發(fā)展?？删幊踢壿嬁刂破?PLC出現(xiàn)在 60 年代末，由于工業(yè)生產(chǎn)從大批量少品種的生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨慷嗥贩N的生產(chǎn)方式。而當(dāng)時(shí)大規(guī)模生產(chǎn)線的控制電路大多是繼電器控制系統(tǒng)，難以改變生產(chǎn)程序，且體積大、耗電多、可靠性低。對(duì)此，美國(guó)通用汽車公司 GM 于1968 年提出編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序維修方便的插件式結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)可直接輸入管理計(jì)算機(jī)的可靠性高于繼電器控制裝置。1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）制成了世界上第一臺(tái)可編程控制器 PDP-14，它在美國(guó)通用汽車公司汽車裝配線上

5、的應(yīng)用成功，立刻引起全世界的關(guān)注，開創(chuàng)了 PLC 在工業(yè)上使用的新時(shí)代。我國(guó)從 1974 年開始研制，1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。高爐探尺發(fā)展。以前探尺的電機(jī)型號(hào)為YZR系列,額定功率有以下幾種2.2KW、3.7KW、4.0KW、5.0KW等，額定頻率50HZ，額定轉(zhuǎn)速970轉(zhuǎn)/分左右，Y接線方式，定子額定電壓380V。傳動(dòng)采用傳統(tǒng)的空開、接觸器和接觸調(diào)壓器驅(qū)動(dòng)形式。新型探尺采用全數(shù)字直流調(diào)速技術(shù)，直流調(diào)速器就是調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)速度的設(shè)備，上端和交流電源連接，下端和直流電動(dòng)機(jī)連接，直流調(diào)速器將交流電轉(zhuǎn)化成兩路輸出直流電源，一路輸入給直流電機(jī)礪磁（定子），一路輸入給直流電機(jī)電樞（轉(zhuǎn)子），直流調(diào)速器通

6、過控制電樞直流電壓來(lái)調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。同時(shí)直流電動(dòng)機(jī)給調(diào)速器一個(gè)反饋電流，調(diào)速器根據(jù)反饋電流來(lái)判斷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速情況，必要時(shí)修正電樞電壓輸出，以此來(lái)再次調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。能夠保證探尺穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)主要是用德國(guó)西門子和美國(guó)AB公司的直流調(diào)速器較多。國(guó)內(nèi)這方面技術(shù)還不是特別成熟。21.3課題來(lái)源本課題來(lái)源某公司已完工的高爐項(xiàng)目，并且已經(jīng)正式投產(chǎn)，經(jīng)過半年多時(shí)間未出現(xiàn)異常狀況。針對(duì)老式探尺中出現(xiàn)的不能穩(wěn)定運(yùn)行，維修、操作困難，不能精確測(cè)量高爐中的物料。我們采用了西門子的直流調(diào)速器來(lái)控制探尺，直流調(diào)速器能夠直接跟PLC直接通訊，縮短響應(yīng)時(shí)間；能夠保證探尺長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，監(jiān)控更能保證實(shí)時(shí)性，維修維護(hù)

7、方便。所以改進(jìn)探尺是非常必要的。這也是本設(shè)計(jì)的研究的意義。 1.4設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及發(fā)展前景高爐料位探測(cè)系統(tǒng)是采用直流電機(jī)拖動(dòng)重錘來(lái)進(jìn)行料位探測(cè)的。直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，但高爐生產(chǎn)情況千變?nèi)f化，隨著氣流、風(fēng)溫 、料位和料種的不同，要求料位探測(cè)系統(tǒng)在高爐冶煉過程中，保持穩(wěn)定的料線是準(zhǔn)確布料和高爐正常工作的重要條件之一。料線過高，對(duì)料位設(shè)備是危險(xiǎn)的；料線過低，會(huì)使?fàn)t頂煤氣溫度顯著上升，對(duì)爐設(shè)備的壽命造成不利影響。為了獲得高爐裝料的可靠依據(jù)，必須準(zhǔn)確探測(cè)爐料位置。它具有較高的可調(diào)性。因此采用直流調(diào)速器控制的高爐料位探測(cè)系統(tǒng)是非常必要的。實(shí)現(xiàn)了Siemens s7400 PLC和6RA70直流調(diào)速器

8、的綜合應(yīng)用。該探尺控制系統(tǒng)很方便的實(shí)現(xiàn)了高爐料面的探測(cè)，滿足了高爐系統(tǒng)的工藝要求。系統(tǒng)自投人運(yùn)行以后將一直穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)起著重要作用，能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。將來(lái)高爐探尺將都是用直流調(diào)速轉(zhuǎn)矩裝置和PLC代替。1.5本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)單介紹了探尺和PLC的發(fā)展前景，簡(jiǎn)述了研究?jī)?nèi)容和研究的意義以及研究的前景。812 方案論證2.1高爐探尺的簡(jiǎn)介高爐智能探尺是根據(jù)長(zhǎng)期的高爐自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，為滿足高爐煉鐵工藝的需要，精心研制開發(fā)的一種運(yùn)行可靠，測(cè)量精準(zhǔn),調(diào)整方便快捷，集智能數(shù)字主令控制器、探尺卷?yè)P(yáng)機(jī)、直（交）流調(diào)速系統(tǒng)為一體的綜合測(cè)量產(chǎn)品，系統(tǒng)維護(hù)量小，使用方便,造價(jià)低廉，輸出

9、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。探尺的機(jī)械卷?yè)P(yáng)部分以他勵(lì)直（交）流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配以特別設(shè)計(jì)的減速機(jī)實(shí)現(xiàn)速度和力矩變換，可以對(duì)提尺、放尺過程實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的速度及力矩調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)探尺的精確控制，本產(chǎn)品使用過程中不出現(xiàn)倒尺和鋼絲繩松圈的故障。探尺的測(cè)控部分選用西門子S7-400系列的PLC組成邏輯控制單元，采用觸摸屏做為人機(jī)界面，可實(shí)現(xiàn)探尺運(yùn)行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。采用絕對(duì)型位置編碼器可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)掉電情況下的位置記憶，系統(tǒng)輸出當(dāng)前料位及料速4-20MA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，可供上位機(jī)顯示使用，同時(shí)還輸出“到料線”、“到零點(diǎn)”、“到下限”的干結(jié)點(diǎn)信號(hào)輸出。因此可以非常方便地與可編程控制器(PLC)或集散系統(tǒng)(DCS)連為一體從而完成高爐主控與現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品

10、的完美結(jié)合3。此工藝為當(dāng)探尺在零位時(shí)，打開下密封閥，再打開節(jié)流閥開始放料，當(dāng)放料完成，關(guān)閉節(jié)流閥，關(guān)閉密封閥，探尺下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)物料時(shí)隨物料下降，探尺與料面成一定角度并且實(shí)時(shí)保持這個(gè)角度，直到探尺到達(dá)下限位，開始提尺。探尺工藝流程圖如圖2.1所示。圖2.1 探尺工藝流程圖 2.2高爐探尺系統(tǒng)組成探尺是長(zhǎng)度70cm的重錘，下卷?yè)P(yáng)，上卷?yè)P(yáng)，直流調(diào)節(jié)器6RA7018（自帶編碼器），減速器，開關(guān)閥門及其他的電氣設(shè)備。2.3高爐探尺的工作原理準(zhǔn)確測(cè)量物料位置是保證高爐正常工作的重要條件，工作過程如下，電機(jī)運(yùn)行時(shí)帶動(dòng)重錘上升或是下降，通過采集編碼器的脈沖換算出探尺的位置，其系統(tǒng)圖如圖2.2，探尺為鑄鋼圓柱重

11、錘，由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)上卷?yè)P(yáng)，上卷?yè)P(yáng)通過鋼絲繩拖動(dòng)下卷?yè)P(yáng)，下卷?yè)P(yáng)與滾筒同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒與重錘通過高溫鏈相鏈接。 圖2.2系統(tǒng)圖高爐探尺系統(tǒng)有三種工作狀態(tài)：提尺、放尺和料面跟隨。其系統(tǒng)圖如上圖。下面分介紹這三種狀態(tài)，來(lái)說明探尺的控制原理。要求在直流電機(jī)軸端安裝增量碼盤作為位置檢測(cè)元件。電機(jī)機(jī)軸端接多圈絕對(duì)值碼盤，信號(hào)經(jīng)高速計(jì)數(shù)器接口進(jìn)PLC，由PLC進(jìn)行處理讀出探尺的高度，作為檢測(cè)探尺位置的信號(hào)。提尺：探尺處于提尺狀態(tài)時(shí),電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，如圖2.2.1 所示。 Md 為電動(dòng)機(jī)電磁力矩, Mg 為重錘重力矩，Mf 為系統(tǒng)靜摩擦力矩， v 為提尺速度。當(dāng)重錘以v 勻速上升時(shí)，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩Md =Mg + Mf

12、 ,電動(dòng)機(jī)電磁力矩和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相同,為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可控硅處于整流工作狀態(tài)，如圖2.2.1 所示。 圖2.2.1 提尺狀態(tài)放尺:探尺處于放尺狀態(tài)時(shí),電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),如圖2.2.2 所示。當(dāng)重錘以v 勻速下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩Md = Mg- Mf ,電磁轉(zhuǎn)距與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)，可控硅處于逆變工作狀態(tài)。圖2.2.2 放尺狀態(tài)跟隨料面:當(dāng)重錘下放至料面時(shí),被料面擋住,停在料面上，如圖4所示.電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩Md = Mg - Mz ， Mz 為料面對(duì)重錘的支持力矩。電動(dòng)機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，可控硅處于整流工作狀態(tài)。當(dāng)料面下降， Mz 減小甚至為0時(shí)，在Mg 的作用下，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，可控

13、硅又進(jìn)入逆變工作狀態(tài)4。圖2.2.3 跟隨料面重錘下降直到重新停在料面上，這個(gè)過程就是重錘跟隨料面。此時(shí)，可控硅處于整流和逆變頻繁轉(zhuǎn)換過程中。探尺的跟隨性是判斷探尺系統(tǒng)好壞的一個(gè)重要因素。如Md 太小， Mz 偏大，重錘容易發(fā)生傾倒現(xiàn)象,探尺就不能反映料面的真實(shí)高度。如Md 太大，Mz 偏小，重錘就不易完全跟隨料面，發(fā)生重錘懸浮現(xiàn)象,探尺也不能反映料面的真實(shí)高度。實(shí)際應(yīng)用中,這兩種情況都是不允許出現(xiàn)的3。直流調(diào)速器可以對(duì)PLC系統(tǒng)發(fā)出的關(guān)于提尺和放尺的開關(guān)量信號(hào)，進(jìn)行很好地執(zhí)行。同時(shí)，對(duì)于放尺力矩信號(hào)，PLC系統(tǒng)也能很好地進(jìn)行控制。探尺的放尺控制是決定探尺控制好壞的關(guān)鍵，放尺控制不僅要求探尺要

14、對(duì)料面進(jìn)行實(shí)時(shí)地控制， 同時(shí)也要求探尺的重錘不能出現(xiàn)倒錘的現(xiàn)象。當(dāng)探尺需要下放時(shí)，由PLC的控制系統(tǒng)下達(dá)放尺的信號(hào)，與此同時(shí)，PLC系統(tǒng)會(huì)根據(jù)料線的位置自動(dòng)地檢測(cè)出克服重力的力矩，由于探尺在高爐內(nèi)的位置不一樣，因此下放時(shí)需要克服的重力也是不同的。需要由PLC進(jìn)行自動(dòng)地調(diào)節(jié)控制。料線越深，重錘受到的重力影響就會(huì)越大，PLC提供的力矩就需要越大，根據(jù)探尺下放的曲線，可以精確地計(jì)算出探尺的控制數(shù)學(xué)模型，得到力矩與料線之間的一次方程。PLC就可以根據(jù)這個(gè)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算并且發(fā)出相對(duì)應(yīng)的下放力矩。由PLC系統(tǒng)控制直流調(diào)速器進(jìn)行自動(dòng)放尺，在探尺接近料面時(shí)，仍然需要保持一定電機(jī)所需要的提尺力矩，讓其保持直立的

15、狀態(tài)。這種控制的方法，解決了以往直流調(diào)速器只能進(jìn)行固定力矩下放 ，造成了探尺出現(xiàn)倒錘或者是無(wú)法反映實(shí)時(shí)料面的情況等諸多缺點(diǎn)。采用6RA70的優(yōu)點(diǎn)：（1）與原交流能耗制動(dòng)相比，西門子6RA70直流調(diào)速裝置采用全程可視性數(shù)字調(diào)節(jié)，對(duì)速度和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，配置相應(yīng)的直流電動(dòng)機(jī)，整流變壓器等。生產(chǎn)時(shí)，探尺提、尺放尺等開關(guān)量信號(hào)由上位機(jī)通過PLC給定，同時(shí)數(shù)控通過自身的輸出端子可以輸出狀態(tài)信號(hào)：如在提尺、在放尺、故障等開關(guān)量信號(hào)及電樞 的電流、電壓等模擬量信號(hào)，探尺下放提升速度，高低度位置，所有這些信號(hào)都通過系統(tǒng)PLC在值班室電腦畫面上顯示，直觀易懂，方便操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及出現(xiàn)故障易于及時(shí)判斷和

16、處理。( 2 ) 同時(shí)從安裝硬件上來(lái)說其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。裝置內(nèi)裝有調(diào)節(jié)插槽板，各個(gè)單元易于拆裝，使檢查，維護(hù)變得簡(jiǎn)單易行。外部信號(hào)連接的開關(guān)量輸入、 輸出，模擬量輸入、輸出，脈沖發(fā)生器等，通過插槽端子排實(shí)現(xiàn)，裝置軟件存放 去(Flash)一EPPOM內(nèi)，通過串行接口寫入可以方便的更換，無(wú)需調(diào)速電阻，并具有自診斷功能。( 3 ) 在實(shí)際運(yùn)行中抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)速平穩(wěn)，精度高，軟硬件結(jié)合控制，大 大提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。裝置接口卡實(shí)現(xiàn)PLC控制，組成自動(dòng)化程度很高的控制系統(tǒng)，而且在運(yùn)行中省電、節(jié)能、環(huán)保，從而有更廣泛更靈活的應(yīng)用 前景。( 4 ) 有效防止“ 崩料” 現(xiàn)象出現(xiàn)，由于勵(lì)磁恒定

17、，在發(fā)生“崩料”時(shí)，下 降加速，電流加大，產(chǎn)生向上的力矩加大，此時(shí)使之迅速減速。直到接觸到料 面，電流逐漸穩(wěn)定，速度隨之穩(wěn)定，正常跟隨料面。探尺柜主器件為全數(shù)字直流調(diào)速裝置。直流調(diào)速裝置一般選用四相限工作制。一般小型高爐兩套探尺，大型高爐三套到四套探尺。本系統(tǒng)選用了兩套探尺，確保在一套探尺故障時(shí)，高爐還能正常運(yùn)行5。2.4本章小結(jié)本章介紹了高爐探尺系統(tǒng)的組成，探尺的工作過程及原理；西門子直流調(diào)速器6RA70的優(yōu)點(diǎn)。3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)與選型3.1 PLC選型3.1.1 PLC基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)PLC專為工業(yè)場(chǎng)合設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)：主要是由CPU模塊、編程器、電源、存

18、儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC可分為：小型PLC、中型PLC、大型PLC。PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同如圖3.1所示。編程器輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)中央處理單元CPU系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)器電源圖3.1 PLC的結(jié)構(gòu)（1）CPU模塊CPU模塊是PLC的核心，每套PLC至少有一個(gè)CPU模塊，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的

19、功能接收并處理用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。（2）存儲(chǔ)器雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)；系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)，包括I/O映像區(qū)和系統(tǒng)軟件設(shè)備等；用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。（3）輸入/輸出模塊I/O模塊是PLC與外部電器回路的接口，I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入寄存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。PLC輸入接口的輸入設(shè)備一般是各種開關(guān)、按鈕、傳感器觸點(diǎn)等。PLC的輸出接口與被控對(duì)象相連

20、，一般是接觸器、電磁閥、指示燈等。I/O模塊分為數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等模塊。（4）電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源，同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源220VAC或110VAC；直流電源常用的為24VDC。（5）底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊間的聯(lián)系使CPU能訪問底板上的所有模塊；機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。（6）可編程控制器系統(tǒng)的其它設(shè)備。3.1.2 PLC工作原理（1）工作過程PLC采用了一種不同于一般計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式即掃描方式。當(dāng)PLC投入

21、運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，其工作原理主要分為三個(gè)階段：輸入采樣階段用戶程序執(zhí)行階段輸出刷新階段。PLC工作過程如圖3.2所示。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期8。用戶程序執(zhí)行第（n-1）個(gè)掃描周期輸入采樣輸入采樣輸出刷新第N個(gè)掃描周期第（n+1）個(gè)掃描周期輸出刷新圖3.2 PLC的工作過程第一段，PLC以掃描方式讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，存入I/O印象區(qū)的相應(yīng)單元。第二階段，PLC總是按照從上到下的順序依次掃描用戶程序。在掃描每一條梯形圖時(shí)，按照先左后右、先上后下的順序?qū)刂凭€路進(jìn)行邏輯運(yùn)算。然后根據(jù)這個(gè)結(jié)果刷新I/O印象區(qū)的狀態(tài)，排在下面的梯形圖，被刷新的邏輯線圈在下個(gè)掃描周期才對(duì)排

22、在上面的程序起作用。第三階段，輸出印象寄存器中存放的是1，對(duì)應(yīng)繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，輸出印象寄存器中存放的是0，對(duì)應(yīng)繼電器的常開觸點(diǎn)斷開。第二階段和第三階段即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O印象區(qū)中對(duì)應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)改變。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。輸入采樣在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于

23、一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。用戶程序執(zhí)行在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生

24、變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。輸出刷新當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來(lái)說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了

25、。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝要求本方案選擇的是德國(guó)西門子SIMASIC S7-400控制系統(tǒng)。功能強(qiáng)大的PLC，適用于中高性能控制領(lǐng)域；解決方案滿足最復(fù)雜的任務(wù)要求；功能分級(jí)的CPU以及種類齊全的模板，總能為其自動(dòng)化任務(wù)找到最佳的解決方案；實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)和擴(kuò)展通訊能力都很簡(jiǎn)便，組成系統(tǒng)靈活自如；用戶友好性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，免風(fēng)扇設(shè)計(jì)；隨著應(yīng)用的擴(kuò)大，系統(tǒng)擴(kuò)展無(wú)任何問題。（2）掃描周期PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如圖3.3所示。一個(gè)周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間之和。圖3.3 PLC的掃描周期3.1.3 PLC主要功能和應(yīng)用可編程控制器的設(shè)計(jì)思想是盡可能地利用當(dāng)前先進(jìn)的計(jì)

26、算機(jī)技術(shù)去滿足用戶的需要，PLC與繼電器接觸器控制電路的一個(gè)本質(zhì)區(qū)別就是除了必要的與外部物理世界的接口(即I/0點(diǎn))外，其它的邏輯功能均在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。這些邏輯功能不僅可以取代，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過諸如中間繼電器、時(shí)間繼電器等硬件邏輯所能達(dá)到的功能，從而為PLC在可靠性和便利性上形成特色奠定了基礎(chǔ)14。PLC的功能可分類如下：邏輯控制 定時(shí)控制 計(jì)數(shù)控制 步進(jìn)(順序)控制PID控制 數(shù)據(jù)控制：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力 通信和聯(lián)網(wǎng)其它：PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊等。SIMATIC S7-400是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。模塊化及無(wú)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)

27、，堅(jiān)固耐用，容易擴(kuò)展和廣泛的通訊能力，容易實(shí)現(xiàn)的分布式結(jié)構(gòu)以及用戶友好的操作使SIMATIC S7-400成為中、高檔性能控制領(lǐng)域中首選的理想解決方案。SIMATIC S7-400的應(yīng)用領(lǐng)域包括： 自動(dòng)化工業(yè)(如：生產(chǎn)線) 機(jī)械工程，包括專業(yè)化的機(jī)械制造 倉(cāng)儲(chǔ)業(yè) 建筑系統(tǒng)自動(dòng)化 鋼鐵工業(yè) 發(fā)電和配電 造紙和印刷業(yè) 木材加工業(yè) 紡織品生產(chǎn) 醫(yī)藥業(yè) 食品和飲料加工 工藝工程，如：供水和處理 石油和化工工業(yè) 水泥業(yè) 玻璃陶瓷業(yè)S7-400自動(dòng)化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。它所具有的模板的擴(kuò)展和配置功能使其能夠按照每個(gè)不同的需求靈活組合。3.1.4 PLC編程語(yǔ)言PLC與微機(jī)一樣，是以指令程序的形式進(jìn)行工作的

28、，各種型號(hào)的PLC一般均以梯形圖語(yǔ)言為主，同時(shí)也兼顧一些其它形式的編程語(yǔ)言。如圖3.4所示，三種編程語(yǔ)言。本文邏輯程序較多，故采用FBD編程。梯形圖(LAD) 指令語(yǔ)句表(STL) 邏輯功能圖(FBD) 圖3.4 PLC的編程語(yǔ)言3.1.5 簡(jiǎn)述PLC400一個(gè)系統(tǒng)包括： 電源模板；將SIMATIC S7-400連接到120/230 V AC或24 V DC電源上。 中央處理單元（CPU）有多種CPU可供用戶選擇，有些帶有內(nèi)置的PROFIBUS-DP接口，用于各種性能范圍。一個(gè)中央控制器可包括多個(gè)CPU，以加強(qiáng)其性能。 各種信號(hào)模板（SM）用于數(shù)字量輸入和輸出（DI/DO）以及模擬量的輸入和輸

29、出（AI/AO） 通訊模板（CP）用于總線連接和點(diǎn)到點(diǎn)的連接。 功能模板（FM）：專門用于計(jì)數(shù)、定位、凸輪控制等任務(wù)。根據(jù)用戶需要還提供以下部件： 接口模板（IM），用于連接中央控制單元和擴(kuò)展單元。SIMATIC S7-400中央控制器最多能連接21個(gè)擴(kuò)展單元。SIMATIC S7-400是一種通用控制器 由于有很高的電磁兼容性和抗沖擊、耐振動(dòng)性能，因而能最大限度的滿足各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。模板能帶電插、拔。功能 。S7-400在編程、啟動(dòng)和服務(wù)方面有眾多特點(diǎn)： 高速指令處理 用戶友好的參數(shù)設(shè)置 用戶友好的操作員控制和監(jiān)視功能（HMI）已集成在SIMATIC的操作系統(tǒng)中 CPU的診斷功能和自測(cè)試智能診

30、斷系統(tǒng)連續(xù)地監(jiān)視系統(tǒng)功能并記錄錯(cuò)誤和系統(tǒng)的特殊事件 口令保護(hù) 模式選擇開關(guān) 系統(tǒng)功能SIMATIC S7-400有多種通訊方式： 組合式多點(diǎn)MPI和DP主接口，集成在所有CPU內(nèi)，S7-200和S7-300系統(tǒng)以及其它的S7-400系統(tǒng)。 附加的PROFIBUS-DP接口，集成在某些CPU內(nèi)，適用于經(jīng)濟(jì)型ET-200分布式I/O系統(tǒng)。 用于連接到PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)的通訊模板。 用于功能強(qiáng)大的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的通訊模板。 過程通訊：通過總線（AS-I或PROFIBUS）周期地尋址I/O模板（過程映象數(shù)據(jù)交換）。從循環(huán)執(zhí)行級(jí)調(diào)用過程通訊。 數(shù)據(jù)通訊：自動(dòng)化系統(tǒng)之間或HMI站和若干個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)之

31、間的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)通訊可以周期執(zhí)行或基于事件驅(qū)動(dòng)由用戶程序塊調(diào)用。3.1.6系統(tǒng)PLC模塊的選型此項(xiàng)目選用CPU為414-2。圖3.5 CPU414-2CPU 裝配有： 功能強(qiáng)大的處理器：CPU 的指令執(zhí)行時(shí)間僅為每個(gè)二進(jìn)制指令0.04 微秒。 CPU 414-2: 1MB RAM (其中，程序和數(shù)據(jù)各使用0.5 MB);用于執(zhí)行用戶程序的快速RAM。 靈活擴(kuò)展：最多131072 點(diǎn)數(shù)字量和81932 點(diǎn)模擬量輸入/輸出。 MPI多點(diǎn)接口：通過MPI，可簡(jiǎn)便地將最多32 個(gè)站連成網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)12 Mbit/s。CPU 可與通訊總線（C 總線）和MPI 的站之間建立最多32 個(gè)連接。

32、模式選擇開關(guān)：波動(dòng)開關(guān)設(shè)計(jì)。 診斷緩沖區(qū)：最后的故障和中斷事件保存在一個(gè)環(huán)形緩沖器中，用于進(jìn)行診斷?？梢詫?duì)輸入數(shù)目進(jìn)行設(shè)定。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘：日期和時(shí)間附加在CPU 的診斷消息后面 存儲(chǔ)卡: 用于擴(kuò)展內(nèi)置的裝載存儲(chǔ)器。 存儲(chǔ)在裝載存儲(chǔ)器中的信息包括S7-400參數(shù)數(shù)據(jù)以及程序，因此需要2倍的存儲(chǔ)空間。其結(jié)果是：內(nèi)置的裝載存儲(chǔ)器不能滿足大程序量的要求，因此需要存儲(chǔ)卡。 可使用RAM 和FEPROM 卡。 PROFIBUS-DP 接口和組合的MPI/DP 接口：通過PROFIBUS DP 主站接口，可以實(shí)現(xiàn)分布式自動(dòng)化組態(tài)，從而提高了速度，便于使用 。對(duì)用戶來(lái)說,分布式I/O 單元可作為一個(gè)集中式單元來(lái)

33、處理(相同的組態(tài)、編址和編程). 組合式配置：SIMATIC S5和SIMATIC S7可以作為PROFIBUS主站符合EN 50 170規(guī)范。數(shù)字量模塊：數(shù)字量模塊分為輸入輸出、輸入、輸出模塊。圖3.6數(shù)字量模塊輸入輸出模塊用于SIMATIC S7-400的數(shù)字量輸入/輸出；可根據(jù)控制任務(wù)靈活適配；用于連接數(shù)字傳感器和執(zhí)行器。數(shù)字量輸入/輸出將二進(jìn)值過程信號(hào)連接到S7-400。通過這些模板，能將數(shù)字傳感器和執(zhí)行器連接到SIMATIC S7-400。使用數(shù)字量輸入/輸出模板可提供用戶以下利益： 優(yōu)化的適配性能；模板能任意組合，因此能根據(jù)任務(wù)恰如其分地適配輸入/輸出模板的數(shù)量，以避免多余的投資。

34、 靈活的過程變量連接；通過各種不同型號(hào)、規(guī)格的傳感器和執(zhí)行器將S7-400連接到過程。輸入模塊用于S7-400的數(shù)字量輸入 用于連接開關(guān)或2線接近開關(guān)（BERO）數(shù)字量輸入模板將外部過程發(fā)送的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成S7-400內(nèi)部的信號(hào)電平。模板適合于連接開關(guān)或2線BERO接近開關(guān)。輸出模塊用于SIMATIC S7-400的數(shù)字量輸出用于連接電磁閥、接觸器、小型電動(dòng)機(jī)、燈和電機(jī)啟動(dòng)器用于SIMATIC S7-400的數(shù)字量輸出；用于連接電磁閥、接觸器、小型電動(dòng)機(jī)、燈和電機(jī)啟動(dòng)器。數(shù)字量輸出模板將S7-400的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過程所需要的外部信號(hào)電平。模板適合于連接如電磁閥，接觸器，小型電動(dòng)機(jī)，燈

35、和電機(jī)啟動(dòng)器等裝置。模擬量模塊分為輸入輸出模塊、輸入模塊、輸出模塊輸入輸出模塊用于SIMATIC S7-400的模擬量輸入和輸出；用模擬量信號(hào)來(lái)解決即使是相當(dāng)復(fù)雜的控制任務(wù)；用于連接模擬量傳感器和執(zhí)行器但不需要增加放大器。模擬量輸入/輸出模板包括用于S7-400的模擬量輸入/輸出。通過這些模板，能將模擬量傳感器和執(zhí)行器連接到SIMATIC S7-400。使用模擬量輸入/輸出模板能提供用戶以下利益：優(yōu)化的適配性能；模板能任意組合，因此能根據(jù)任務(wù)恰如其分的適配模板數(shù)量，以避免不必要的多余投資。強(qiáng)有力的模擬量技術(shù)；不同的輸入/輸出量程范圍和很高的分辨率，因此能連接各種不同類型的模擬量傳感器和執(zhí)行器。

36、輸入模塊用于SIMATIC S7-400的模擬量輸入；用于連接電壓和電流傳感器、熱電偶、電阻器和熱電阻；分辨率為13到16位。圖3.7模擬量模塊模擬量輸入模板將從過程來(lái)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成S7-400內(nèi)部處理用的數(shù)字量信號(hào)。電壓和電流傳感器、熱電偶、電阻器和熱電阻可作為傳感器連接到S7-200。輸出模塊用于SIMATIC S7-400的模擬量輸出；用于連接模擬量執(zhí)行器。模擬量輸出模板將從S7-400來(lái)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為過程用的模擬量信號(hào)。電源模塊PS 405和PS 407電源模板用于對(duì)SIMATIC S7-400的供電；用于將AC或DC網(wǎng)絡(luò)電壓轉(zhuǎn)換為所需的5 V DC和24 V DC工作電壓；輸出電

37、流為4 A，10 A和20 A。電源模板通過背板總線向SIMATIC S7-400提供5 V DC和24 V DC電源。電源可提供85到264 V的AC網(wǎng)絡(luò)電壓和19.2到300 V的DC電壓。每個(gè)機(jī)架均需要電源模板，除了：包含有電源傳輸?shù)慕涌?，中央控制器中的電源模板也向擴(kuò)展單元中的所有模板供電。傳感器和執(zhí)行器用的負(fù)載電壓應(yīng)單獨(dú)提供。使用冗余電源時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和容錯(cuò)系統(tǒng)可作為無(wú)故障安全系統(tǒng)運(yùn)行。還有一些其他模塊就不一一介紹，西門子400功能非常強(qiáng)大6。3.2西門子6RA70183.2.1西門子6RA7018簡(jiǎn)介以及應(yīng)用1）、應(yīng)用范圍：耐用、高效的傳動(dòng)技術(shù)。頂尖的性能和集成的信息，多領(lǐng)域應(yīng)用。完整

38、的產(chǎn)品系列。單臺(tái)電流為15-2000A，通過并聯(lián)可達(dá)12000A，電壓為400-830V。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。單臺(tái)電流為15-2000A，通過并聯(lián)可達(dá)12000A，電壓為400-830V。2）、功率變換系統(tǒng)：電樞回路為三相橋式電路電樞不可逆系統(tǒng)由6個(gè)晶閘管（3個(gè)模塊）組成三相全橋整流系統(tǒng)（B6C），將三相交流電整流成直流電。電樞可逆系統(tǒng)由12個(gè)晶閘管（6個(gè)模塊）組成反并聯(lián)三相全橋整流系統(tǒng)（B6A，B6C），將三相交流電整流成直流電。勵(lì)磁供電系統(tǒng)由1個(gè)晶閘管模塊和1個(gè)二極管模塊組成單向半控橋式整流（B2HZ）。3）、冷卻系統(tǒng)：額定電流小于125A為自然冷卻，大于125A為強(qiáng)迫風(fēng)冷。4）、電樞及勵(lì)磁控制

39、系統(tǒng)：參數(shù)設(shè)定單元：A、本操作板PMU，5個(gè)數(shù)碼管和3個(gè)發(fā)光二極管用于狀態(tài)顯示，3個(gè)發(fā)光二極管分別為準(zhǔn)備、運(yùn)行、故障；三個(gè)按鍵用于參數(shù)設(shè)定，其作用分別為切換、增大、減??；X300插頭帶有RS232或RS485的USS接口。B、通過PC設(shè)定參數(shù)，由DRIVEMONITOR軟件通過USS接口實(shí)現(xiàn)PC與SIMOREG的連接，此方法需要一根專用連接電纜。（電纜定貨號(hào)為6SX7005-0AB00）。C、面板故障復(fù)位為“P鍵”；報(bào)警復(fù)位為“P+上升鍵”。D、先按上升鍵后同時(shí)按下降鍵可提高參數(shù)上升的速度；先按下降鍵后同時(shí)按上升鍵可提高參數(shù)下降的速度。轉(zhuǎn)速給定值：模擬量給定（G113，X174：4，5）；電動(dòng)

40、電位計(jì)（G126，K0240）；固定給定值（G120，P401）；網(wǎng)絡(luò)（G180，DP）；轉(zhuǎn)速實(shí)際值模擬測(cè)速機(jī)（G113，XT：103，104）；脈沖編碼器（G145，X173：26-33）；EMF（G165，內(nèi)部）模擬測(cè)速機(jī)（G113，XT：103，104）；脈沖編碼器（G145，X173：26-33）；EMF（G165，內(nèi)部）斜坡函數(shù)發(fā)生器（G136，P303，P304，P305，P306）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器：（G151，P225，P226）；轉(zhuǎn)矩限幅（G160，P180，P181）電流限幅（G161，P171，P172）：電流調(diào)節(jié)器（G162，P155，P156）；預(yù)控制器無(wú)環(huán)流控制（G163，

41、P159，P160，P161，P179）；電樞觸發(fā)裝置（G163，P150，P151）；EMF調(diào)節(jié)器（G165，P275，P276）；勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器（G166，P255，P256）；勵(lì)磁觸發(fā)裝置（G166，P250，P251）。5）、開關(guān)量及模擬量控制系統(tǒng)：開關(guān)量輸入：（G110，X171：34，36，37，38，39），內(nèi)部24V電源、準(zhǔn)備好、停止/運(yùn)行、使能、勵(lì)磁切換。開關(guān)量輸出：（G112，X171：46，47；48，54）電樞可逆系統(tǒng)未用，磁場(chǎng)可逆系統(tǒng)用于正、反勵(lì)磁的切換。模擬量輸出：（G114，X175：12，13實(shí)際電流值；14，15電機(jī)轉(zhuǎn)速；16，17電機(jī)電流），本系統(tǒng)X175：

42、12，13實(shí)際電流值未用。6）、控制箱的硬件組成：CUD1板：模擬量輸入口2個(gè)、脈沖編碼器輸入口1個(gè)、其它模擬量輸入口1個(gè)（電機(jī)溫度）、模擬量輸出口3個(gè)、開關(guān)量輸入口4個(gè)、開關(guān)量輸出口3個(gè)、串口2個(gè)。觸發(fā)及電源板：提供系統(tǒng)工作電源及電樞觸發(fā)脈沖放大、電流檢測(cè)。勵(lì)磁控制板：提供勵(lì)磁觸發(fā)脈沖放大、電樞及勵(lì)磁功率元件的阻容保護(hù)。電樞功率模塊：將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。勵(lì)磁功率模塊：將交流電轉(zhuǎn)換為直流電?？刂泼姘澹≒MU）：進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及顯示。整流器3AC400V，15A125A，4Q。7)、整流器3AC400V，15A125A，4Q。6RA7018-6DV62-0電樞額定電壓3AC 400V(+15

43、%/-20%)電樞額定輸入電流：25A,電子電路電源額定供電電壓： 2AC380V(-25%)460(+15%)；In=1A或1AC190(-25%)230(+15%)；In=2A(-35%1分鐘)勵(lì)磁額定電壓：2AC400V(+15%/-20%)額定頻率：4565Hz額定直流電壓： 420V額定直流電流：30A,過載能力：最大為額定電流的180%，額定功率：12.6Kw,額定直流電流下的功耗(大約)：163W，勵(lì)磁額定直流電壓：最大325V勵(lì)磁額定直流電流：3A運(yùn)行環(huán)境溫度：045I額定，自冷存貯和運(yùn)輸溫度：-25+70，安裝海拔高度：額定直流電流下1000m控制精度：n=0.006%的電機(jī)

44、額定轉(zhuǎn)速，是對(duì)于脈沖編碼器和數(shù)字給定而言。n=0.1%的電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，是對(duì)于模擬測(cè)速機(jī)和模擬給定而言環(huán)境等級(jí)：DINIEC60721-3-33K3防護(hù)等級(jí)：DINEN60529IP00外形尺寸：(HWD)mm385265239385265283重量(約)：11kg。8）、電抗器和無(wú)線電干擾抑制濾波器。勵(lì)磁回路的進(jìn)線電抗器應(yīng)按電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁額定電流來(lái)選取。電樞回路的進(jìn)線電抗器應(yīng)按電動(dòng)機(jī)電樞額定電流來(lái)選取，交流側(cè)電流等于直流電流的0.82倍。電樞回路的無(wú)線電干擾抑制濾波器應(yīng)按電動(dòng)機(jī)電樞額定電流來(lái)選取，交流側(cè)電流等于直流電流的0.82倍。只對(duì)電子板供電的400V電源的無(wú)線電干擾抑制濾波器按1A選取。對(duì)勵(lì)

45、磁回路和電子板供電的400V電源的無(wú)線電干擾抑制濾波器按電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁額定電流加1A選取。對(duì)電子板供電的230V電源的無(wú)線電干擾抑制濾波器按2A選?。〈舜喂こ踢x用6RA7 018-6DV62-0 其中70表示SIMOREG DC Master 18表示額定直流和冷卻 6表示晶閘管模塊 D表示400V V表示整流器連接(B6)A(B6)C 6表示閉環(huán)控制 4象限數(shù)字 2表示可控勵(lì)磁 0表示更新7。6RA7018如圖所示。圖3.8 6RA7018實(shí)物圖3.2.2西門子6RA7018的調(diào)節(jié)西門子6RA7018調(diào)節(jié)是非常困難的一步。首先檢查裝置和電機(jī)安裝是否正常。然后設(shè)置基本參數(shù)，用MPU執(zhí)行功能P052

46、1=40優(yōu)化參數(shù)更改級(jí)別，根據(jù)參數(shù)文件，用P052=0顯示與工廠設(shè)置不同的參數(shù)。P052=3顯示所有的參數(shù)。整流器調(diào)節(jié)。P078.01=400V電樞回路供電電壓，P078.02=400V勵(lì)磁回路供電電壓。（FDS）P100.01=12.3A功能數(shù)據(jù)組電機(jī)電樞額定電流，P100.02=12.3A電機(jī)電樞額定電流。(FDS)P101.01=440V功能數(shù)據(jù)組電機(jī)電樞額定電壓， P101.02=440V電機(jī)電樞額定電壓。(FDS)P102.01=2.13A功能數(shù)據(jù)組電機(jī)勵(lì)磁額定電流， P102.02=2.13A電機(jī)勵(lì)磁額定電流。(FDS)P083.01=3功能數(shù)據(jù)組電機(jī)勵(lì)磁速度實(shí)際值由EMF提供，由

47、P115加權(quán)，電壓反饋， P083.02=3電機(jī)勵(lì)磁速度實(shí)際值由EMF提供，由P115加權(quán)，電壓反饋。(FDS)P115.01=55%功能數(shù)據(jù)組電機(jī)額定電壓/P100， P115.02=55%電機(jī)額定電壓/P100。P082=2勵(lì)磁接入方式。（FDS）P171.01=80%功能數(shù)據(jù)組放尺時(shí)的正向電流限幅（=80%*K166），P171.02=100%提尺時(shí)的正向電流限幅。(FDS)P172.01=-0%功能數(shù)據(jù)組放尺時(shí)的反向電流限幅，P171.02=-100%提尺時(shí)的反向電流限幅。(FDS)P303.01=3S功能數(shù)據(jù)組上升時(shí)間， P303.02=3S上升時(shí)間。(FDS)P303.01=3S功

48、能數(shù)據(jù)組下降時(shí)間， P303.02=3S下降時(shí)間。（輸入完畢后進(jìn)行電流環(huán)和電壓環(huán)的優(yōu)化，之后復(fù)制FDS參數(shù)可P055=112）。3.23東探尺放尺設(shè)置（放尺使用第一套FDS參數(shù)）3.24東探尺提尺設(shè)置（提尺使用第二套FDS參數(shù)）3.25西探尺放尺設(shè)置（放尺使用第一套FDS參數(shù)）3.26西探尺提尺設(shè)置（提尺使用第二套FDS參數(shù)）P771=B106 故障輸出，P772=B104裝置運(yùn)行8。3.3低壓電器的選型3.3.1低壓斷路器低壓斷路器(曾稱自動(dòng)開關(guān))是一種不僅可以接通和分?jǐn)嗾Ｘ?fù)荷電流和過負(fù)荷電流，還可以接通和分?jǐn)喽搪冯娏鞯拈_關(guān)電器。低壓斷路器在電路中除起控制作用外，還具有一定的保護(hù)功能，如過

49、負(fù)荷、短路、欠壓和漏電保護(hù)等。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的過載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路。低壓斷路器的分類方式很多，按使用類別分，有選擇型（保護(hù)裝置參數(shù)可調(diào)）和非選擇型（保護(hù)裝置參數(shù)不可調(diào)），按滅弧介質(zhì)分，有空氣式和真空式（目前國(guó)產(chǎn)多為空氣式）。低壓斷路器容量范圍很大，最小為4A，而最大可達(dá)5000A。低壓斷路器廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)各級(jí)饋出線，各種機(jī)械設(shè)備的電源控制和用電終端的控制和保護(hù)。本次設(shè)計(jì)采用的施耐德斷路器型號(hào)為EN9AN 3P，然后根據(jù)每路的容量選擇額定電流9。斷路器實(shí)物圖如圖3.9所示。圖3.9斷路器3.3.2中間繼電器(intermediate relay)它用于繼電保護(hù)與自動(dòng)控制系

50、統(tǒng)中，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量及容量。 它用于在控制電路中傳遞中間信號(hào)。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。 它一般是沒有主觸點(diǎn)的，因?yàn)檫^載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國(guó)標(biāo)對(duì)中間繼電器的定義是K，老國(guó)標(biāo)是KA。一般是直流電源供電。少數(shù)使用交流供電。圖3.10中間繼電器工作原理 線圈裝在U形導(dǎo)磁體上，導(dǎo)磁體上面有一個(gè)活動(dòng)的銜鐵，導(dǎo)磁體兩側(cè)裝有兩排觸點(diǎn)彈片。在非動(dòng)作狀態(tài)下觸點(diǎn)彈片將銜鐵向上托起，使銜鐵與導(dǎo)磁體之間保持一定間隙。當(dāng)氣隙間的電磁力矩超過反作用力矩

51、時(shí)，銜鐵被吸向?qū)Т朋w，同時(shí)銜鐵壓動(dòng)觸點(diǎn)彈片，使常閉觸點(diǎn)斷開常開觸點(diǎn)閉合，完成繼電器工作。當(dāng)電磁力矩減小到一定值時(shí)，由于觸點(diǎn)彈片的反作用力矩，而使觸點(diǎn)與銜鐵返回到初始位置，準(zhǔn)備下次工作。本繼電器的U形導(dǎo)磁體采用雙鐵心結(jié)構(gòu)，即在兩個(gè)邊柱上均可裝設(shè)線圈。對(duì)于DZY、DZL和DZJ型只裝一個(gè)線圈，而對(duì)于DZB，DZS，DZK型可根據(jù)需要在另一個(gè)鐵心上裝以保持線圈或延時(shí)用阻尼片等。從而使線圈類型大不相同的繼電器都通用一個(gè)導(dǎo)磁體。本設(shè)計(jì)采用的是施耐德的中間繼電器RXM4AB2P7(4個(gè)觸點(diǎn))。實(shí)物圖如圖所示。3.3.3電流繼電器和熱繼電器1、電流繼電器用途 電磁式電流繼電器，為電磁式瞬動(dòng)過電流繼電器，它廣

52、泛用于電力系統(tǒng)二次回路繼電保護(hù)裝置線路中，作為過電流啟動(dòng)元件。圖3.11電流繼電器結(jié)構(gòu)原理 1. 繼電器系電磁式，瞬時(shí)動(dòng)作，磁系統(tǒng)有兩個(gè)線圈，線圈出頭接在底座端子上，用戶可以根據(jù)需要串并聯(lián)，因而可使繼電器整定變化一倍。2. 繼電器名牌的刻度值及額定值對(duì)于電流繼電器是線圈串聯(lián)的(以安培為單位)轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤上的指針、以改變游絲的反作用力矩，從而可以改變繼電器的動(dòng)作值。3. 繼電器的動(dòng)作：電流升至整定值或大于整定值時(shí)，繼電器就動(dòng)作，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開。當(dāng)電流降低到0.8倍整定值時(shí)，繼電器就返回，動(dòng)合觸點(diǎn)斷開，動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合。本設(shè)計(jì)采用DL-11/10。2、熱繼電器熱繼電器是由流入熱元件的電流產(chǎn)生

53、熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá)到一定距離時(shí)，就推動(dòng)連桿動(dòng)作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。熱繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。熱繼電器是用于電動(dòng)機(jī)或其它電氣設(shè)備、電氣線路的過載保護(hù)的保護(hù)電器。熱繼電器的選擇主要是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)確定其型號(hào)與規(guī)格。熱繼電器元件的額定電流IRT應(yīng)接近或略大于電動(dòng)機(jī)的額定電流Ied，即IRT=(0.951.05)Ied熱繼電器的整定電流值是熱元件通過電流超過此值的20%時(shí)，熱繼電器應(yīng)當(dāng)在20min內(nèi)動(dòng)作。選用時(shí)整定電流應(yīng)與電動(dòng)機(jī)額定電流一致。如電動(dòng)

54、機(jī)的額定電流是為15.4A選用JR16B/3型熱繼電器，熱元件電流等級(jí)為16A，它的電流調(diào)節(jié)范圍為1016A可將電流調(diào)整在15.4A。圖3.12 熱繼電器在一般情況下，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，對(duì)于電網(wǎng)電壓嚴(yán)重不平衡、工作環(huán)境惡劣條件下工作的電動(dòng)機(jī)，可選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，對(duì)于三角形接線的電動(dòng)機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)斷相保護(hù)，則可選用帶斷相保護(hù)裝置額熱繼電器。常用的熱繼電器有JR1、JR2、JR0、JR16等系列。JR16系列雙金屬片式熱繼電器，它電流整定范圍廣，并用溫度補(bǔ)償裝置，適用于長(zhǎng)期工作或間歇工作的交流電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)，而且具有斷相運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)裝置。JR16B是由JR0改進(jìn)而來(lái)的該系列產(chǎn)品是用來(lái)代替

55、JR0的三極和帶斷相保護(hù)的繼電器。故采用JR16。型號(hào)為JR16-20/3。3.3.4 避雷器交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器具有優(yōu)異的非線性伏安特性，響應(yīng)特性好、無(wú)續(xù)流、通流容量大、殘壓低、抑制過電壓能力強(qiáng)、耐污穢、抗老化、不受海拔約束、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)間隙、密封嚴(yán)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。避雷器在正常系統(tǒng)工作電壓下，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，僅有微安級(jí)電流通過。在過電壓大電流作用下它便呈現(xiàn)低電阻，從而限制了避雷器兩端的殘壓避雷器的作用是用來(lái)保護(hù)電力系統(tǒng)中各種電器設(shè)備免受雷電過電壓、操作過電壓、工頻暫態(tài)過電壓沖擊而損壞的一個(gè)電器。避雷器的類型主要有保護(hù)間隙、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。保護(hù)間隙主要用于限制大氣過電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電所進(jìn)線段保護(hù)。閥型避雷器與氧化鋅避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護(hù)，在500KV及以下系統(tǒng)主要用于限制大氣過電壓，在超高壓系統(tǒng)中還將用來(lái)限制內(nèi)過電壓或作內(nèi)過電壓的后備保護(hù)。避雷器的保護(hù)作用基于三個(gè)前提： 1、伏秒特性與被保護(hù)絕緣的伏秒特性有良好的配合 2、保證其殘壓低于被保護(hù)絕緣的沖擊電氣強(qiáng)度 3、被保護(hù)絕緣必須處于該避雷器的保護(hù)距離之內(nèi) 。此設(shè)計(jì)采用的是YH1.5W-0.28/1.3。 圖3.13 避雷器3.4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.5.1系統(tǒng)總體框圖圖3.14系統(tǒng)總體框圖3.5.2電氣原理圖設(shè)計(jì) 圖3.15電氣系統(tǒng)總體框圖圖3.1