6ES7322-1BH01-0AA0技术参数

6ES7322-1BH01-0AA0技术参数

1 变频器的调速特性
    变频调速在控制性能、节能、可靠性方面具有**的优点，近年来由于技术的发展及价格的降低，使其在起重机这一特殊的领域也得到了成功的应用。同时，由于可编程控制器技术的融入，使其调速控制性能更加优越。
2号装卸桥的负载是恒转矩负载，起、制动频繁，抓斗机构的负载特性在Ⅰ、Ⅲ 、Ⅳ象限，小车机构的负载特性在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限。经过比较，采用ABB公司生产的ACS600系列变频器。ACS600系列变频器是采用直接转矩(DTC)控制的变频器。它与矢量型变频器比较具有以下特点：
(1)从零速开始，不使用电机轴上的脉冲编码器反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制，静态速度控制精度可以达到0．1%～0．5%，它可以满足绝大多数工业控制应用场合，简化控制系统。
(2)开环转矩阶跃上升时间小于5 ms，而矢量型变频器开环转矩阶跃上升时间却大于100 ms，在这一点上，ACS600变频器的优点是明显的。
    (3)变频器内部建有自适应电机模型，通过电机的初始化使每台电机的静态和动态参数都被储存在变频器的CPU中，从而实现对电机的精确控制。
(4)具有极好的起动转矩输出性能，较大起动转矩可以达到300%的额定转矩。
(5)带有满足各种不同控制需要的软件，它使得用户的使用和维护更加方便，系统更加。
2 控制系统的改造
2.1 变频调速控制系统的构成
    小车机构有两台电动机，设置两台变频器分别驱动，由一套PLC可编程控制器进行管理；抓斗机构设有两台变频器分别驱动升降电机和开闭电机，由另一套PLC可编程控制器进行管理。小车和抓斗机构均配有电阻箱对电机实现制动。因大车机构起制动不频繁，工况较好，这次不列入技术改造范围内，只是将主令控制器信号进入PLC管理，目的是为了避免大车电机的反接制动。
主令控制器的信号送入PLC，由PLC进行编码处理，处理后产生正／反各三档速度信号指令给变频器，这时变频器运行在给定的速度上；当主令控制器发出停止信号后，变频器立刻进入制动状态，这时制动电阻箱开始工作，电机在设定的时间内停车。PLC还对机构限位、机械抱闸及故障信号进行处理，当系统发生故障时，可以发出声光报警信号。2.2 变频器参数设定
2.2.1 变频器初始化
安装工作结束后，首先要进行常规的检查，如机械抱闸、电气控制回路等；然后将电机输出联轴器脱开，让电机处于空载状态。做好以上准备工作后给控制设备通电，用变频器控制面板设定电机的基本参数，进入电机初始化，这时电机处于变速运行状态，整个初始化过程大概需要3～5 min。初始化完毕，装复电机联轴器。
2.2.2 小车机构变频器参数设定
小车机构的两台电机分别由两台变频器来驱动，主要是调整两台变频器速度间的同步问题。由于没有安装测速编码器，速度误差的累计会引起两台电机的不同步 。可利用变频器的速度微调装置来两台电机的速度误差。经现场调试后，效果令人满意。
小车机构变频器设置正／反各三档速度，采用顺序控制（速度控制）和积分停车，速度为零后启动机械抱闸。
2.2.3 抓斗机构变频器参数设定
抓斗机构电机由两台变频器分别驱动升降电机和开闭电机，采用力矩跟随原则来解决两台电机间的力矩平衡问题。具体做法是：开闭机构采用顺序控制（速度控制），而升降机构则采用力矩控制，升降机构的力矩始终跟随开闭机构，以达到力矩平衡。在开闭机构为空载或轻载时，升降机构力矩不作跟随，这时候，升降机构也改为了速度控制，这个速度／力矩控制切换信号是PLC进行两电机力矩比较后发出的。
抓斗机构变频器上升设置三档速度，下降设置两档速度。开闭机构变频器采用顺序控制（速度控制）。升降机构变频器采用速度／力矩控制进行控制。抓斗机构变频器采用积分停车，速度为零后启动机械抱闸。
2.3 PLC软件调试
本系统采用西门子S7－200系列微型可编程控制器，S7－200可编程序控制器有两种编程方法，即语句表和梯形图。梯形图比较直观，编程、调试都很方便，但编程器价格高；用语句表编程速度慢，调试起来也较麻烦，但其编程器价格低。
PLC程序运行是从起始地址0000开始到较后一条地址（即END指令），做反复式巡回扫描，严格按梯形逻辑图逻辑行顺序和逻辑行逻辑元素的排列自上而下，从左到右逐字逐句处理程序。这样，继电器控制系统很难解决的结点竞争现象在这里就不会产生，从而保证了控制系统的可靠性。
    力矩信号的检测是用传送语句MOVW及比较语句LDW≥来实现的。当开闭机构力矩大于设定值时，PLC输出力矩跟随信号，升降机构作力矩跟随，使开闭机构和升降机构的力矩迅速得到平衡。当开闭机构力矩小于等于设定值时，PLC的力矩跟随信号消失，这时升降机构与开闭机构一样也按速度宏进行控制。值得注意的是这个力矩设定值应设为＞1／2变频器额定转矩，否则容易引起两台电机速度环的振荡。
2.4 原有YZR电机的改造
为了利用原有的电机，现将电机的转子回路短接后继续使用。考虑到电机为反复短时工作制，多数情况为起动、短时额定参数运行、制动，低速档通常只是一种很短暂的过渡状态，因此风扇的散热能力与改造前相当，而发热量则由于起动电流的控制而少于改造前，因此不再加装独立冷却风扇。
3 改造后的效果
    半山发电有限公司2号装卸桥技改项目，小车和抓斗机构分别于2001年2～6月改造完毕先后投入运行，运行情况良好，至今没发生过故障。
    (1)硬件线路得到简化，主回路的接触器全部取消，提高了系统的可靠性。
(2)变频器所具有的短路、欠压、过压、过流、缺相及电机过热等保护，有效地保护了电机的安全。
(3)由于使用了变频器的软启动、匀加减速及防电机反接功能，大大减少了对设备和机械结构的冲击，延长了设备、构件的使用寿命。
    (4)变频器的直接转矩(DTC)控制保证了抓斗机构不发生溜钩现象。
(5)变频器的超速保护特性保抓斗机构不会发生超速运行状态。
(6)变频器的力矩跟随功能使得开闭机构、升降机构钢丝绳的受力始终均匀，延长了钢丝绳的使用寿命。
(7)由于变频器内部建有自适应电机模型，从而实现了电机的精确控制，使得两台小车电机的运行保持高度同步。
(8)取消了原来用于调速的转子电阻，减少了系统的能耗。
(9)大大地减少了设备的维护工作量。

1 前言 
可编程控制器(PLC)作为传统继电接触控制装置的替代产品已广泛应用于工业控制的各个领域。它以体积小、组装灵活、编程简单、抗干扰能力强及可*性高等优点，越来越为众多用户所青睐。温度测控在工业自动化应用中是十分重要和普遍的，本文以FP1-C24型PLC为核心，设计了一个温度自动测控系统。 
2 可编程控制器FP1-C24简介 
FP1是日本松下电工公司生产的小型PLC产品，该产品有C14～C72多种规格，形成系列化，性价比较高。FP1的硬件配置较全，除主机外还可加I/O扩展模块、A/D模块和D/A模块。FP1-C24是FP1系列中的一种，它的基本性能和参数简述如下: 
有24个I/O点数，其中输入X0～X15，输出Y0～Y7;内部定时器100个(T0～T99)，定时单位可为0.01秒、0.1秒或1秒;计数器44个(C100～C143)，较大计数值32767;内部继电器1008个，特殊继电器64个;数据寄存器1660个，可供用户使用的有126个;系统寄存器70个，借助系统寄存器能实现高速计数、脉冲捕捉、中断、输入延时滤波、脉冲输出、实时时钟、可调值输入及通信等特殊功能;程序容量为2720步，扫描速度为1.6ms/步，采用梯形图(RLL)语言编程;指令数为154个，具有算术、逻辑、比较及表达式运算能力;编程采用IBM-PC兼容机，在NPST-软件包支持下工作，具有离线编程、编辑、程序下装、程序上调、存盘、打印等功能。 
FP1-C24的I/O点数虽不多，但能通过挂接扩展模块增强系统的性能，灵活性、适应性较好，适于大多数工业生产控制。 
3 温度测控系统硬件设计 
系统是由温度传感器AD590检测箱内温度，经电阻把电流信号转化为电压信号送入PLC的A/D转换模块，得到过程量，将此值与给定温度值进行有关运算，得出控制量，较后由控制量控制PLC输出的通断，经继电器组控制电热箱的工作状态。其控制框图如图1所示。 
本系统的调节指标为: 稳态误差为±1℃，温度控制范围为20℃～120℃ 
3.1温度检测电路 
根据现场控制温度变化范围的要求，温度传感器采用美国AD公司生产的两端式集成温度电流传感器AD590。AD590可提供与温度成正比的，具有很好线性度的电流信号，灵敏度为1mA/K，非线性误差<±0.5℃，对精度要求不十分高的场合，不需要进行线性化处理。温度检测范围宽: -50℃～＋150℃，是一高性能低价格的温度元件。下式给出输出电流与温度的关系: 
I=273.2+t (mA) 
式中 t—被测温度，℃ 
温度检测的电路原理图如图2所示。送入到A/D转换模块的输出电压 
V=IR(V) 其中R=10KW 
输出电压V的范围为: 2.9V～4V 
3.2 A/D转换模块 
与FP1-C24配接的A/D模块有四个模拟输入通道CH0～CH3，FP1-C24对A/D模块读取数据，每个扫描周期只进行一次，由模拟通道输入的模拟信号经A/D转换后送入FP1-C24的相应的通道，可由传送指令将转换好的数据存入FP1-C24的数据寄存器中。A/D模块的转换精度为满程值的1%,转换分辨率为1/1000，I/O端子与内部电路之间采用光电耦合(各通道之间未隔离)。A/D转换的输入－输出特性如图3所示。图3中a是输入为0～5V电压时的特性，b是输入为0～10V电压时的特性，c是输入为0～20mA电流时的特性。 
由于AD590的输出电压为2.9V～4V, 故选A/D模块的输入电压值为0～5V，这由A/D模块的面板上两个“RANG”端子控制。 
经运算温度变化一度能引起A/D转换后数值的三位变化，对于精度为±1℃的控制要求是完**够满足的。 
3.3 输出控制 
FP1-C24的输出通道直接控制继电器组，控制其输入端子的导通时间，即可控制电阻丝加热时间，若箱内温度超出给定值，将停止加热，否则继续加热，从而来控制箱内的温度。 
4 温度测控系统软件设计 
4.1 控制算法 
PID控制是应用较广泛的一种控制规律。PID控制由比例、积分和微分控制组合而成，它的调节主要由软件完成，因此参数整定方便，控制器结构改变灵活，适应性强，特别使用于难以得到精确数学模型的工业对象的控制。 
本系统采用增量型PID控制算式，其中PID调节器输出增量为: 

式中， Yk和ek分别为第k次采样时刻的控制信号和偏差信号，其余类推。Kv、Ki和Kd分别为控制器的比例、积分和微分系数，它们的取值均于采样周期T有关。 
数字控制系统PID参数的整定，就是确定Kv、Ki、Kd和采样周期T。参数的合理与否，直接关系到系统的运行质量。在上述算式中，Kv、Ki和Kd的作用彼此独立，有利于检查各自对控制效果的影响。在本系统中采用一种简易的整定法: PID归一参数整定法。它是为了减少在线整定参数的数目，根据大量实际经验的总结，人为设约束的条件，以减少独立变量的个数。 
4.2 程序设计 
由于FP1-C24工作方式是存储程序循环扫描执行，且仅有向前跳转指令，故在设计中必须考虑其执行方式的特点。该温度测控系统的程序流程图如图4所示。系统经初始化设置PID的比例、积分和微分系数，并给出温度控制值。程序根据给定的温度值、采样温度值及控制要求，通过PID的运算，得到并输出控制量来控制箱内温度。 
5 结束语 
可编程控制器由于体积小、价格适中及可*性高等优点，非常适合当前中小企业的设备改造，以提高产品质量和劳动生产率。本系统充分利用了PLC的资源，系统电路简单，抗干扰性强，使用方便灵活，在应用中，表现出良好的动态、静态性能