基于s7-200plc文化纸机传动控制系统硬件设计_毕业论文(编辑修改稿)

基于s7-200plc文化纸机传动控制系统硬件设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

和网槽组成。 圆网造纸机在国内小型造纸厂中被广泛地采用。 它主要是用来生产一些质量要求不高、定量较低的纸张，如有光纸、邮封纸、火柴纸和一般的文化、印刷用纸等，多圆网多烘缸纸机广泛地用在纸板的生产中，并在造纸工业中用来生产某些定量较大的绘图纸、卡片纸等。 复合造纸机，使用上述各类型造纸机的网部，即使用不同型式的陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 4 纸幅成形装置所组合起来的造纸机，都可以称为复合造纸机。 根据产品的需要，复合造纸机有很多可能的组合形式。 现在最常见的是由多个圆网和一个长网组合成的纸机它常用来生产多层板纸。 通常是用质量较差的浆料在圆网上抄造 板纸的内层，用质量较好的浆料在长网上抄成板纸的面层，两种 湿的纸层复合在一起后，可以得到具有良好表面质量的板纸。 本设计的主要任务 本课题主要对文化纸机硬件传动控制系统的机械结构及各部分原理的了解和纸机速度链、负荷分配等功能实现进行详细阐述。 通过对文化纸机变频传的工艺、工业控制现埸总线在文化纸机变频传动中的应用、文化纸机变频传动控制系统特殊问题的了解，对本课题有一个全面的掌握。 纸机的基本组成部分按照纸张成型的顺序分为网部、压榨、前干燥、后压榨、后干燥、压光机、卷纸机等。 本课题设计主要基于文化纸机网部和压榨部的传动控制，采用交流多点传动方式。 为了防止纸张在传 动过程中出现断裂、卷曲、褶皱、压痕等问题。 本课题主要在传动过程部分进行高精度的速度控制（速度链问题），以达到高质量的延伸特性。 纸机各部分之间的张力控制，以使纸机生产线对应于脱水及干燥度等工艺参数，从而保证了纸张按成纸方向所限定的伸展率进行延伸。 在造纸机压榨、压光部等控制中，需要采取负荷配比控制方式。 在纸机的网部等多传动网控制中需要有静态补偿控制。 同时还要解决西门子 S7200PLC 与 ABB 公司的 ACS550 变频工摸屏之间的通讯方式和控制程序等。 基于 S7200PLC 文化纸机传动控制系统硬件设计 5 2 变频调速基础知识 变频器 变频器基础 原理知识 变频器是利用 电力 半导体器件的通断作用将 工频 电源变换为另一 频率 的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、 变频调速 、提高运转 精度 、改变功率因数、过流 /过压 /过载保护等功能。 国内技术较领先的品牌有英威腾、汇川、三 晶、 紫日电器科技公司 、雷诺尔、 欧瑞 (原烟台惠丰 )、蓝海华腾。 变频器的组成和分类 控制电路：控制电路完成对主电路的控制。 它将信号传给整流器、中间电路和逆变器，同时接受来自这些部分的信号。 整流器 :整流器与单相或三相电源连接，产生脉动的直流电压，将交流变换为直流。 中间电路：直 流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波。 将整流电压变换成直流电流；使脉动的直流电压变得稳定平滑，供逆变器使用。 逆变器：逆变器产生电动机电压的频率，逆变电路将直流电再逆变为交流电。 一般的三相变频器 [2]的整流电路由三相桥式全控整流桥组成。 它的主要作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。 整流电路的主要分类有：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相电路和多相电路。 直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保 证逆变电路和控制电路能够得到质量较高的直流电源。 此外，由于电动机制动的需要，在直流中间电路中有时还包括制动电阻以及其他辅助电路。 逆变电路是变频器主要的部分之一。 它是利用六个半导体开关器件组成的三相桥式逆变电路，有规律的控制逆变器中的主开关元器件的通与断，得到任意频率的三相交流电输出。 由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载，无论电动机处于电动还是发电制动状态，变频器功率因素总不会为 1。 因此，在直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量就靠中间直流环节的储能元件来缓冲。 它的主要作用是在控制电路的 控制下，将平滑电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。 逆变电路的输出就是变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。 变频器的分类 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 6 电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为 PAM 控制变频器、 PWM 控制变频器和高载频 PWM 控制变频器；按照工作原理分类，可以分为 V/f 控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 变 频器工作原理 主电路是给 异步电动机 提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类 :电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。 电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的 整流器 ，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的 “平波回路 ”，以及将直流功率变换为交流功率的 “逆变器 ”。 变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。 现在使用的变频器主要采用交 —直 —交方式（ VVVF 变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。 变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。 整流电路： VD1VD6 六个整流二极管组成不可控全波整流桥。 对于 380V 额定电源，一般二极管反向耐压值应选 1200V，二极管正向电流为电机额定电流 倍。 变频器功能与控制方式 自 70 年代初产生的变频器调速技术，经过 30 年的发展已经进入了一 个理论上成熟，技术上完善的电力拖动控制设备。 但是，不论技术上如何变化，变频器本质上的功能不会变化，基本原理和基本功能不会变化。 例如最初的变频器电压和频率的控制规律简称 V/F 曲线是由设定的电压 /频率曲线或图形来表示和实现的。 而现在的变频器则大多以转差补偿、转矩提升等形式给出，虽然没有原来那样直观但是却增加了许多智能化的成分。 例如，确定的 V/F 曲线，可以理解为就是一个变频电源，至于实际的电机运行情况变频器是不予理会的。 而转矩或转差补偿就不一样了，他是一种实时计算过程，根据预先输入的电机参数通过电机模型计算电机应 有的电流和转矩，再根据设定的转矩控制输出电压和频率。 只要电机参数基本准确，这种补偿比起 V/F 控制要先进多了，理论上说可以实现真正的转矩补偿。 但是，这种功能对于使用者来说需要对变频器原理和自动控制原理方面的知识进行学习。 因为设定和使用这些参数发挥最佳效果必须经过试验和反复调整，如果设定不好可能还不如简单的 V/F 曲线好。 变频器的常见的几种控制方式如下： 1)U/f=C 的正弦脉宽调制 （ SPWM） 控制方式 基于 S7200PLC 文化纸机传动控制系统硬件设计 7 U/f=C 的正弦脉宽调制（ SPWM）控制方式的特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足 一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。 但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。 另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。 因此人们又研究出矢量控制变频调速。 2)电压空间矢量 （ SVPWM） 控制方式 电压空间矢量（ SVPWM）控制方式是以三相波形整体生成 效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。 经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。 但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。 3)矢量控制 （ VC） 方式 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流 Ia、 Ib、 Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流 Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流 Im It1（ Im1 相当于直流电动机的励磁电流； It1 相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。 其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。 通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。 矢量控制方法的提出具有划时代的意义。 然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特 性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。 以上问题都有各自更深层次的理论和具体的技术问题，提出的目的在于提醒决策人员了解系统和变频器二者之间的关系，清楚各种控制方式及相互的区别和含义，不要盲目追求变频器的性能或对某些不准确的产品宣传，而轻视诸如电机和负载及给定反馈等因素，导致系统性能达不到应有的指标。 或不根据负载和使用情况采用一些不适当的配置，投资增加却没有应有的效果。 ACS550 系列变频器 ACS550 变 频装置的组成和功能 ACS550 变频器安装于一个拼装柜内，门上装有控制盘安装组件及状态指示灯，陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 8 柜体内配置了电源输入熔断隔离开关，含快速 ACS550 变频器安装于一个拼装柜内，门上装有控制盘安装组件及状态指示灯，柜体内配置了电源输入熔断隔离开关，含快速熔断器，并配有操纵手柄，具有隔离和短路保护双重功能；同时还配置进线接触器，控制逻辑回路等所需的设备，以利于系统更安全、可靠的运行柄，具有隔离和短路保护双重功能；同时还配置进线接 触器控制逻辑回路等所需的设备 ， 以利 于 系统更安全、可靠的运行。 ACS550 的构成及功能 ACS550 是 ABB 公司标准型的无传感器矢量控制全数字交流变频器，它能够没有光码盘或测速电机的反馈的条件下，精确控制任何标准鼠笼电机的速度和转矩。 ACS550 标准变频器模块从 至 110KW 所有功率范围都是 IGBT 功率模块，并且 在 变频 器内 部设 置了 直流 摆式 电抗 器（ ） 或 进 线电 抗 器(45KW110KW)，从而有效地抑制了高次谐波对电网的影响； ACS550 紧凑型的设计已经标配了适用于第一及第二环境的 RFI 滤波器，而无需任何额外的外部滤波器就可满足 EMC 标准； ACS550 还内置了使用 RS485 协议的 Modbus 接口，可以很方便地与PLC 或计算机通讯。 同时 ACS550 内部还可以安装三种类型的可选模块： I/O 扩展模块、现场总线适配器、脉冲编码器接口模块等。 在大多数应用中， ACS550 所具有的磁通制动功能可以满足系统快速停车的应用需要；如果系统需要频繁起制动或长时间制动， ACS550 也可内置制动斩波器（可选）和制动电阻以实现有效的制动功率。 ACS550 变频器满足多种应用要求，从最简单的到最复杂要求的应用。 ACS550 的功能描述 ACS550 矢量控制的变频器是全数字技 术的有电压中间回路的变频器，它具有电机辨识运行功能，此功能在变频器初次驱动电机时，控制电机的运行，创建电机模型，从而达到辨识电机特性，优化控制的目的。 因此 ACS550 适用于风机、水泵和恒转矩等各种变速驱动应用合。 ACS550 还预置了八种应用宏，用户可根据实际的应用需要选择不同的应用宏， ACS550 将自动管理输入输出和信号处理的配置，其灵活性提供了广泛应用的可能性。 1）助手型控制盘 ACS550助手型控制盘具有下列性能： *启动向导 178。 启动向导会引导用户完成所有的调试步骤 178。 语言的选择 178。 电机参数的设置 178。 应用宏及 I/O口的设置 基于 S7200PLC 文化纸机传动控制系统硬件设计 9 178。 PID 调节器自优化 178。 相关参数的其他应用，如危险频率段的设置或恒定速度的设置。 *维护助手 根据所选择的维护基准：千瓦时（ Kwh） /运行时间 /电机旋转方向，设置预维护功能 178。 用户可以建立相关的应用或机械报警 178。 报警可以通过控制盘显示或继电器输出报警 *诊断助手 当故障发生时，通过 help 键显示故障信息及维护建议 *与变频器的连接可随时插拔 *拷贝功能可实现将参数复制到控制盘的存储器中，可用于备份或拷贝参数到其他的 ACS550 上去 *时钟功能 178。 可以按照预先时间改变给定值 178。 显 示故障发生的时间 178。 备份电池可用 10年 2） 传动优化功能 通过传动优化功能可以实现电机的高效、低噪、稳定控制 178。 可改变恒压频比 U/F 178。 改变 IGBT 的开关频率 178。 磁通优化 – 依据实际负载的变化，改。