PLC在卷揚(yáng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、高爐卷揚(yáng)機(jī)PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 高爐上料卷揚(yáng)機(jī)是高爐的關(guān)鍵設(shè)備之一，當(dāng)前國(guó)內(nèi)多數(shù)304M3級(jí)高爐的主卷揚(yáng)機(jī)的調(diào)速方式采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速式，但電阻容易燒毀，加上卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩松緊程度不一，有時(shí)出現(xiàn)料車“掛頂”事故，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)，因此需要此系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文針對(duì)異步電機(jī)這樣一個(gè)多變量的、強(qiáng)禍合、參數(shù)時(shí)變的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)地研究了異步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)與狀態(tài)估計(jì)方法，分析了交流電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速方法的優(yōu)劣。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制更是增加了系統(tǒng)的簡(jiǎn)易性和魯棒性，這種系統(tǒng)需解決兩個(gè)問題:轉(zhuǎn)速的估計(jì)和轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)。對(duì)系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)表明，基于模

2、型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，選擇了矢量控制變頻器解決進(jìn)料系統(tǒng)控制問題。最后，本文給出了一種基于矢量控制的異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。變頻調(diào)速的主電路設(shè)計(jì)是帶有特殊性的電力電路設(shè)計(jì)，既要遵守電力設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，也要考慮變頻調(diào)速系統(tǒng)的特殊情況，同時(shí)針對(duì)控制目的選擇變頻器，通過控制端子實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)功能，正確設(shè)置命令和頻率源等參數(shù)，采用PLC控制保證調(diào)速控制精度，考慮控制電路的抗干擾措施，對(duì)硬、軟件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證了系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性和安全性。關(guān)鍵詞: 高爐；上料卷揚(yáng)機(jī)；PLC變頻器；變頻調(diào)速Blast furnace hoist Abstract Blast F

3、urnace Feeding winch is one of the key equipment, most of the current domesticBF-300 m3 the main winch by way of rotor speed governor string resistance, but resistance toburning, With varying degrees of elastic rope winch, sometimes expected to overheadincident has seriously affected production, the

4、 system needs to be transformed. This paper induction motor that more than one variable, strong coupling, time-varying parameters of the complex nonlinear systems, systematic study of the induction motor parameter identification with the state estimation methods, the analysis of the various AC Motor

5、 Speed way the pros and cons. Rotor field oriented control system to speed the exchange of properties of a qualitative leap, asynchronous motor speed sensor vector control is to increase the systems simplicity and robustness, such systems need to solve two problems: the estimated speed And the rotor

6、 flux observation. The system simulation experiments show that, based on the model reference adaptive system of vector control system has good static and dynamic performance, choose the vector control converter solution feed system control issues. Finally, this paper, which is based on vector contro

7、l of the induction motor Frequency Control System programmer. Frequency Control of the main circuit design is a unique power circuit design, it is necessary to comply with the design of the power of the general laws and Frequency Control System should also consider the special circumstances, for con

8、trol purposes choice inverter, by controlling the realization of the terminal control System, properly set up a command and parameters such as frequency source, a PLC control ensure speed control accuracy and control circuit to consider the anti-amming measures, the hardware and software has been op

9、timized design, thus ensuring a system of real-time control and safety.Keywords；Blast furnace; Feedingwinch; PLC Drive; Frequency 前 言1.系統(tǒng)的背景和研究意義高爐上料卷揚(yáng)機(jī)是高爐冶金系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，當(dāng)前多數(shù)的高爐卷揚(yáng)機(jī)的調(diào)速方式傳奇串電阻調(diào)速，但電阻容易燒毀，加上卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩松緊程度不一，有時(shí)出現(xiàn)料車“掛頂”事故，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)，因此需要此系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文給出了一種基于矢量控制的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，使系統(tǒng)具有較好的工作性能。同時(shí)采用PLC控制保證調(diào)速控

10、制精度，考慮控制電路的空干擾措施，對(duì)硬、軟件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證了系統(tǒng)控制的可靠性和安全性。2.PLC技術(shù)的發(fā)展及工作特點(diǎn)2.1 PLC的概述可編程邏輯控制器，及PLC，是一種可編程的存儲(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)、技術(shù)與計(jì)算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。2.2 PLC的發(fā)展20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，可使編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)噶站起來

11、后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程邏輯控制器定名為PLC（Programmable Logic Controller）。20世紀(jì)70年代終末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直

12、保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。2.3 PLC的工作特點(diǎn)可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點(diǎn)。一、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DD

13、C和DCS等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。二、適用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。三、能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。3.變頻器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用3.1 變頻器的概述變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。3.2 變頻器的發(fā)展變頻器技術(shù)誕生背景是交流電機(jī)無極調(diào)速的廣泛需求。傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)因體積大的故障效高而應(yīng)用受限。20世紀(jì)60年代后，電力電子器件普遍應(yīng)用了晶閘管及其升級(jí)產(chǎn)品。但其調(diào)速性能遠(yuǎn)

14、遠(yuǎn)無法滿足需要。20世紀(jì)70年代開始，脈寬調(diào)速變壓變頻調(diào)速的研究得到突破，20世紀(jì)80年代以后微處理器技術(shù)的完善使得各種優(yōu)化算法得以容易的實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)80年代中后期，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的變頻器技術(shù)實(shí)用化，商品投入市場(chǎng)，得到了廣發(fā)應(yīng)用。最早的變頻器可能是日本人買了英國(guó)專利研制的。不過美國(guó)和德國(guó)憑借電子元件生產(chǎn)和電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，高端產(chǎn)品迅速搶占市場(chǎng)。步入21世紀(jì)后，國(guó)產(chǎn)變頻器逐步崛起，現(xiàn)已逐漸搶占高端市場(chǎng)。3.3 變頻器的應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、水泵上應(yīng)用變頻器主要是為了節(jié)能。在風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的傳統(tǒng)調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、

15、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。但在電機(jī)中使用變頻器是為了調(diào)速，并降低啟動(dòng)電流。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電，這個(gè)過程叫整流。把直流電變換為交流電的裝置，其科學(xué)術(shù)語為逆變器。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對(duì)于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱為變頻器。變頻器主要是用在三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。變頻不是處處可以省電的，有不少場(chǎng)合用變頻并不一定能省電。 作為電子電路，變頻器本身也要耗電（約額定功率的3-5%）。一臺(tái)1.5匹的空調(diào)自身耗電算下來也有20-30

16、W，相當(dāng)于一盞長(zhǎng)明燈。變頻器在工頻下運(yùn)行，具有節(jié)電功能，是事實(shí)。但是他的前提條件是：第一、大功率并且為風(fēng)機(jī)/泵類負(fù)載；第二、裝置本身具有節(jié)電功能（軟件支持）；第三、長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。這是體現(xiàn)節(jié)電效果的三個(gè)條件。除此之外，無所謂節(jié)不節(jié)電，沒有什么意義。如果不加前提條件的說變頻器工頻運(yùn)行節(jié)能，就是夸大或是商業(yè)炒作。4.課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容概述本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要分為以下幾點(diǎn)：1. 上網(wǎng)查找資料。2. 翻閱詳細(xì)資料。3. 確定設(shè)計(jì)方案。4. 軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試。5. 論文的編寫。5.論文安排內(nèi)容本論文的安排內(nèi)容如下：第一章 系統(tǒng)概述所謂系統(tǒng)概述就是對(duì)冶金高爐上料系統(tǒng)做了一個(gè)，讓大家對(duì)整個(gè)上料系統(tǒng)的構(gòu)成、工藝流

17、程和控制要求有一個(gè)大概的了解。第二章 料車高、中、低速運(yùn)行參數(shù)設(shè)置也就是卷揚(yáng)機(jī)上料系統(tǒng)中要求的速度控制，本課題中，要求用三段速控制，分為：高速、中速、低速。具體的速度控制要求見圖2-1。而速度的控制就需要變頻器對(duì)其進(jìn)行調(diào)速，也就需要知道變頻器的參數(shù)意義、端子的具體功能與參數(shù)設(shè)置方法。本章節(jié)對(duì)這些方面做了具體的介紹。第三章 硬件設(shè)計(jì)顧名思義，本章節(jié)具體介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，比如：交流電機(jī)、變頻器與PLC的選擇，硬件的接線圖等。第四章 軟件設(shè)計(jì)介紹卷揚(yáng)機(jī)上料系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。第五章 調(diào)試運(yùn)行于注意事項(xiàng)很簡(jiǎn)單，輸入進(jìn)PLC中的程序進(jìn)行調(diào)試，把調(diào)試的結(jié)果以圖片和視頻的形式呈現(xiàn)出來。并把調(diào)試中需要注意的方

18、面做一個(gè)介紹。第一章 系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)構(gòu)成在冶金高爐煉鐵生產(chǎn)線上，一般把準(zhǔn)備好的爐料從地面的貯礦槽運(yùn)送到爐頂?shù)纳a(chǎn)機(jī)械為高爐上料設(shè)備。它主要包括料車坑、料車、斜橋、上料機(jī)。料車的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1-1所示。而料車卷揚(yáng)機(jī)是料車上料機(jī)的拖動(dòng)設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。圖1-1 料車傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖圖1-2 料車卷揚(yáng)機(jī)示意圖冶金爐高100m，電動(dòng)機(jī)容量37kW，轉(zhuǎn)速740r/min，卷筒直徑500mm，總減速比15.75，最高鋼繩速度1.5m/s、料車全行程時(shí)間40s和鋼繩全行程51m等。1.2系統(tǒng)工藝流程與控制要求在工作過程中，兩個(gè)料車交替上料，當(dāng)裝滿爐料的料車上升時(shí)，空料車下行，空車重量相當(dāng)于一個(gè)

19、平衡錘，平衡了重料車的車箱自重。當(dāng)上行或下行時(shí)，兩個(gè)料車由一個(gè)卷揚(yáng)機(jī)拖動(dòng)，不但節(jié)省了拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率，而且當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)總有一個(gè)重料車上行，沒有空行程。這樣使拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)總是處于電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行，避免了電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)所帶來的一些問題。料車運(yùn)行分析：料車分為正常運(yùn)行狀態(tài)與檢修狀態(tài)。在正常運(yùn)行狀態(tài)中斜橋上的運(yùn)行分為啟動(dòng)、加速、穩(wěn)定運(yùn)行、減速、傾翻和制動(dòng)共6個(gè)階段，在整個(gè)過程中包括一次加速、兩次減速。檢修狀態(tài)中，左右料車可點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)可單程運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)有急停按鈕與電磁抱閘裝置以應(yīng)付突發(fā)狀況。系統(tǒng)工藝流程圖如圖1-3所示。根據(jù)料車的工藝流程，卷揚(yáng)機(jī)的工作特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)。 能夠頻繁啟動(dòng)

20、、制動(dòng)、停車、反向運(yùn)行，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，過渡時(shí)間短。 能按照一定的速度曲線運(yùn)行。 調(diào)速范圍廣，一般調(diào)速范圍為0.53.5m/s，目前料車最高線速度可達(dá)3.8m/s。系統(tǒng)工作可靠。料車在進(jìn)入曲線軌跡段和離開料坑時(shí)不能有高速?zèng)_擊，重點(diǎn)位置能準(zhǔn)確停車。圖1-3 卷揚(yáng)上料系統(tǒng)工藝流程圖第二章 料車高、中、低速運(yùn)行參數(shù)設(shè)置2.1料車速度控制要求根據(jù)料車運(yùn)行素的要求，電動(dòng)機(jī)在高速、中速、低速段的速度曲線采用變頻器設(shè)定的固定頻率，按速度切換主令控制器發(fā)出的信號(hào)由PLC輸出端控制轉(zhuǎn)速的切換。而速度的改變由變頻器控制實(shí)現(xiàn)。根據(jù)料車運(yùn)行速度，可畫出變頻器頻率曲線，如圖2-1所示。圖2-1中OA為重料車啟動(dòng)加速段，加速時(shí)

21、間為3s；AB為料車高速運(yùn)行段，f1=50Hz為高速運(yùn)行時(shí)所對(duì)應(yīng)的變頻器頻率，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為740r/min，鋼繩速度1.5m/s；BC為料車的第一次減速段，由主令控制器發(fā)出第一次減速信號(hào)給PLC，由PLC控制變頻器MM440，使頻率從20Hz下降到6Hz，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?96r/min下降到88.8r/min，鋼繩速度從0.6m/s下降到0.18m/s；EF為料車降低速度運(yùn)行段，頻率為6Hz；FG為料車制動(dòng)停車段，當(dāng)料車運(yùn)行至高爐頂時(shí)，限位開關(guān)發(fā)出停車命令，由PLC控制MM440完成停車。左右料車運(yùn)行速度曲線一致。圖2-1 左料車上行時(shí)變頻器頻率曲線2.2變頻器的端子功能變頻器端子功能如表2-2

22、所示。表2-2 變頻器端子功能表端子號(hào)參數(shù)的設(shè)置值缺省的操作5P0701=1正向運(yùn)行6P0702=12反向運(yùn)行7P0703=9故障確認(rèn)8P0704=15固定頻率16P0705=15固定頻率17P0706=15固定頻率2.3變頻器的參數(shù)意義變頻器各項(xiàng)參數(shù)意義如表2-1所示。表2-1 MM4410參數(shù)設(shè)置表參數(shù)號(hào)設(shè)置值缺省值P01000功率以KW表示，頻率為50HzP03001電動(dòng)機(jī)類型選擇（異步電動(dòng)機(jī)）P0304380電動(dòng)機(jī)額定電壓（V）P030578.2電動(dòng)機(jī)額定電流（A）P030737電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）P030991電動(dòng)機(jī)額定效率（%）P031050電動(dòng)機(jī)額定頻率（Hz）P0311740

23、定冬季額定轉(zhuǎn)速（r/min）P07002命令源選擇“由端子排輸入”P07011ON接通正轉(zhuǎn)，OFF停止P07022ON接通反轉(zhuǎn)，OFF停止P070317選擇固定頻率（Hz）P070417選擇固定頻率（Hz）P070517選擇固定頻率（Hz）P073152.3變頻器故障P10003選擇固定頻率設(shè)定值P100150選擇固定頻率f1=50HzP100220選擇固定頻率f2=20HzP10046選擇固定頻率f3=6HzP10800電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最低頻率（Hz）P108250電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最高頻率（Hz）P11203斜坡上升時(shí)間（s）P11213斜坡下降時(shí)間（s）P130020變頻器為無速度反饋的矢量控制2

24、.4變頻器的參數(shù)設(shè)置操作方法2.4.1 復(fù)位為出廠設(shè)置1.設(shè)置P0010=302.設(shè)置P0970=1提示：復(fù)位過程約需三分鐘過程。2.4.2 常規(guī)操作控制面板操作：1. 變頻器沒有主電源開關(guān)，因此，當(dāng)電源電壓接通時(shí)變頻器就已帶電。在按下運(yùn)行（RUN）鍵，或者在數(shù)字輸入端 5出現(xiàn)“ON”信號(hào)(正向旋轉(zhuǎn))之前，變頻器的輸出一直被封鎖，處于等待狀態(tài)。2. 如果裝有 BOP或 AOP并且已選定要顯示輸出頻率(P0005=21)，那么，在變頻器減速停車時(shí)，相應(yīng)的設(shè)定值大約每一秒鐘顯示一次。3. 變頻器出廠時(shí)已按相同額定功率的西門子四極標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的常規(guī)應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行編程。如果用戶采用的是其它型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，就

25、必須輸入電動(dòng)機(jī)銘牌上的規(guī)格數(shù)據(jù)。關(guān)于如何讀取電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)。4. 除非 P0010 = 1，否則是不能修改電動(dòng)機(jī)參數(shù)的。5. 為了使電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行，必須將 P0010 返回“ 0 ”值。 綜述，在卷揚(yáng)級(jí)上料系統(tǒng)中，用變頻器對(duì)料車系統(tǒng)調(diào)速進(jìn)行控制，可降低系統(tǒng)能耗，雖然料車系統(tǒng)不是風(fēng)機(jī)或泵類系統(tǒng)，但此系統(tǒng)功率大，且長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，所以用變頻器對(duì)其進(jìn)行調(diào)速控制可大大降低功率，減少能耗，達(dá)到環(huán)保的效果。第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1設(shè)備選擇3.1.1 交流電動(dòng)機(jī)的選用煉鐵高爐主卷揚(yáng)機(jī)變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)在選擇交流異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，需要考慮以下問題：應(yīng)注意低頻時(shí)有效轉(zhuǎn)矩必須滿足的要求；電動(dòng)機(jī)必須有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來

26、確保重載啟動(dòng)。針對(duì)本系統(tǒng)100m的高爐，選用Y280S-8的三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。Y280S-8三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)：功 率：37KW級(jí) 數(shù)：8級(jí)轉(zhuǎn) 速：710轉(zhuǎn)電 壓：380V電 流：76.1A效 率：91.0%功率因素：0.79COS3.1.2 變頻器的選擇（1）變頻器的容量高爐卷揚(yáng)系統(tǒng)具有恒轉(zhuǎn)矩的特性，重載啟動(dòng)時(shí)，變頻器的容量應(yīng)按運(yùn)行過程可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇，即：INIMmax式中，IN為變頻器的額定電流；IMmax為電動(dòng)機(jī)的最大工作電流。變頻器的過載能力通常為變頻器額定電流的1.5倍，這只對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或制動(dòng)過程才有意義，不能作為變頻器選型時(shí)的最大電流。因此，所選擇的變頻

27、器容量應(yīng)比變頻器說明書中的“配用電動(dòng)機(jī)容量”大一擋至大二擋；且應(yīng)具有無反饋矢量控制功能，使電動(dòng)機(jī)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，具有真正的恒轉(zhuǎn)矩，滿足負(fù)載特性要求。本系統(tǒng)選用西門子MM440，額定功率55kW，額定電流110A的變頻器。該變頻器采用高性能的矢量控制技術(shù)，具有超強(qiáng)的過載能力，能提供持續(xù)3s的200%過載能力，同時(shí)提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性。（2）制動(dòng)單元從上料卷揚(yáng)運(yùn)行速度曲線可以看出，料車在減速或定位停車時(shí)，應(yīng)選擇相應(yīng)的制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻，使變頻器直流回路的泵升電壓UD保持在允許范圍內(nèi)。（3）控制與保護(hù)料車卷揚(yáng)系統(tǒng)是鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，拖動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)保證絕對(duì)安全可靠。同時(shí)，高爐煉鐵生

28、產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為惡劣，所以，系統(tǒng)還應(yīng)具有必要的故障檢測(cè)和診斷功能。3.2 I/O分配及PLC的選型3.2.1 I/O分配I/O分配見如3-1所示。表3-1 S7-200PLC I/O地址分配表輸入輸出上電按鈕（SB1）I0.0左車上行（KA1）Q0.4急停按鈕（SB2）I0.1右車上行（KA2）Q0.5電磁抱閘啟動(dòng)按鈕（SB3）I0.2高速運(yùn)行（KA3）Q0.6啟動(dòng)按鈕（SB4）I0.3中速運(yùn)行（KA4）Q0.7停車按鈕（SB5）I0.4低速運(yùn)行（KA5）Q1.0左車點(diǎn)動(dòng)按鈕（SB6）I0.5電源指示燈（HL1）Q1.1右車點(diǎn)動(dòng)按鈕（SB7）I0.6故障指示燈（HL2）Q1.2左車中速限位開關(guān)（

29、SQ1）I0.7故障警鈴(BELL)Q1.3右車中速限位開關(guān)（SQ2）I1.0變頻器上電線圈（KM1）Q1.4左車低速限位開關(guān)（SQ3）I1.1電磁抱閘保護(hù)線圈（KM2）Q1.5右車低速限位開關(guān)（SQ4）I1.2左車到位限位開關(guān)（SQ5）I1.3右車到位限位開關(guān)（SQ6）I1.4正常/檢修狀態(tài)轉(zhuǎn)換（SB8）I1.5故障信號(hào)（SB9）I1.63.2.2 PLC的選型在滿足控制要求的前提下，選型時(shí)應(yīng)選擇最佳的性能價(jià)格比，具體應(yīng)考慮到：功能合理；PLC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求；PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一；在線編程和離線編程的選擇等。本次設(shè)計(jì)所選用的可編程控制器是S7-200系列。這

30、種PLC是由西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)開發(fā)、生產(chǎn)的小型模塊化PLC系統(tǒng)。S7-200PLC除了能夠進(jìn)行傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制、計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)控制，還能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算、處理模擬信號(hào)，并可支持多種協(xié)議和形式的數(shù)據(jù)通信。S7-200系列產(chǎn)品具有高性能的中央處理器和種類繁多的擴(kuò)展模塊，因其模塊化的靈活設(shè)計(jì)而具有廣泛的適用范圍，同時(shí)具有極高的性價(jià)比。S7-200無論單機(jī)運(yùn)行，還是互相或者與其他設(shè)備組成網(wǎng)絡(luò)，都具有優(yōu)異的表現(xiàn)。（1）S7-200的主要特性快速的中央處理運(yùn)算能力。極豐富的編程指令集。響應(yīng)快速的數(shù)字量和模擬量輸入/輸出通道。操作便捷，易于掌握。強(qiáng)大的通信能力。豐富的擴(kuò)展模塊。（2）S7-200的CPUS7-200的核心部件是CPU，實(shí)際的控制運(yùn)算就在CPU中進(jìn)行。西門子生產(chǎn)幾種型號(hào)的S7-200CPU，每種CPU擁有不同的I/O點(diǎn)數(shù)和特殊功能。目前提供的S7-200CPU有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226。本次課題選用的CPU型號(hào)為CPU226。 （3）S7-200擴(kuò)展模塊S7-200CPU為了擴(kuò)展I/O點(diǎn)和執(zhí)行特殊的功能，可以連接擴(kuò)展模塊（CP