《電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(部分)-2010-5

PAGE電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書陳宏鈞，楊華編寫哈工大-西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室2011年4月

目錄TOC\o"1-1"\h\z\u課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1附錄1：“刨臺(tái)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)”設(shè)計(jì)要求 3附錄2“恒壓變頻給水控制系統(tǒng)”設(shè)計(jì)要求 7附錄3變頻器的基本功能實(shí)驗(yàn) 10附錄4設(shè)計(jì)和調(diào)試指南 17附錄5控制對象模擬器使用說明 20附錄6設(shè)計(jì)所用到的變頻器參數(shù)集錦 23PAGE28課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1．目的和意義變頻調(diào)速是交流電機(jī)的主要調(diào)速方式之一，由于其優(yōu)越的調(diào)速性能已獲得廣泛的應(yīng)用。變頻器是一種能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化中，通用變頻器充當(dāng)了極為重要的角色。它具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高、操作方便、節(jié)能效果顯著等一系列優(yōu)點(diǎn)。它已成為當(dāng)今改造傳統(tǒng)工業(yè)、改善工藝流程、提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的主要手段之一，普遍應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵、生產(chǎn)線、機(jī)床、紡織機(jī)械、塑料機(jī)械、造紙機(jī)械、冶煉機(jī)械等。因此，變頻器的使用及變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的一門重要的應(yīng)用技術(shù)。課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是以變頻器為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。目的是通過變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使同學(xué)們學(xué)會(huì)變頻器的基本使用方法和變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法，將電氣傳動(dòng)的有關(guān)理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，以鍛煉和提高工程實(shí)踐能力。2．題目及技術(shù)指標(biāo)課程設(shè)計(jì)提供兩個(gè)工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，同學(xué)們可任選其一。項(xiàng)目1：龍門刨床刨臺(tái)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)：刨臺(tái)可根據(jù)設(shè)定的速度自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滿足加工要求。調(diào)速精度不低于5％。并利用觸摸屏TP177B設(shè)計(jì)刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)的監(jiān)控系統(tǒng)。詳細(xì)設(shè)計(jì)要求見附錄1。項(xiàng)目2：變頻給水設(shè)備的恒壓給水控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)：在用戶流量變化時(shí)可自動(dòng)調(diào)節(jié)供水量，使給水壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近，穩(wěn)態(tài)誤差不大于5％，調(diào)節(jié)時(shí)間小于10s。并利用觸摸屏TP177B設(shè)計(jì)給水壓力的監(jiān)控系統(tǒng)。詳細(xì)設(shè)計(jì)要求見附錄2。課程設(shè)計(jì)的組織形式為：每個(gè)項(xiàng)目組由3人組成，通過合理的分工和協(xié)作共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求及分工方法詳見附錄1或2（設(shè)計(jì)要求）。3．設(shè)計(jì)內(nèi)容1）根據(jù)項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)，項(xiàng)目組成員通過集體討論共同制定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，然后將任務(wù)分配到每個(gè)設(shè)計(jì)人員。2）根據(jù)分工，各設(shè)計(jì)人員分別完成自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。3）在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行系統(tǒng)的局部調(diào)試和聯(lián)合調(diào)試。4）以項(xiàng)目組為單位進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收。5）整理設(shè)計(jì)文件，撰寫設(shè)計(jì)說明書。4．時(shí)間安排總學(xué)時(shí)數(shù)為1周，但考慮實(shí)驗(yàn)的安排，需分散在2周內(nèi)完成。第1階段：立題、實(shí)驗(yàn)和輔導(dǎo)全體開會(huì)，下達(dá)設(shè)計(jì)題目，成立項(xiàng)目組（每組3人）。之后安排1次實(shí)驗(yàn)，了解變頻器的基本操作方法并熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容詳見附錄3。實(shí)驗(yàn)之后安排1次集體輔導(dǎo)，對課程設(shè)計(jì)中將會(huì)用到的知識(shí)和技能進(jìn)行必要的輔導(dǎo)。第2階段：設(shè)計(jì)、調(diào)試和驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)之后進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，同學(xué)們根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查閱有關(guān)文獻(xiàn)，合作完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC編程、觸摸屏組態(tài)以及變頻器的參數(shù)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)際裝置上進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試過程中不斷改進(jìn)原設(shè)計(jì)方案，最終滿足課程設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)和調(diào)試指南詳見附錄4。調(diào)試完成后可立即進(jìn)行驗(yàn)收。驗(yàn)收時(shí)，項(xiàng)目組的所有成員必須參加，項(xiàng)目組成員應(yīng)向教師介紹項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求、演示各項(xiàng)功能，并回答教師的提問。教師將從設(shè)計(jì)方案的合理性、先進(jìn)性，項(xiàng)目完成的質(zhì)量，設(shè)計(jì)文件的完整性，回答問題的情況等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考評。第3階段：整理和總結(jié)驗(yàn)收通過后，應(yīng)整理設(shè)計(jì)文件，建立標(biāo)準(zhǔn)化的項(xiàng)目文檔；全面總結(jié)設(shè)計(jì)工作，撰寫設(shè)計(jì)說明書，格式見“課程設(shè)計(jì)說明書”（電子文檔），內(nèi)容應(yīng)包括：1）項(xiàng)目的技術(shù)要求及總體設(shè)計(jì)方案下面內(nèi)容結(jié)合自己的分工來寫：2）系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)（硬件組成及接線）3）系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)（PLC程序設(shè)計(jì)、變頻器參數(shù)設(shè)定或觸摸屏界面設(shè)計(jì)）4）調(diào)試過程及結(jié)果5）附錄：電氣接線圖，文檔完備的PLC程序清單，變頻器參數(shù)設(shè)定清單或觸摸屏組態(tài)文件。要求每人獨(dú)立撰寫“課程設(shè)計(jì)說明書”，嚴(yán)禁抄襲，出現(xiàn)雷同者一律返回重寫。說明書寫好后，請用A4紙打印、左側(cè)裝訂，并在項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)上交。5．考核方法總成績由三部分組成：1）實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)：20分2）驗(yàn)收情況：40分3）設(shè)計(jì)說明書：40分6．參考資料第一部分：設(shè)計(jì)輔導(dǎo)材料1）課程設(shè)計(jì)要求（PPT）2）課程設(shè)計(jì)輔導(dǎo)（PPT）3）課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電路圖（VISIO格式）4）課程設(shè)計(jì)說明書模板(WORD格式)第二部分：設(shè)計(jì)參考書和手冊1）SINAMICSG120簡明操作手冊（電子書）2）SINAMICSG120,ControlUnitsCU240S,OperatingInstructions(變頻器操作手冊，電子書)3）SINAMICSG120,ControlUnitsCU240S,ParameterManual(變頻器參數(shù)手冊，電子書)4）《SIMATICS7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊》（電子書）5）《TP177A、TP177B、OP177B_操作手冊》（電子書）6）《WINCCflexible2007用戶手冊》（電子書）第三部分：編程和設(shè)計(jì)軟件1）S7200編程軟件：STEP7MicroWIN2）操作面板編程軟件：SIMATICWinCCflexible20073）電氣制圖軟件：VISIO2003上述資料可從研究所網(wǎng)站下載：(教學(xué)資源)(注：上述資料中與《邏輯與可編程控制器》課程設(shè)計(jì)相同的部分不再提供)附錄1：“刨臺(tái)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)”設(shè)計(jì)要求該設(shè)計(jì)題目要求利用西門子S7200PLC、TP177B觸摸屏和G120變頻器，以及刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬器，設(shè)計(jì)龍門刨床刨臺(tái)拖動(dòng)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的各種設(shè)計(jì)功能。下面詳細(xì)說明龍門刨床刨臺(tái)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和控制要求。1.1龍門刨床的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)龍門刨床作為機(jī)械工業(yè)中的主要工作機(jī)床之一，主要用來加工機(jī)床床身、箱體、橫梁、立柱、導(dǎo)軌等大型機(jī)件的水平面、垂直面、傾斜面以及導(dǎo)軌面等,在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。刨床設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)分為七個(gè)部分：床身、刨臺(tái)、橫梁、刀架、立柱、龍門頂和自動(dòng)控制系統(tǒng)(電氣系統(tǒng))。如下圖所示：其機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由六部分組成，如圖1-1所示。圖1-1龍門刨床結(jié)構(gòu)示意圖1、床身：是一個(gè)箱形體，上有V形和U形導(dǎo)軌，用于安裝工作臺(tái)。2、刨臺(tái)：也叫工作臺(tái)，用于安置工件。下有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可順著床身的導(dǎo)軌作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。3、橫梁：用于安裝刀架。在切削過程中嚴(yán)禁動(dòng)作，僅在更換工件時(shí)移動(dòng)，用于調(diào)整刀架的高度。4、刀架：安裝在橫梁上，可沿水平方向移動(dòng)，刨刀也可沿刀架本身的導(dǎo)軌垂直移動(dòng)。5、立柱：用于安裝橫梁6、龍門頂：用于固定立柱龍門刨的刨削過程是工件與刨刀相對運(yùn)動(dòng)的過程。因此工作臺(tái)與工件必須頻繁地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切削加工只在正向工作行程中，返回行程刨刀提起，工作臺(tái)快速返回。在切削過程中刀架沒有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，只有在返回行程中才有刀架的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其中，工作臺(tái)與工件間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)，橫梁、刀架的運(yùn)動(dòng)稱作輔助運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)刨臺(tái)的自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。1.2刨臺(tái)的調(diào)速要求不同系列龍門刨床的調(diào)速范圍各異，通常的調(diào)速范圍為10－30。刨臺(tái)在刨削過程中不斷地作往復(fù)周期運(yùn)動(dòng)，往復(fù)一次為一個(gè)加工周期。一個(gè)周期中速度的變化情況如圖1-2所示。圖中畫出了刨臺(tái)在6個(gè)特征時(shí)刻(t1~t6)的位置，以及工件與刀具的位置關(guān)系。下面的速度曲線（縱坐標(biāo)為速度v，橫坐標(biāo)為位置X）描述了刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中，刨臺(tái)在不同位置及運(yùn)動(dòng)方向時(shí)速度的變化軌跡。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在刨臺(tái)下方設(shè)置了4個(gè)接近開關(guān)S1~S4，用來檢測刨臺(tái)的位置。接近開關(guān)的動(dòng)作規(guī)律如下：當(dāng)刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)到接近開關(guān)上方時(shí)，開關(guān)動(dòng)作，輸出為高電平，圖中用填充的矩形來表示。當(dāng)刨臺(tái)離開接近開關(guān)后，開關(guān)復(fù)位，輸出為低電平，圖中用空心的矩形來表示。4個(gè)接近開關(guān)將刨臺(tái)的運(yùn)動(dòng)行程劃分為5個(gè)區(qū)間，在速度曲線中用1～5來表示。在刨臺(tái)的左端定義了一個(gè)參考點(diǎn)，用圓點(diǎn)表示。將參考點(diǎn)所在的區(qū)間定義為刨臺(tái)所處的區(qū)間。在上述定義基礎(chǔ)上，一個(gè)工作周期中，刨臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和調(diào)速要求如下：1）t1～t2段：刨刀切入工件階段。設(shè)一個(gè)工作周期從t1時(shí)刻開始，此時(shí)刨臺(tái)處于整個(gè)行程的最右端。從t1時(shí)刻開始，刨臺(tái)前進(jìn)，接近刨刀，為防止工件被崩壞，采用低速v0。2）t2～t3段：刨削段。刨刀切入工件后，為提高加工效率，可將刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度提高為刨削速度vF。3）t3～t4段：刨刀退出工件的階段。為防止將工件帶壞，采用低速v0。4）t4～t5段：返回段。返回過程屬于空行程，為了節(jié)省返回時(shí)間，提高工作效率，返回速度應(yīng)盡可能高些，采用高速vR。5）t5～t6段：緩沖段。刨臺(tái)返回結(jié)束位置前，為了減小沖力，使再次反向進(jìn)入下一周期時(shí)能夠比較平緩，應(yīng)將速度降至v0。之后，便進(jìn)入下一周期，重復(fù)上述過程。圖1-2刨臺(tái)工作周期示意圖1.3刨臺(tái)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的組成和控制要求為了實(shí)現(xiàn)刨臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制，需組成刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。控制器采用西門子S7200系列PLC(CPU224XP)，刨臺(tái)拖動(dòng)電機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)，采用西門子G120變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速。工作時(shí)，PLC根據(jù)操作面板上的發(fā)令元件（如啟動(dòng)按鈕）及刨臺(tái)位置傳感器的狀態(tài)，結(jié)合控制邏輯發(fā)出控制指令到變頻器，使變頻器驅(qū)動(dòng)刨臺(tái)拖動(dòng)電機(jī)按照期望的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)刨臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滿足刨床的自動(dòng)加工要求。在實(shí)驗(yàn)室里不可能真的安裝刨床，在控制系統(tǒng)中刨臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是利用電子模擬器來模擬實(shí)現(xiàn)的。模擬器接受變頻器發(fā)出的輸出頻率信號，判斷出刨臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向和速度，然后利用模擬器上的光柱的運(yùn)動(dòng)來代表刨臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還可給出刨臺(tái)位置的檢測信號，并連接到PLC的輸入，作為被控對象的反饋信號。有了模擬器后，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就完整了，可以像在實(shí)際系統(tǒng)上一樣進(jìn)行逼真的調(diào)試，以檢驗(yàn)硬件和軟件設(shè)計(jì)的正確性。模擬器的使用說明詳見附錄6。圖1-3刨臺(tái)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)刨臺(tái)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的控制要求如下：1）工作方式選擇利用操作面板（在模擬器上）上的開關(guān)S5實(shí)現(xiàn)工作方式選擇功能：自動(dòng)方式和手動(dòng)方式。2）自動(dòng)方式下的控制要求在自動(dòng)方式下，用操作面板上的PB1和PB2按鈕來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。系統(tǒng)啟動(dòng)后，PLC根據(jù)刨臺(tái)上接近開關(guān)的位置檢測信號及刨臺(tái)的調(diào)速要求，用開關(guān)量輸出來選擇變頻器的頻率給定源，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)刨臺(tái)往復(fù)周期運(yùn)動(dòng)。根據(jù)1.2節(jié)的調(diào)速要求，可將速度控制的邏輯關(guān)系歸納為表1-1。表1-1刨臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)與接近開關(guān)的關(guān)系變頻器的頻率設(shè)定方式為：v0設(shè)定好后，刨臺(tái)工作時(shí)不做實(shí)時(shí)調(diào)整。而vF和vR的設(shè)定值在加工過程中，應(yīng)能夠根據(jù)不同的工藝要求做實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。所以，可采用模擬器上的電位器P1和P2來設(shè)定和調(diào)節(jié)這兩個(gè)頻率設(shè)定值。3）手動(dòng)方式下的控制要求在手動(dòng)方式下，用模擬器上的PB1和PB2按鈕來控制電機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)和點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)，從而手動(dòng)調(diào)整刨臺(tái)的位置。點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行時(shí)頻率設(shè)定值一般較低（10Hz以下），設(shè)定好后不需實(shí)時(shí)調(diào)整。4）狀態(tài)指示和報(bào)警信息自動(dòng)方式下，系統(tǒng)啟動(dòng)后，操作面板上L1指示燈亮，停止時(shí)，L1滅。若系統(tǒng)啟動(dòng)后，變頻器未進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，延時(shí)5S后，L6指示燈亮，表示系統(tǒng)報(bào)警。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)或停止時(shí)，L6滅。5）遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求利用觸摸屏設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對“刨臺(tái)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)”運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視及遠(yuǎn)程控制。附錄2“恒壓變頻給水控制系統(tǒng)”設(shè)計(jì)要求該設(shè)計(jì)題目要求利用西門子S7200PLC、TP177B觸摸屏和G120變頻器，以及刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬器，設(shè)計(jì)一個(gè)變頻給水設(shè)備的恒壓給水控制系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的各種設(shè)計(jì)功能。下面詳細(xì)說明應(yīng)用變頻給水設(shè)備的組成及恒壓給水控制系統(tǒng)的控制要求。2.1變頻給水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理變頻給水設(shè)備由變頻控制柜、穩(wěn)流罐、水泵機(jī)組、儀表、閥門及管路、基座等組成，適用于一切需要增高水壓，恒定流量的供水系統(tǒng)。其簡化結(jié)構(gòu)如圖2－1所示。從市政管網(wǎng)來的低壓水源，經(jīng)過水泵增壓后，為用戶提供穩(wěn)定的供水。圖2-1變頻給水系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)變頻給水能自動(dòng)24小時(shí)維持恒定壓力，并根據(jù)壓力信號自動(dòng)啟動(dòng)備用泵，無級調(diào)整壓力，供水質(zhì)量好。在工業(yè)和民用中應(yīng)用十分廣泛。變頻給水系統(tǒng)采用一個(gè)電位器設(shè)定壓力（也可采用面板設(shè)定壓力），采用一個(gè)壓力傳感器檢測管網(wǎng)中壓力，壓力傳感器將信號送入變頻器PID回路，PID回路處理之后，送出一個(gè)水量增加或減少信號，控制水泵馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。為了節(jié)約成本同時(shí)提高水泵效率，系統(tǒng)中一般配有多臺(tái)水泵。只有一個(gè)泵由變頻器供電，工作于變頻調(diào)速狀態(tài)，其他泵或不運(yùn)行，或直接連接到電網(wǎng)上運(yùn)行于工頻狀態(tài)。當(dāng)用水量較小時(shí)，只有一個(gè)泵工作于變頻狀態(tài)，在PID控制下自動(dòng)調(diào)節(jié)給水壓力，如在一定延時(shí)時(shí)間內(nèi)，壓力還是不足，則對該泵進(jìn)行變頻/工頻切換（即將該泵與變頻器脫開，直接連接到電網(wǎng)上運(yùn)行），然后利用變頻器啟動(dòng)另一臺(tái)水泵，提高供水量，使實(shí)際管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力相一致。隨著用水量的減少，變頻器自動(dòng)減少輸出頻率或切除某一個(gè)工頻運(yùn)行的水泵，減少供水量，使實(shí)際管網(wǎng)壓力仍然與設(shè)定壓力相一致。2.2恒壓給水控制系統(tǒng)的組成和控制要求為了實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)供水，可采用PLC（CPU224XP）和變頻器(G120)，組成恒壓給水自動(dòng)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2－2所示。工作時(shí)，變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器根據(jù)由電位器設(shè)定的壓力給定，以及從用戶管路中檢測的實(shí)際壓力，經(jīng)運(yùn)算后調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的供水量，使實(shí)際壓力與給定壓力一致。PLC的作用是：根據(jù)操作面板上的發(fā)令元件（如啟動(dòng)按鈕）啟動(dòng)變頻器，并根據(jù)變頻器計(jì)算出的壓力超限指示信號，結(jié)合合理的控制邏輯發(fā)出控制指令到泵站，決定哪臺(tái)泵啟動(dòng)，是工頻運(yùn)行還是通過變頻器變頻運(yùn)行。圖2-2恒壓給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室里不可能真的安裝供水管路，在控制系統(tǒng)中泵站的功能是利用電子模擬器來模擬實(shí)現(xiàn)的。如圖2－2所示，模擬器接受變頻器發(fā)出的輸出頻率信號，及各個(gè)泵的啟控制信號，根據(jù)流體特性計(jì)算出用戶管路中的可能壓力，將這個(gè)估計(jì)值作為實(shí)際壓力信號，反饋給PID調(diào)節(jié)器。模擬器上的數(shù)碼管可以顯示給定壓力和實(shí)際壓力。此外在模型上還可改變用戶的用水量，使壓力出現(xiàn)波動(dòng)，進(jìn)而觀察控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。有了模擬器后，給水壓力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就完整了，可以像在實(shí)際系統(tǒng)上一樣進(jìn)行逼真的調(diào)試，以檢驗(yàn)硬件和軟件設(shè)計(jì)的正確性。模擬器的使用說明詳見附錄6。恒壓給水控制系統(tǒng)的控制要求如下：1．工作方式選擇利用操作面板（在模擬器上）上的開關(guān)S5實(shí)現(xiàn)工作方式選擇功能：自動(dòng)方式和手動(dòng)方式。2．自動(dòng)方式下的控制要求在自動(dòng)方式下，用模擬器上的PB1和PB2按鈕來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。系統(tǒng)啟動(dòng)后，要求能夠?qū)崿F(xiàn)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)、壓力超限判斷、水泵切換等功能。系統(tǒng)停止時(shí)，所有泵均不工作。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)模擬器上指示燈L1亮，停止時(shí)L1滅。壓力調(diào)節(jié)功能：用模擬器上的電位器P1設(shè)定給水壓力，壓力設(shè)定值及從模擬器反饋的實(shí)際壓力，作為變頻器的模擬輸入信號，經(jīng)變頻器內(nèi)部PID功能模塊的運(yùn)算后，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，改變水泵的供水流量，從而調(diào)節(jié)給水壓力使其跟隨給定值。調(diào)節(jié)模擬器上的電位器P2可改變用戶的用水量，從而觀察控制系統(tǒng)的抗擾特性。壓力超限判斷功能：變頻器應(yīng)提供實(shí)際壓力超限信號，PLC將根據(jù)該信號控制水泵的切換。當(dāng)實(shí)際壓力超過（給定值＋閥值）時(shí)，變頻器的某一開關(guān)量輸出端為高電平，為PLC提供壓力超上限的檢測信號，延時(shí)5秒后，模擬器上指示燈L4亮。當(dāng)實(shí)際壓力低于（給定值－閥值）時(shí)，變頻器的另一開關(guān)量輸出端為高電平，為PLC提供壓力超下限的檢測信號，延時(shí)5秒后，模擬器上指示燈L5亮。當(dāng)壓力超上限或超下限的時(shí)間超過20S后，L6亮，作為報(bào)警指示。當(dāng)壓力正常時(shí)，開關(guān)量輸出為低電平，且指示燈L6滅。水泵切換功能：系統(tǒng)中共有2個(gè)水泵，但只有1個(gè)變頻器，所以任何時(shí)刻只能有1個(gè)泵在變頻器驅(qū)動(dòng)下工作于變頻狀態(tài)，另1個(gè)泵或者不工作，或者直接接到電網(wǎng)上工作于工頻狀態(tài)。系統(tǒng)啟動(dòng)后，若當(dāng)前沒有泵在運(yùn)行，則啟動(dòng)1號泵，并使其工作于變頻狀態(tài)。運(yùn)行過程中，若檢測到壓力超下限，表明供水不足，則延時(shí)5秒后，將當(dāng)前工作泵切換到工頻狀態(tài)，然后用變頻器啟動(dòng)另1個(gè)泵。若檢測到壓力超上限，則表明供水量過大，則延時(shí)5秒后，應(yīng)停止當(dāng)前工作于工頻狀態(tài)的泵，僅保留變頻泵在工作。水泵的切換控制由PLC實(shí)現(xiàn)，由PLC向模擬器提供泵的控制信號。若1號泵工作于變頻狀態(tài)，則要求向模擬器上PUMP1輸入端提供1Hz的方波信號；若1號泵工作于工頻狀態(tài)，則要求向PUMP1輸入端提供高電平；若1號泵停止，則要求向PUMP1輸入端提供低電平。2號泵的控制與1號泵相似，不同在于要向PUMP2輸入端提供控制信號。為了便于觀察，要求用L2和L3指示燈分別顯示1號泵和2號泵的控制信號。3．手動(dòng)方式下的控制要求在手動(dòng)方式下，用模擬器上的PB1和PB2按鈕來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。系統(tǒng)啟動(dòng)后，利用模擬器上的電位器P1直接設(shè)定變頻器輸出頻率，手動(dòng)調(diào)節(jié)P1達(dá)到期望的給水壓力。手動(dòng)方式下只有1號泵工作于變頻狀態(tài)。系統(tǒng)停止時(shí)，所有泵均不工作。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)模擬器上指示燈L1亮，停止時(shí)L1滅。調(diào)節(jié)模擬器上的電位器P2可改變用戶流量，從而觀察控制系統(tǒng)的抗擾特性。4．遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求利用觸摸屏設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對“恒壓給水控制系統(tǒng)”運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視及遠(yuǎn)程控制。附錄3變頻器的基本功能實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)的目的是幫助同學(xué)們了解變頻器的基本功能，掌握變頻器的參數(shù)的設(shè)定方法。實(shí)驗(yàn)可按照如下步驟進(jìn)行。3.1恢復(fù)出廠設(shè)定按下表順序設(shè)定參數(shù)使變頻器的控制單元恢復(fù)出廠缺省設(shè)定值。3.2快速參數(shù)化按如下“快速參數(shù)化流程圖”，依次設(shè)定參數(shù)，完成變頻器控制單元的基本功能設(shè)定。注意：快速參數(shù)化后，修改參數(shù)P0776=1（使AO0為電壓型輸出）繼續(xù)實(shí)驗(yàn)前，修改參數(shù)P003=3(可訪問所有參數(shù))變頻器運(yùn)行時(shí)，可通過參數(shù)r0000觀察變頻器的輸出頻率。3.3利用基本操作面板（BOP）啟動(dòng)和調(diào)速修改下面兩個(gè)參數(shù)（參數(shù)含義見快速參數(shù)化流程圖）。P700=1on/offfromBOPP1000=1frequencysettingfromMOP(指BOP上的增、減按鈕)之后，可利用BOP上的啟、停按鈕控制變頻器啟動(dòng)或停止。利用BOP上的增、減按鈕可調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。若選擇其它啟、停方式或頻率設(shè)定方式，則可需更改上述兩個(gè)參數(shù)。

快速參數(shù)化1/4

快速參數(shù)化2/4

快速參數(shù)化3/4

快速參數(shù)化4/4

3.4開關(guān)量輸入的有關(guān)功能變頻器的控制單元（CU240S）上有6個(gè)開關(guān)量輸入通道（DI0~DI5），在實(shí)驗(yàn)裝置的操作面板上有6個(gè)開關(guān)分別連接到這6個(gè)輸入通道上。每個(gè)開關(guān)閉合后實(shí)現(xiàn)的功能，可以通過參數(shù)P701~P706來設(shè)定其功能，參數(shù)P701的說明如下表所示。例如：欲用開關(guān)DI0作為變頻器的啟停開關(guān)，需修改如下參數(shù)P0700=2Controlenabledusingtheterminalstrip(digitalinputs)P0701=1ON/OFF1usingdigitalinput0(DI0).之后，可利用實(shí)驗(yàn)裝置的操作面板上的DI0開關(guān)實(shí)現(xiàn)變頻器的啟、?？刂啤?.5開關(guān)量輸出的有關(guān)功能變頻器的控制單元（CU240S）上有3個(gè)開關(guān)量輸出通道（DO0~DO2），在實(shí)驗(yàn)裝置的操作面板上有3個(gè)指示燈分別接到每一路輸出上。從開關(guān)量輸出通道所輸出的信號，可以通過參數(shù)P731~P733來設(shè)定。例如：欲將驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行狀態(tài)顯示在DO0上，可如下設(shè)定參數(shù)：P731=52.2DO0=driverunning變頻器運(yùn)行時(shí)，DO0指示燈亮。3.6模擬量輸入的有關(guān)功能變頻器的控制單元（CU240S）上有2個(gè)模擬量輸入通道（AI0~AI1），在實(shí)驗(yàn)裝置的操作面板上有2個(gè)電位器分別接到每一路輸入上，電位器給定的電壓值可通過面板上的電壓表來觀測。模擬輸入通道的功能如下圖所示。缺省情況下，輸入電壓的變化范圍是（0V~10V）時(shí)，對應(yīng)AD轉(zhuǎn)換后得到內(nèi)部數(shù)字量的變化范圍是為（0％～100％），并存儲(chǔ)在變量r0755中。若要改變這種對應(yīng)關(guān)系，可通過設(shè)定參數(shù)P757~P760來實(shí)現(xiàn)。模擬量輸入也可作為頻率設(shè)定的信號源，例如：欲利用面板上的電位器AI0來調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，可修改以下參數(shù)：P1000=2AnalogueSetpoint（參數(shù)含義見快速參數(shù)化流程圖）AI0設(shè)定電壓的范圍是（0V~10V）時(shí)，對應(yīng)的頻率給定是（0％～100％）的額定頻率，即（0Hz～50Hz）。3.7模擬量輸出的有關(guān)功能變頻器的控制單元（CU240S）上有2個(gè)模擬量輸出通道（AO0~AO1），其輸出的電壓值可通過面板上的電壓表來觀測。模擬輸出通道的功能如下圖所示。缺省情況下，內(nèi)部數(shù)字量的變化范圍是為（0％～100％）時(shí)，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換輸出電壓的變化范圍是（0V~10V）。若要改變這種對應(yīng)關(guān)系，可通過設(shè)定參數(shù)P777~P780來實(shí)現(xiàn)。要轉(zhuǎn)換的內(nèi)部變量，可通過參數(shù)P0771來設(shè)定。例如：欲從AO0輸出變頻器的實(shí)際輸出頻率值，可修改以下參數(shù)：P0776=1setAO0tobevoltageoutputP771=21AQ0=Actualfilteredfrequency當(dāng)變頻器的實(shí)際輸出頻率的范圍是（0Hz～50Hz）時(shí)，AO0的輸出電壓范圍是（0V~10V）。附錄4設(shè)計(jì)和調(diào)試指南進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可利用的硬件資源如圖4－1所示：圖4-1控制系統(tǒng)中的硬件資源1）PLC型號為CPU224XP，本設(shè)計(jì)中可利用IO資源為8路DI和8路DO；IO口的接線示例，如圖4－2所示。2）變頻器的型號為G120，為模塊化變頻器，功率部分和控制部分是分開的?？刂茊卧男吞枮镃U240SDP-F，控制單元上的幾乎全部IO資源都可以利用，包括6路DI，3路DO，以及2路AI。IO口的接線示例，如圖4－3所示。3）操作資源包括2個(gè)按鈕，1個(gè)開關(guān)，2個(gè)電位器和6個(gè)指示燈。此外還有從控制對象上反饋的4個(gè)接近開關(guān)信號，及1個(gè)實(shí)際給水壓力檢測信號。上述所有硬件資源并沒有事先連接好，而是將全部端口連接到模擬器的端子排上，由設(shè)計(jì)人員自己進(jìn)行連接?？傮w設(shè)計(jì)時(shí)，首先要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在合理地利用這些硬件資源的基礎(chǔ)上，提出解決方案，并畫出系統(tǒng)接線圖。調(diào)試時(shí)可根據(jù)接線圖在模擬器上完成設(shè)備間控制信號的互連。調(diào)試時(shí)建議先調(diào)試手動(dòng)功能，通過調(diào)試手動(dòng)功能，可以幫助大家直觀地的了解模擬器的工作特點(diǎn)，檢驗(yàn)系統(tǒng)接線的正確性，為自動(dòng)功能的調(diào)試打好基礎(chǔ)。圖4-2CPU224接線示例圖4-3CU240SDP-F接線示例附錄5控制對象模擬器使用說明控制對象模擬器的核心部分是單片機(jī)，可根據(jù)變頻器輸出頻率、給水壓力設(shè)定等控制信號，模擬出被控對象的工作狀態(tài)，并通過模擬器上的指示元件（數(shù)碼管、光柱）等形象地反映出來。模擬器還可為控制器提供來自被控對象的反饋信號。模擬器對被控對象的模擬是通過單片機(jī)中的軟件實(shí)現(xiàn)的，因此，在同一個(gè)模擬器上即可模擬刨床刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡，也可模擬恒壓給水管路壓力變化。學(xué)生在調(diào)試時(shí)可通過波段開關(guān)SW1方便地選擇所需模型，開關(guān)撥到ON位置時(shí)模擬給水系統(tǒng)，否則模擬刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)。模擬器的外觀如圖5－1所示。上面的三個(gè)接口用于連接PLC和變頻器的控制信號，這些控制信號都反映在下面的接線端子上，學(xué)生可根據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)不同的信號連接關(guān)系。圖5－1控制對象模擬器當(dāng)設(shè)定為刨臺(tái)模型時(shí)。模擬器上部的一排光柱用來模擬刨臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡，下面的S1～S