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基于PLC的几种设计应用
日期:2015-10-29 15:07:15人气:  标签:常州plc培训 常州plc编程培训 常州plc培训机构 常州plc培训学校 常州plc培训班
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基于PLC的变频器液位设计

在本系统中,为了实现能源的充分利用和生产的需要,需要对电机进行转速调节,考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性,采用ABB公司变频器,系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7 200 PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法,大量采用代码重用,减少软件的开发和维护。利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。 
关键词:PLC 变频器 变频调速 

             随着电力电子技术以及产业自动控制技术的发展,使得交流变频调速系统在产业电机拖动领域得到了广泛应用。另外,由于PLC的功能强大、轻易使用、高可靠性,经常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。本设计就是利用变频器和PLC实现水池水位的控制。

           变频器技术是一门综合性的技术,它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比,利用变频器对交流电动机进行调速控制,有很多优点,如节电、轻易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。轻易实现电动机的正反转切换,可以进行高额度的起停运转,可以进行电气制动,可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强,在运行过程中能随时检测到各种故障,并显示故障种别(如电网瞬时电压降低,电网缺相,直流过电压,功率模块过热,电机短路等),并立即封闭输出电压。这种“自我保护”的功能,不仅保护了变频器,还保护了电机不易损坏。

            PLC特点:第一,可靠性高、抗干扰能力强,均匀故障时间为几十万小时。而且PLC采用了很多硬件和软件抗干扰措施。第二,编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式,很轻易被操纵职员接受。一些PLC还根据具体题目设计了如步进梯形指令等,进一步简化了编程。第三,设计安装轻易,维护工作量少。第四,适用于恶劣的产业环境,采用封装的方式,适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五,与外部设备连接方便,采用同一接线方式的可拆装的活动端子排,提供不同的端子功能适合于多种电气规格。第六,功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。

           在应用PLC系统设计时,应遵循以下的基本原则,才能保证系统工作的稳定。

           (1)最大限度地满足被控对象的控制要求;
  (2)系统结构力求简单;
  (3)系统工作要稳定、可靠;
  (4)控制系统能方便的进行功能扩展、升级;
  (5)人机界面友好。

           本系统中,为了实现能源的充分利用和生产的需要,需要对电机进行转速调节,考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性,采用ABB公司的ABB ACS800变频器,系统中由S7-200系列PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7-200 PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法,大量采用代码重用,减少软件的开发和维护。系统利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。

           1 本设计的控制要求:

            1)系统要求用户能够的直观了解现场设备的工作状态及水位的变化;
   2)要求用户能够远程控制变频器的启动和停止;
   3)用户可自行设置水位的高低,以控制变频器的起停;
   4)变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程PLC上;
   5)具有水位过高、过低报警和提示用户功能;

           2 本设计控制结构:

           由于现场有一台电机作为被控对象,可以使用单台PLC进行单个对象的控制,只要适当的选用高性能的PLC,完全能够胜任此功能。系统控制结构如图1所示。
系统控制结构

    PLC采集传感器、监控电机及变频器等有关的各类对象的信息。本系统中,对电机采用一台变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输进信号,从而控制电机转速大小,并且向PLC反馈自身的工作状态信号,当发生故障时,能够向PLC发出报警信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的,故在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率,因此具有高效率、宽范围、高精度的调速性能。

           3 设备的选型

           (1)PLC及其扩展模块的选型:

           目前,存在着种类繁多的大、中、小型PLC,小到作为少量的继电器装置的替换品,大到作为分布式系统中的上位机,几乎可以满足各种产业控制的需要。另外,新的PLC产品还在不断的涌现,那么,如何选择一个合适PLC?

           本系统有一台电机、一个液位传感器、一个变频器、五个继电器,共有十八个I/O点,它们构成被控对象。综合分析各类PLC的特点,终极选西门子公司的S7系列PLC。

           由于CPU226集成24输进/16输出共40个数字量I/O 点,完全能满足控制要求。此PLC可连接7个扩展模块,最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。26K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很轻易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统,具有更多的输进/输出点,更强的模块扩展能力,更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

           根据上述分析,参照西门子S7-200产品目录,选用主机为CPU226 PLC一台、另加上一台模拟量扩展模块EM235。

           (2)变频器模块的选型:

           目前,市场上存在各种各样的变频器,本设计采用ABB公司的ABB ACS800变频器。ACS800系列传动产品最大的优点就是在全功率范围内同一使用了相同的控制技术,例如启动向导,自定义编程,DTC控制,通用备件,通用的接口技术,以及用于选型、调试和维护的通用软件工具。内含启动引导程序,令您调试易如反掌;自定义编程:内置可编程模块,如同PLC令您发挥自如;体积小巧:内置滤波器,斩波器及电抗器、性能卓越。

           4 系统的控制流程:

           (1)程序设计前预备工作:了解系统概况,形成整体概念,熟悉被控对象、编制出高质量的程序,充分利用手头的硬件和软件工具。

           (2)程序框图设计:这步的主要工作是根据软件设计规格书的总体要求和控制系统具体要求,确定应用程序的基本结构、按程序设计标准绘制出程序结构框图,然后在根据工艺要求,绘制出各功能单元的具体功能框图。

           (3)编写程序:编写程序就是根据设计出的框图逐条地编写控制程序,这是整个程序设计工作的核心部分。

           (4)程序测试和调试:程序测试和调试不同,软件测试的目的是尽可能多地发现软件中的错误,软件调试的任务是进一步诊断和改正软件中的错误。

           (5)编写程序说明书:程序说明书是对程序的综合说明,是整个程序设计工作的总结。

           下面是系统设计流程图:
PLC水位控制流程图

图2 PLC水位控制流程图

           5 程序结构:
  本程序分为三部分:主程序、各个子程序、和中断程序。逻辑运算及报警处理等放在主程序中。系统初始化的一些工作及液位显示放在子程序中完成,用以节省时间。利用定时中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。在本系统中,只用比例积分控制,确定增益和时间常数为:增益Kc=0.25;采样时间Ts=0.1S;积分时间Ti=30S;微分时间Td=0S。
  
    6 PLC编程软件
  本设计使用的是软件是STEP7-Micro/WIN,该软件主要协助用户开发应用程序,除了具有创建程序的相关功能,还有一些文档治理等工具性功能,还可直接通过软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。

           该软件可以工作于联机和离线两种工作方式,所谓联机是指直接与PLC连接,答应两者之间进行通讯,如上装或下载用户程序和组态数据等。离线则是指不直接与PLC联系,所有程序及参数暂时存进磁盘,联机后再下载至PLC。

基于PLC的液压脉冲试验机控制系统设计

1 引言

在汽车、飞机和工程机械等设备上的液压传动系统的管路受到不同工况的振动冲击。随着人们对产品可靠性要求的提高,以及各种行业发展的需要,管路的抗冲击和抗挠曲性能将越来越受到重视,因而管路的抗冲击性能成为反映其质量和可靠性的重要指标。随着我国汽车工业的迅速发展,需要液压脉冲设备来进行检测软管在不同环境和工况下的性能。

液压脉冲试验机用于汽车刹车管、燃油管、转向管、冷却水管、散热软管和暖风软管等软管脉冲压力的寿命试验,该试验机能方便、稳定的检测出设备所用的软管是否符合标准的要求。

液压脉冲试验机控制系统是基于plc的二级混合控制系统,下位机采用rockwell automation的slc500作为核心处理器的实时控制器,上位机ipc利用labview软件编写的人机界面具有易于操作,便于维护等特点。通过以太网将上位机和下位机连接,使该脉冲试验机具有很好的实时性,抗干扰性强,更加稳定可靠。

2 试验系统要求

该试验系统要求试验样管在-40~160℃,压力10~30mpa的不同环境条件下进行寿命试验,将新样管通过压力冲击和挠曲试验直至爆破来测试产品是否符合相关标准要求。

液压脉冲试验机是主要通过液压伺服系统来控制压力和脉冲波形。波形误差、压力施加方式、响应时间和精度直接影响试验系统的准确性,相关标准对要求波形的控制绝对误差为2%。由于采集和处理的数据需要实时上传到上位机,这就要求控制系统数据传输速度快、抗干扰能力强,从而保证试验系统具有很好的实时波形曲线。在试验过程中,试验样管会因为变形、膨胀引起管径和液压伺服系统参数的变化,控制系统如何根据这些变量来调节,其硬件和软件设计具有较高的难度。

3 试验方法

脉冲试验机主要有压力冲击和挠曲试验两种方法,两种方法同时进行试验,很好地模拟了不同环境和工况条件下,汽车行驶的实际路面状况。

3.1 压力冲击

液压脉冲试验机压力通过控制脉冲波形来实现。控制波形主要分梯形波、凸字波、正弦波和方波四种。控制系统可以根据试验工艺需要从上位机选择预定的脉冲波形来达到试验的目的,用户可以根据液压伺服系统结构自由选择间隔卸压。对存在间隔卸压的波形,如梯形波和凸字波,在脉冲的波谷的时候开启卸压阀使介质可以在试验样管中流动。波形的具体要求如图1所示。
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图1 梯形波曲线要求
(1) 梯形波(方波、三角波)。梯形波(方波、三角波)参照德国标准tl82415要求为在t1段升压速率要求在1mpa/s~300mpa/s之间可调;在t2段要求保压时间在0~ns可设,n为大于0的任意值;在t3段要求与t1段基本对称;在t4段要求保压时间在0~ns可设,n为大于0的任意值;pmin控制在0~10%pmax;pmax根据不同的管有不同的要求,目前不会大于60mpa。
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图2 凸字波形曲线要求
(2) 凸字波。参见图2,凸字波的要求是在t1段升压速率要求在100mpa/s,t1=2s;在t2段要求保压时间在0~ns可设,n为大于0的任意值,一般也设定为2s;在t3段要求与t1段基本对称;在t4段要求保压时间在0~n s可设,n为大于0的任意值,一般也设定为4s;pmin=0;第一个压力台阶=0.35mpa;最高压力=1.05mpa。 

(3) 正弦波(半正弦或完整正弦)。正弦波比较难实现,在实际试验中主要是通过plc的专用凸轮指令产生凸轮波形来模拟间隔的正弦半波。完整正弦波是指在封闭状态下做的。频率要求为1s画出一个完整的正弦波,波峰值最大60mpa,波谷值为0。半正弦波按照0.5s画完一个半正弦,其他0.5s为卸压时间来设计,卸压时压力为0。

3.2 挠曲试验

控制系统控制一个伺服油缸y方向的上下振动,利用变频器控制电动机带动试验样管旋转,控制x方向挠曲速度和角度,形成振动和挠曲的二维组合。挠曲试验的频率最大为17hz,最大振幅为±35mm,在最大振动频率时的振幅为±4mm。

4 控制系统硬件设计

控制系统由上位机(ipc)、下位机(plc)和外部电路控制组成,通过以太网将上位机和下位机连接,完成液压伺服系统。环境条件变化由仪表控制,通过rs485与上位机通信,控制系统框图如图3所示。
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图3 液压脉冲试验机控制系统框图
4.1 压力变送器和ad模块

压力变送器位于增压器出口,量程0~30mpa,输出4-20ma,频响200hz。压力变送器的精度为满量程的0.75%,为了得到更高的满量程精度,液压系统采用了切换两个压力变送器的组合方式。所有传感器的采样频率为500hz,压力采样相对变送器每个周期有3-5个16位数据,使于平滑处理,提高测量精度,以保证±2%的绝对误差要求。

系统采用4路差分输入16位ad模块,输入电流4-20ma,全部转换时间600μs,上传时间1ms,采样频率相当于500hz;2路电压/电流输出,输出±10v,全部转换时间600μs,下传时间1ms。伺服阀按100hz进行调节即为10ms,pid调节算法时间约为0.6ms,pid指令执行时间少于400μs,即可实现5次pid调节,实时性和稳定性有保证。

4.2 液压伺服系统控制

液压伺服系统的响应频率和调节精度完全取决于系统的固有频率和谐振频率,伺服系统仿真分析将成为伺服系统设计的关键。限于篇幅,本文省略液压伺服系统的相关内容。

控制系统通过ao模块输出0~10v的电压信号,经过伺服放大器放大来控制伺服阀的开度,伺服阀开度的大小决定了液体的流量,从而来控制试验样管所受压力大小。液压伺服系统是使系统的输出量如位移、速度或力等,能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化,与此同时,输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点。

伺服控制采用ad-da方法,使用压力变送器作反馈元件。伺服刷新周期1000μs。伺服系统两个伺服阀控制方法相同,仅压力不同。

4.3 高速计数器和其它电路

hsc模块提供4路50khz高速输入脉冲计数,该模块与挠曲电动机的编码器相连。挠曲电动机控制挠曲速度和角度。系统的di和do模块用于开关量控制,如油泵、液位、液压阀、变频器、介质的温度与搅拌、液压系统保护和报警等控制。

4.4 以太网

slc500/l533处理器自带有以太网口,相对于rs232/rs485以太网具有较高的可靠性而且传输速率快,数据传输速率达到10~100mbps,因此本系统通过以太网将上位机和下位机连接,减少数据传输迟滞对波形曲线的影响,使脉冲试验机具有很好的实时性,抗干扰性强,更加稳定可靠。

5 控制系统软件设计

软件设计的主要难点就是实时脉冲波形曲线的控制,即始终要保证实际波形曲线要处在给定波形曲线的上下允许误差范围内,如图4所示。
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图4 实时波形曲线
5.1 上位机软件

整个控制系统采用labview来编程实现人机界面,通过以太网实现通信,将试验指令下传给下位机,然后接受下位机的上传数据。labview是一种图形化的编程语言,它是一个开放性的环境,用于快速创建灵活的、可升级的测试、测量和控制应用程序。通过labview可以很方便地采集到实际信号,并对其进行分析得出有用信息,然后将测量结果通过直观化的显示、报告和网络实现共享。

上位机负责整个控制软件的界面设计,包括动态显示温度、压力、振幅、转速等数据,以数值和曲线形式显示。试验数据保存在数据库中,包括设备硬件信息(液压系统能力,增压器比例,伺服阀型号等),当前试验信息(试验标准,试件规格、试验参数)。用户可以将保存在数据库中的数据提取出来,将测量的试验数据生成报表输出。所有波形全部保存在相应的波形图文件,波形数据中包含介质温度、环境温度、给定压力波形和实际压力波形数据。软件可以实现历史曲线的重放并可以改变重放的速度,以便用户迅速浏览脉冲的历史曲线。控制系统还实现了报警功能,若监测油箱温度、介质温度、环境温度、液位浮球、破裂浮球、过滤器堵塞、缸到头,出现报警立即输出报警信号。上位机负责采用rs485通信协议与环境仪表控制连接,环境温度用独立的环境箱控制,上位机可以写入温度控制值或者温度控制曲线,实时读取环境箱温度。

5.2 下位机软件 

下位机负责整个控制软件的实时伺服控制和逻辑控制设计,包括接收上位机的给定压力波形曲线、挠曲试验的振动频率、振幅和挠曲的速度和角度,完成两个伺服油缸和挠曲电动机三个闭环控制系统的调节,以及开关量的逻辑控制。此处省略逻辑控制功能。

由于系统响应时间至少要4个系统时间常数,下位机根据给定压力波形曲线通过控制伺服油缸和增压器,保证压力上升斜坡时间小于50ms,调节周期5-10ms,界面波形显示滞后约1个实时波形。

脉冲给定压力曲线与伺服信号调节受到试验压力大小、试验样管膨胀量大小、增压器比例、伺服阀放大器增益大小等因素影响。下位机应根据前述影响因素自动改变给定压力曲线和放大器增益,通过控制伺服阀和增压器实现对脉冲压力的控制。通过ad模块采样频率和伺服阀响应频率的最佳匹配,以保证实际压力曲线和设定压力曲线绝对误差不超过2%。通过以太网将控制系统实时数据上传上位机,实现压力波形曲线的实时监控,保证了控制系统的实时性、高可靠性。

6 结束语

由于此试验系统比较复杂,控制系统和液压伺服系统先在实验室进行实物仿真,然后在试验系统联调时解决系统的机电耦合问题。目前控制系统实验室实物仿真已取得初步成果,初步解决ad模块采样频率和伺服阀响应频率的匹配、分级改变给定压力曲线和放大器增益等问题,还有待于试验系统联调时检验实际压力曲线和设定压力曲线误差是否符合相关标准要求。

基于PLC与工程型变频器的浆纱机张力控制 引言

浆纱机的张力大小直接影响产量。旧式浆纱机采用机械式传动机构,张力调节范围较窄。随着设备的老化机械零件的磨损,张力逐渐下降。更换机械零件不便及费用的居高不下促使企业下决心对其进行改造。

(1)改造对象:浆纱机——大雅兴业股份有限公司生产。

(2)改造思路:改造浆纱机织轴张力控制系统由变频器控制,使其张力大小易于调节;改造控制系统,使其半自动化,更易控制、方便监视、减少维修量。

2 改造方案

将浆纱机织轴张力控制系统由原来的机械张力控制改为由艾默生plc、变频器td3300系统集成控制。拆除浆纱机织轴的机械传动装置,将原浆纱机动力电机(22kw)经新增传动减速装置直接拖动浆纱机织轴,新增一普通电机(11kw)取代原动力电机拖动原系统的其他部分(精轴、锡林、压辊等)。保留浆纱机上的一次传感器。电控系统改造方案如图1所示。主要新增设备如表1所示。
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3 方案实施

3.1 砂浆机工艺参数

大雅浆纱机设备及工艺参数:车速(线速度)2~60米/分。一般正常车速38米/分。张力2000~5000牛/米。织轴空芯卷径116mm、220mm两种。织轴最大卷径(满轴)小于500mm。主电机 y系列普通电机 4极 11kw。织轴电机 y系列普通电机 4极22kw。
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图1 变频张力控制系统
3.2 传动参数设计

(1)计算张力电机到织轴的减速比:减速比<=织轴空芯卷径×3.14×电机额定转速/最大车速(线速)=(0.116×3.14×1460)/60=8.87

(2)复核电机功率:电机功率>=(最大张力×电机额定转速×最大织轴半径)/(传动比×9549)=(5000×1460×0.25)/(8.87×9549)=21.5kw

(3)确定参数:经计算减速比应确定为8.8左右。厂方在改造时受自身条件影响,决定将减速比提高到13.15。最大车速=织轴空芯卷径×3.14×电机额定转速/减速比=(0.116×3.14×1460)/13.15=40.46经厂方确认最大车速满足工艺要求。随确定减速比为13.15。速度编码器选用600线旋转编码器,一并交厂方安装。(建议旋转编码器选用600线以上产品,太低影响系统性能;安装时要小心不要对其实施太大的冲击,以免损毁。)

(4)主变频器参数设定(如表2):根据浆纱机实际情况张力控制系统的主机变频器选择无速度反馈开环矢量控制方式的td3000-t40110g变频器。变频器采用端子控制。
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表2 主变频器参数设定表:(未涉及的参数采用出厂设定)
(5)张力变频器参数设定(如表3):张力变频器(td3300-4t0300g)采用开环张力转矩模式(f3.06=3),线速度采于主变频器的运行频率输出。控制方式同样采用端子控制方式。
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表3 张力变频器参数表:(未涉及的参数采用出厂设定)
3.3 触摸屏组态

触摸屏选用hitech pws6600-s屏。为了提高系统的时效性能,plc与其交换数据的地址尽量选择一组连续的plc地址。

4plc编程设计

4.1 接口硬件

如图1所示,plc是整个控制系统的中枢,由于浆纱机无现场模拟量输入输出故选用一台主机即可。本案选ec20-3232bra。其主要任务为控制两台变频器的动作并通过rs485通讯端口与变频器交换数据(考虑到通讯的延迟及准确性,开关量不采用通讯方式。数据交换采用周期读取模式并控制在1秒内)。

开关量包括主变频器运行停止动作(按钮控制);主变频器升降速动作(按钮控制);张力变频运行停止动作(保持型按钮控制);张力变频张力使能(为检修特设);张力变频卷径复位(按钮控制);确定打印输出。

通讯数据根据光电开关计算的车速(现速度);计算总长;计算匹长;计算匹数;读取张力变频器张力值;读取张力变频器计算的卷径值;改变张力变频器张力设定;改变张力变频器初始卷径;长度、匹数清零;确定系统所处的状态。

4.2 编程设计

大雅浆纱车车头装有一个测量行车长度的光电开关。经检测其输出脉冲为10公分一个脉冲。对于测量匹长完全满足工艺要求,但用于测量车速其刷新速度必然很慢。因此增加一个外部中断检测两个脉冲的间隔时间,换算出行车速度。

变频器td3300通讯,读取张力、卷径数值,如图3所示。
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5 张力变频器调试

5.1 参数设置

为保证参数的准确性,将艾默生td3300-4t0220g工程型矢量变频器参数初始化,恢复出厂设置。控制方式选择 f0.02=1(闭环矢量控制)检查编码器是否正常。fb.00=600;按运行键,查看运行是否正常。如果变频器只在2hz左右工作或启动过流,显示电流很大。则可能是编码器接线错误、每转脉冲错误、编码器的方向反等原因;如果是低速运行正常,高速过流则可能是编码器的联轴器松动高速打滑的原因。设定机械传动比:
f1.00=13.15(一定要准确)。电机调谐:按照电机名牌设定电机参数。电机调谐时必须断开电机与负载的连接。调谐过程是自动完成的,如果调谐时电机长时间不能转动起来,说明电机参数严重不符或电机有故障。重新输入电机参数或更换电机。电机方向确认:一般定义为fwd控制时电机的运行方向为实际需要的方向。惯量调谐:将电机与负载(减速系统)断开(空载)调谐。

首先用默认参数调谐。完毕后将加减速时间1设为20秒,惯量自学习转矩设定1设定为10%,惯量自学习转矩2设定为20%,再进行调谐。完毕后,参数自动保存在fc.09——fc.12中。记录fc.09——fc.12的参数值,然后将fc.09——fc.12参数清零,待初调系统稳定后再输入。

5.2 张力控制试车

不挂纱测试整车按钮动作是否正常,并排除故障。通过触摸屏输入初始卷径、设定张力;查看触摸屏显示数值是否与变频器显示的数据一致。上纱。设定张力值为1000;启动主变频低速运行;上轴;手动将纱线绕轴一周并绷紧纱线;启动张力变频。查看张力是否合适。停车。修改设定张力。重复3至5步。直到满足工艺要求(注意:修改张力一定要停车)。

5.3 输入参数fc.11材料惯量补偿系数

fc.11用来补偿系统加减速过程中克服材料转动惯量所需的额外转矩,设定参数应为材料密度与卷轴长度的乘积,材料密度的单位为千克/米,卷轴长度单位为米。实际操作时输入计算值的1/3,并根据系统运行情况调整。本系统输入fc.11=200.

注意:此参数输入后有可能导致卷轴反转,手动调整此参数可避免反转。

5.4 调试中出现的问题

(1)惯量调谐电机不转:惯量自学习转矩设定1与惯量自学习转矩设定2数值偏小,适当加大即可。

(2)系统低速时抖动:浆纱机开车过程中在操作工整理纱线、换轴时不准停车,而是运行在一个特定的爬行速度。此速度主变频运行在2hz以下。此时张力变频器工作在开环张力转矩模式不满足张力变频器工作条件。由于速度很低纱线行走长度有限,经用户确认不影响整体工艺要求。

(3)换轴时加张力绷断纱线:此故障为操作工操作不当引起。换轴没有按规定按下卷径复位按钮。

6 结束语

浆纱是棉纺织厂整理车间的重要工序。合理的浆纱张力对织布、印染等后续工序影响巨大。随着企业的发展及市场的变化,石家庄常山纺织集团第五分公司根据自身的工艺要求,提出了对旧式的大雅浆纱机改造的要求,项目实施取得预期效果。

基于西门子S7-200PLC的八层电梯控制系统设计

绪论
随着城市建设的不断发展,高层建筑不断增多,电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已于人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的,而呼叫时随机的,电梯实际上是一个人机交互式的控制系统,单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的,因此,电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式:一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种是用可编程控制器(PLC)取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说,这两种方法并没有太大区别。国内厂家大多是采用第二种方式,其原因在于生产规模较小,自己设计和制造微机控制装置成本较高,但PLC可靠性高,程序设计方便灵活,抗干扰能力强、运行稳定等特点,所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。本设计正是采用西门子S7-200系列PLC控制的。
2 控制电梯的优点
1、在电梯控制中采用PLC,用软件实现对电梯运行的自动控制,可靠性大大提高。
2、去掉了选层器及大部分继电器,控制系统结构简单,外部线路简化。
3、PLC可实现各种复杂的控制系统,方便地增加或改变控制功能。
4、PLC可进行故障自动检测与报警显示,提高运行安全性,并便于检修。
5、用于群控调配和管理,并提高电梯运行效率。
6、更改控制方案时不需改动硬件接线。
3. VS-616G5型通用变频器电梯调速系统
通用变频VS-616G5可直接控制交流异步电动机的电流,使电动机保持较高的输出转矩;它适合用于各种应用场合,可以低速下实现平稳起动并且极其精确地运行,其自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制。VS-616G5将U/F控制、矢量控制、闭环U/F控制、闭环矢量控制四种控制方式融为一体,其中闭环矢量控制是最适合电梯控制要求的。
VS-616G5变频器用在电梯调速系统中时,必须配PG卡及旋转编码器,以供电动机测速及反馈。旋转编码器与电动机同轴连接,对电动机进行测速。旋转编码器输出A、B、两相脉冲,当 A相脉冲超前B相脉冲90°时,可认为电动机处于正转状态。当A相脉冲滞后于B相脉冲90°时可认为电动机处于反转状态,旋转编码器根据AB相脉冲的相序,可判断电动机旋转方向,并根据AB脉冲的频率测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡,PG卡再将此反馈信号送给616G5内部,以便进行运算调节。AB两相脉冲波形图如图所示。

VS-616G5用在电梯调速系统中时,还必须配置制动电阻。当电梯减速运行时,电动机处于发电状态,向变频器回馈电能。这时同步转速下降,交-直-交变频器的直流部分电压升高,制动电阻的作用就是消耗回馈电能。抑制直流电压升高。
VS-616G5 在设计中参数设置如表4.2所示:
表  VS-616G5参数设置
A1-0 1=4
存取级别为ADVANCED
A1-0 2=3
带PG的矢量控制
B1-0 1=0
主速来自D1-01
C1-0 1=3s
加速时间3s
C1-0 2=3s
减速时间3s
C2-0 1=0.8s
加速开始时的S曲线特性时间
C2-0 2=0.8s
加速完成时的S曲线特性时间
C2-0 3=0.8s
减速开始时的S曲线特性时间
C2-0 4=0.8s
减速完成时的S曲线特性时间
C5-0 1=5
速度环比例,舒适感不好时在5~40间调整
C5-0 2=1s
速度环积分,舒适感不好时在0.5~5s间调整
D1-0 2=50Hz
快车速度
D1-0 3=6Hz
爬行速度
D1-0 9=10Hz
慢车速度
E1-0 1=380V
输入电压
E1-0 4=50Hz
最高输出频率
E1-0 5=380V
最大电压输出
E2-0 1=24.4A
电动机的额定电流(按电动机铭牌输入)
E2-0 4=6
电极极数(按电动机铭牌输入)
H2-0 1=37
变频器输出端子9-10为运转中2
H3-0 5=1F
选D1-02不选端子16输入
L3-0 4=0
失速防止无效
L6-0 1=4
过转矩检出动作选择
L6-0 3=10s
过转矩检出时间1
L6-0 4=4
过转矩检出动作选择2
L6-0 5=200
过转矩检出标准2
L6-0 6=2s
过转矩检出时间2
L8-0 1=1
制动电阻过热
L8-0 5=1
输入缺相
L8-0 7=1
输出缺相
F1-0 1=600
PG脉冲数
F1-0 5=1/0
编码器方向出错时更改
其他参数按变频器出厂时的设定值
变频器容量及制动电阻参数的计算
变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行计算。设电梯曳引机电机功率为P1,电梯运行速度为V,电梯自重为W1,电梯载重为W2,配重为W3,重力加速度为g ,变频器功率为P。在最大载重下,电梯上升所需要曳引功率为P2,P2=[(W1+W2+W3)g+F1] V,其中F1==(W1+W2+W3)g+σ,为摩擦力,σ可忽略,电动机功率P1,变频器功率P应接近电机功率P2,相对于P2留有安全裕量,可取P=1.52P2 。
(二)制动电阻参数的计算
由于电梯为位能负载,电梯运行过程中产生再生能量,所以变频器调速装置应具有制动功能。带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网,但成本太高,采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻Rz上,成本较低而且具有良好的使用效果,能耗制动电阻的大小应使制动电流Iz的值不超过变频器额定电流的一半,即:

式中UO为额定情况下变频器的直流母线电压
制动电阻的功率:
4 电梯控制系统的设计
4.1 信号控制系统
电梯信号控制基本由PLC软件来实现,电梯信号控制系统如图5.1所示,输入到PLC的控制信号有运行方式选择、运行控制、轿内指令、层站外呼召唤、安全保护信息、旋转编码器、开关门、门区和平层信号等。

4.2 电梯控制系统实现的功能
(1)开始时,电梯处于任意一层。
(2)当有外呼电梯信号到来时,轿厢响应该呼梯信号,达到该楼层时,轿厢停止运行,轿厢门打开,当没有人员进出时,延时5秒后自动关门,或者按关门按钮关门。
(3)当有内呼电梯信号到来是,轿厢响应该呼梯信号,达到该楼层时,轿厢停止运行,轿厢门打开,当没有人员进出时,延时5秒后自动关门,或者按关门按钮关门。
(4)在电梯轿厢运行过程中,即轿厢上升(或下降)途中,任何反方向下降(或上升)的外呼信号均不响应,但如果反方向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时,则电梯响应该外呼梯信号。
(5)电梯具有最远反向外呼梯功能。
(6)电梯未平层或运行时,开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢停止运行后,按开门按钮轿厢开门,按关门按钮轿厢关门。
4.3 速度控制及平层控制
电梯作为一种载人工具,在位势负载状态下,除要求安全可靠外,还要求运行平稳,乘坐舒适,停靠准确,电梯的运行曲线如图 5.2所示。但在现场调试时,应使爬行段尽可能短,并要求在各种负载下都大于零为标准来调整减速起始点。

随着科技的发展,人们对电梯的要求不断提高:不仅速度更快、提升高度更高,还要占地少和运营成本低。同时还不能丝毫损失乘客舒适性。乘坐舒适必然要求平稳启动和连续加速已经柔和制动和准确抵达目的位置,要做到这些的关键是准确发出减速信号和平层信号,在接近层楼面时按距离精确自动矫正速度给定曲线。采用变频器调速双闭环控制可基本满足要求。利用旋转编码器在构成速度闭环的同时,也可构成位置闭环控制。
旋转编码器的输出一般为A和A、B和B两对差动信号,可用于位置和速度测量,A和A、B和B四个方波被引入PG卡,经辨向和乘以倍率后,变成代表位移的测量脉冲,将其引入PLC高速计数端,进行位置控制。本系统采用相对计数方式进行位置测量。运行前通过编程方式将各信号,如换速点位置、平层点位置等所对应的脉冲数,分别存入相应的内存单元,在电梯运行过程中,通过旋转编码器检测、软件实时计算以下信号:电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置,从而进行楼层计数、发出换速信号和平层信号。
电梯运行中位移的计算如下:H=SI 式中S: 脉冲当量 I: 累计脉冲数 H: 电梯位移 S=πλD/Pρ 式中D:曳引轮直径ρ: PG卡的分频比 λ:减速器的减速比 P:旋转编码器每转对应的脉冲数
本系统中λ=1/32   D=580mm    Ned =1450r/min  P=1024   ρ=1/18
设楼层的高度为4m,则各楼层平层点的脉冲数为:1楼为0;2楼为4000;3楼为8000;4楼为12000,5楼为16000,6楼为20000,7楼为24000,8楼为28000.
设换速点距楼层为1.6米,则各楼层换速点的脉冲数为: 上升: 1楼至2楼为2400,2楼至3楼为6400,3楼至4楼为10400,4楼至5楼14400,5楼至6楼18400,6楼至7楼22400,7楼至8楼26400;下降: 8楼至7楼25600,7楼至6楼21600,6楼至5楼17600,5楼至4楼13600,4楼至3楼为9600,3楼至2楼为5600,2楼至1楼为1600。
4.4 I/O点数的分配
I/O点数分配如图5.3示:

I/O 点数分配图
4.5 系统电路原理图
系统电路原理图如图:

系统电路原理图
5.1 各环节设计方法
一、开关门环节
(一)开门环节
(1) 呼梯开门:电梯在某层站待命时,若有人在该层站呼梯则电梯首先开门;电梯在运行过程中,有外呼梯信号时,若顺向运行则电梯停层开门,逆行不停层。
(2)自动运行停层时的开门:电梯在停层时,至平层位置,M3.0接通,电梯开门。
(3)关门过程中重新开门:关门过程中重新开门时,按开门按钮(I0.4)重开;当电梯关门时有东西夹在门上,使I4.4接通,门重开;当电梯超载时,使I4.3接通,门重开。
(4)电梯运行中禁止开门, 电梯检修时开门均为手动开门,通过开门和关门按钮进行。
(二) 关门环节
(1)电梯开门后计时,5s后自动关门,计时未到5s时可用关门按钮(I0.5)提前关门。
(2)检修时关门不自锁,电梯超重时禁止关门。
(三)保护及故障显示环节
(1)电梯在关门过程中因各种原因不能关门到位,电梯会重新开门,开门时间到后又会自动关门,关门不到位又重新开门,如此反复开、关门,若不及时处理,门很容易损坏。所以在出现这种情况时,用计数器C0计数,当开、关门动作5次时,电梯停止运行,并0、2交替显示。当电梯关门到位时,对C0复位。
(2)当电梯安全继电器断开时,电梯停止运行,且0、1交替显示。
二、层楼信号产生与消除环节
当电梯位于某一层时,应产生位于该楼层的信号,以控制楼层显示器显示楼层所在的位置,离开该层,到达另一层时应显示新的楼层信号。设计中用VB200存储楼层信号,当电梯到达各层减速点时,显示相应楼层的信号。在一楼和八楼分别设置一个强迫开关,用于矫正错误显示,若电梯显示有误,只要将电梯开到一楼或八楼就可以显示正常。
三、 呼梯信号登记、消除、显示环节
(一)内选信号的登记、消除、显示
通过对轿厢内操作盘上1楼~8楼选层按钮的操作,选择欲去的楼层,选层信号被登记,且选层按钮下的指示灯亮。当电梯到达所选楼层后,停层信号被消除,指示灯也应熄灭。
(二)外呼信号的登记、消除、显示
通过对电梯每层厅门处外呼按钮的操作,选择要上楼或是要下楼,呼梯信号被登记,且相应外呼按钮下的指示灯亮。当电梯到达该层时,且电梯的运行方向与呼梯目的方向一致时,呼梯满足要求,呼梯信号应被消除,不一致时,呼梯不满足要求,呼梯信号保持。
四、电梯定向环节
电梯的定向即上行和下行。电梯在处于待命状态下,接收到内选和外呼信号时,将电梯所处的位置与内选信号和外呼信号进行比较,确定是上行或下行,且上行指示和下行指示相应指示,一旦电梯定向,内选信号和外呼信号对电梯进行顺向运行要求没有满足的情况下,定向信号不能消除。检修状态下运行方向直接由上行和下行启动按钮确定,不需定向。
五、停层信号产生和消除环节
电梯在停车制动前,应首先确定其停层信号,即确定要停靠的楼层,每一层产生一个停层辅助信号,1楼~8楼的停层辅助分别是M15.0~M15.7。1楼停层条件是电梯下行到1楼,8楼的停层条件是电梯上行至8楼;中间层产生条件是根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和内选信号比较后得出。当外呼信号方向与电梯运行方向一致时,产生停层信号,不一致时不产生停层信号,外呼信号被登记;当到达内选信号产生要去的楼层时,产生停层信号。电梯在到达需停层的楼层3s后,消除该层的停层信号。
六、启动加速、稳定运行、制动环节
(一)启动加速:电梯启动的条件是运行方向已确定,门已关好。
(二)稳定运行:电梯在经3s加速后达到快车速度(50Hz),进入稳定运行阶段。
(三)停车制动:停层信号产生后,电梯就减速阶段,接收到爬行信号,经3s减速后达到爬行速度(6Hz)。当电梯行进至平层位置时,撤去爬行信号并停车制动、自动开门。
(四)检修时,接通检修开关I0.3,通过上行启动和下行启动按钮,控制电梯上行或下行,门时候关好不影响电梯的运行,此时电梯只能低速运行。
6.2 梯形图





6.3 小结
本系统主要以PLC为核心,利用PLC的强大的控制功能,实现对电梯的控制。利用变频器的良好调速功能,对电梯速度进行矢量控制,因而电梯平稳、舒适。利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。利用可编程控制器控制电梯,具有接线简单、编程直观、扩展容易等优点。当建筑的层数增加时,只需改动较少的地方即可。本系统中也有很多不足的地方,如没涉及到对电梯使用中各种故障所采取的应对措施等。由于本人学习不精,及经验不足暂时不能完成。文中难免有错误的地方,望各位老师指出纠正。 

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