6ES7212-1AB23-0XB8库存现货

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1 引言

传统的升降机普遍采用交流绕线式异步电动机转子串电阻调速方式，电阻的投切用继电器—接触器控制，这种控制方式的缺陷明显，不但制动和调速换档时机械冲击大，调速性能差，外接电阻能耗大，而且接线复杂，经常出现故障，安全性差。

采用结构简单、价格低廉的鼠笼式电动机，并利用PLC及变频器对升降机的控制系统进行改造，可实现升降机电动机的软起动和软制动，即起动时缓慢升速，制动时缓慢停车，还可实现多档速度的程序控制，让中间的升降过程加快，货物上下传输快速、平稳、安全。

2 小型货物升降机的基本结构

升降机的升降过程是利用电动机正反转卷绕钢丝绳带动吊笼上下运动来实现。小型货物升降机一般由电动机、滑轮、钢丝绳、吊笼以及各种主令电器等组成，其基本结构如图1所示。SQ1~ SQ4 可以是行程开关，也可以是接近开关，用于位置检测，起限位作用。

图1 升降机结构图
1. 吊笼 2. 滑轮 3. 卷筒 4.电动机
5.SQ1~ SQ4 限位开关

3 PLC和变频器控制的调速系统

3.1 多档速度控制

根据吊笼在升降过程中，要求有一个由慢到快然后再由快到慢的过程，即起动时缓慢升速，达到一定速度后快速运行，当接近终点时，先减速再缓慢停车，为此将图1中的升降过程划分为三个行程区间，各区间段的升降速度如图2所示。按下提升起动按钮SB2（或下降按钮SB3），吊笼以较低的一速速度平稳起动，运行到预定位置时，以二速速度快速运行，等再到达预定位置时，以一速实现平稳停车。

图2 升降机升降速度图

3.2 系统的硬件构成

升降机自动控制系统主要由三菱FX2N—32MR可编程控制器、三垦SAMCO—i 变频器、三相鼠笼式异步电动机组成。系统的硬件接线如图3所示。

图3 系统的硬件接线

PLC控制一方面代替继电线路，另一方面，对于系统所要求的提升和下降、以及由限位开关获取吊笼运行的位置信息，通过PLC内部程序的处理后，在Y0~Y2 端输出相应的“0”、“1”信号来控制变频器输入端子2DF、FR、RR的状态，使变频器及时按图2所示输出相应的频率，从而控制升降机的运行特性。速度档由2DF选择，每档速度的大小则通过对变频器进行功能预置设定，再通过PLC的程序来控制频率切换。当PLC输出端Y0Y1Y2的状态为“010”时，变频器输出一速频率，升降机以10HZ对应的转速上升，当为“110”状态时，变频器输出二速频率，升降机以30HZ对应的转速上升；相应的，当Y0Y1Y2的状态为“001”、“101”时，升降机分别以10HZ、30HZ对应的转速下降。

图中QF为断路器，具有隔离、过电流、欠电压等保护作用。急停按钮SB1、上升按钮SB2、下降按钮SB3根据操作方便可安装在底部和顶部，或者两地都安装，操作时，只需按下SB2或SB3，系统就可自动实现程序控制。

3.3 SAMCO—i 变频器主要功能指令设定

Cd000=1 ； 选择变频器监视器显示频率（HZ）
Cd001=1 ； 选择外部端子信号作为变频器运转指令
Cd002=1 ； 选择由操作面板设定变频器1速频率
Cd007=30 ；变频器上限频率为30HZ
Cd029=10 ；变频器一速频率为10HZ
Cd030=30 ；变频器二速频率为30HZ
Cd049=5 ； 使用制动电阻
Cd050=1 ； 电机可以正反转

3.4 PLC梯形图

当吊笼在底部位置，且SQ1常开触点闭合时，按下SB2 ， 电动机以一速缓慢上升，到达SQ2 、SQ3位置时，依此以快速、慢速上升。下降时与此类似，当遇到紧急情况时，按下SB1 ，升降机会停在任意位置。

4 结束语

以PLC和变频器控制的调速方式取代原来的转子串电阻调速方式，具有加、减速平稳，运行可靠，大大提高了系统的自动化程度。该系统可广泛应用于建筑施工、仓库、酒楼餐饮业等货物的上下传输系统中。

在造纸机传动应用的控制领域，随着变频技术、计算机技术以及网络通讯技术的广泛应用，使造纸厂的自动化程度、控制精度、控制速度、系统的稳定性和可靠性提高到了一个新的水平。本文重点说明了西门子公司生产的200PLC在造纸机传动系统中的设计与应用。

1 系统构建

可编程序控制器PLC与变频器构成DCS系统如图1所示。

系统各传动点中的启动、停止、紧急停车和爬行／运行用继电器进行控制，纸机车速增减紧松用PLC进行控制，同时完成多传动速度链控制要求及对负荷分配传动点进行负荷分配控制功能；PLC 对上述几种信号进行采集，经判断运算得电机的运行速度设定值，再由RS一485总线写入变频器成频率信号输出，同时PLC根据开／闭环信号，调各自的处理程序以适应开／闭环的控制要求。

2 PLC硬件设计

图2中我们以14个传动点的纸机进行分析：PLC采用Simens PLC226，由于程序采用了按键循环扫描的方式，从而各传动点的加减紧松的动作控制形成矩阵按键的开关量控制；并且由于在真空压榨部或是施胶部的多点控制中须要进行负荷分配控制，可通过PLC的输入模块端口进行硬件检测判断是否符合负荷分配的条件(如图中I2．0，I2．1，I2．2)；PLC端口0以总线通讯方式与变频器进行串行通讯。

3 PLC 程序设计

PLC程序实现对加减紧松按钮的循环扫描，判断是否有加减紧松动作，并执行相应的功能；

自动检测辨识各传动点处于开／闭环控制，提高系统的稳定性；

速度链选用二叉树型数据结构以适应进行可变多分支速度链控制要求；

通讯出错处理，包括数据出错重发，通讯超时处理，总线故障报警，可自动切除故障点并能在故障消除后自动重发；

负荷分配控制，即要求在需要负荷分配的传动点之间其电机的负载率相同。

主流程图如图3。

4 速度链结构设计

按纸机结构顺序对各传动点进行数字抽象，此编号应与变频器内部地址设为一致。根据二叉树结构，确定各传动结点中的主从关系，在程序中填写链关系寄存器。具体执行如图4(以河南博爱东方纸业5号纸机为例)：该传动点速度给定变频器后，访问位置寄存器，确定链关系寄存器中从动结点号，然后对该结点进行相应的链关系处理，直到该链完全处理为止。

5 负荷分配结构及程序设计

负荷分配的实际工作原理即要求相应的各传动点电机的负载率相等，等效为各电机的转矩电流与其对应额定电流的比值相等。如图4所示，真压上和真压下在传动控制中组成一组负荷分配，须调用负荷分配子程序对主从传动点的主从转矩进行调节，改变调节系数，以改变主从转矩，使负载率相等。

6 结束语

PLC和总线控制在造纸机传动系统中的应用，有效地提高了系统的控制精度，从输入到控制实现数字化操作，解决了现场电磁干扰，简化了系统结构，提高了可靠性。同时运用了现场总线通讯技术，使速度链加减紧松控制量化更jingque，负荷分配控制的难题也得以解决，此方案设计曾在河南博爱东方纸业、陕西扶风造纸厂、河南许昌造纸厂应用，效果良好，运行稳定，带来较大的经济效益。

建和扬子石化一巴斯夫有限责任公司的建立，2台门机的使用频率越来越高，一直满负荷、超负荷的作业。随着使用时间的延长，2台门机的故障率开始上升，经常过流使主接触器触头烧坏、粘连在一起造成缺相或短路故障。同时原门机电气控制使用了大量的继电器、接触器，电气结构复杂，维护困难，不易调整，故障率高。采用电机转子串联切割电阻，进行有级调速，使得门机工作时极不平稳，并且能耗大（因为能量消耗在串联的电阻片上了）、效率低。因此新门机（MQ53o）上采用了先进平稳的无极变频调速技术。

1 PLC控制器与变频器调速原理

1．1 PLC控制器

PLC是可编程控制器的简称，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是1台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入、输出接口，并且具有较强的驱动能力。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为3个阶段，即输入采样，用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3个阶段称为1个扫描周期，在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行3个阶段，见图1。

在输入采样阶段，PLC控制器以扫描方式依次读入各类按钮、开关类电器主令控制器的输入状态和数据，并将它们存入I／0(输入／输出)映象区中的相应单元内。在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按顺序由上而下的依次扫描，预编好的各种软继电器及其触点组成逻辑程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路图进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 储存区中对应的状态，或者刷新该输出线圈在I／0 映象区中对应位的状态；确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I／0映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的被控负载，如各种电磁阀线圈、接触器、信号指示灯或变频器等执行电器，这时才是PLC控制器的真正输出。

1．2 变频器调速原理

变频器简单地说就是将电源的三相(或单相)交流电，经整流桥整流为直流电(交一直变换)，再把直流电经逆变器变为电压和频率可调的三相(或单相)交流电源(直一交变换)。其间电能不发生任何变化，而只有频率发生改变。转子的转速计算公式如下：

n= 60×f×(1-s)／p (1)

式中：n -- 转子的转速；
f --定子频率；
s -- 异步电动机转差率；
p -- 磁极对数。

由式(1)可知，异步电动机调速的途经有改变磁极对数、改变转差率和调整输入频率。改变电机的磁极对数实际上就是改变定子旋转磁场的转速，加上电机的磁极对数是相对固定的，所以只有通过改变定子绕组的接法来实现。但是这种方法的缺点是显而易见的，主要是：多只有4挡调速，不能得到佳的运行效果，负载能力下降，工作效率下降，调速时必须改变绕组的接法，故控制电路比较复杂。改变转差率是通过在转子电路中串联电阻来实现的，这种方法只能用于绕线式电机，其缺点是因为要串联的电阻在电机外部，在电机的结构上就必须加入电刷和滑环，增加了故障率，同时调速电阻上将白白地消耗掉许多电能，调速后的机械特性比较“软”，不理想。

而改变电动机定子侧供电电源的输入频率，即可改变电机的同步转速和电机转子额定转速。但频率下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制，该协调控制的装置就称为变频器。在起重机上调速，电机产生的大转矩不能变，这就需要维持磁通不变。现在使用的jingque交流控制系统多为矢量控制，其基本点是控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流，使之成为转距和磁场2个分量，经过坐标变换实现正交和解耦控制。直接转矩与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是采用瞬态转矩的控制方式，把转矩直接作为被控制量来控制，其性能类似于他励直流电机特性。

2 系统工作构成

2．1 系统组成

MQ530门机大起升高度30 m，大起重负荷5 t。变频控制器采用ABB公司ACS600系列变频器，该变频器采用了适合于起重作业的DTC直接转矩控制理论。起升机构为双钩2台55 kW 变频电机，2台ABB—ACS600—120变频器；变幅机构为1台22 kW 变频电机，1台ABB—ACS600—40变频器；旋转机构为1台3Okw 变频电机；行走机构为4台7．5 kW 变频电机，旋转和大车行走共用1台ABB—ACS600—7O变频器。PLC控制器采用GE公司FANUC系列90—30可编程控制器，有1个CPU模块，1个通讯模块，2个电源模块，7个输入模块，3个输出模块，它与ABB公司ACS600系列变频器之间的数据交换，是通过Profibus现场总线组成网络来实现。

2．2 系统工作原理

门机的运行过程首先是全车通电，PLC控制器和变频器得电后，进行初始化自检和诊断。在PI C控制器输入模块和输出模块上有相应的灯亮，代表一切正常，具备开机条件。通过PLC控制器指示灯的反应，能够使维修人员很快的找到设备故障点。开机时PLC控制器先将接收到的驾驶室操纵杆信号，转换为调速系统可直接处理的数字信号，然后通过Profibus现场总线网络传送到相应的变频器上，在完成PLC控制器对变频器控制的同时，还将变频器的运行状态，通过通讯网络Profibus现场总线，反馈到PLC控制器上，实现对整机状态的实时控制。变频器将所得到的信号再处理后输送到下端变频电机，使电机平稳的起降、旋转作业，终将货物装卸完毕。

2．3 电机选用

在电动机的调速系统中，应注意电机在低速运行时的发热和散热的规律及状况。普通电机主要是利用转子上的叶片来散热，当转速下降时，散热效果将变差，从而会影响电动机实际的带负载能力。因此，电机选用变频电机，该电机的散热是靠一个独立的风扇电机来完成的，这就比原使用的电机在性能上又有了很大的提高。

3 使用效果

由于使用专用的DTC直接转矩控制方式变频器，和变频器专用电机组成的调速系统，在性能上已经达到和超过直流伺服系统，升降、变幅、旋转速度可精细调整，各项位置精度得到提高。采用鼠笼式变频电机，大大减少了电机的维护工作量，同时电气控制系统得到简化，省去了频繁工作的交流接触器和电机正反转接触器，解决了频繁更换元器件的问题。改造前装卸每吨物品用电量为0．28 kW ·h，改造后装卸每吨物品用电量为0．22 kW ·h，电能的消耗明显下降，降低了生产成本。