自動(dòng)折疊機(jī)設(shè)計(jì)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 摘 要 隨著社會(huì)的進(jìn)步，社會(huì)分工不斷加細(xì)，越來(lái)越多的酒店，學(xué)校，工廠等事業(yè)單位把被單，毛巾，臺(tái)布和窗簾等布草送給專業(yè)的洗滌廠來(lái)洗燙。折疊機(jī)作為洗滌廠的自動(dòng)化設(shè)備之一，自動(dòng)完成對(duì)各種洗好并且熨平的布草的折疊工作，解決了人工折疊布草時(shí)間長(zhǎng)，質(zhì)量差和不可以流水作業(yè)等問(wèn)題。可編程的控制器（PLC）作為替代繼電器的新型控裝置，簡(jiǎn)單可靠，操作方便，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)且功能強(qiáng)大，容易使用，可靠性高，被大量用于自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)中。 本文介紹了一種基于可編程控制器（PLC），結(jié)合變頻器，觸摸屏等技術(shù)的折疊機(jī)電氣控制系統(tǒng)。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： （

2、1）折疊機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部分的計(jì)算，包括了軸，皮帶的計(jì)算和校核，電機(jī)、制動(dòng)/離合器的選型。 （2）介紹折疊機(jī)電氣控制系統(tǒng)所需要的硬件，包括PLC、變頻器、人機(jī)交互界面設(shè)備、傳感器及其他的電子器件。 （3）描述了控制系統(tǒng)流程圖、PLC的I/O分配及其他軟件的功能、PLC程序的設(shè)計(jì)、人及交互界面設(shè)計(jì)及PLC通訊程序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：折疊機(jī)；可編程控制器；人機(jī)交互；三菱 ABSTRACT With the development of society, as well as the specialization of the division of

3、 labor in society ,there are more and more groups such as hotel, school and factory and so on that give the clothing liking sheet ,towel, tablecloth and curtain and so on to the washing factory to clear and ironing .As one of the automatic devices, folding machine folds the cleared-and-ironed clothi

4、ng automatically, solving the artificial-folded problems such as time-consuming ,poor quality and direct-operation ,etc. Programmable logic controller (PLC) is usually applied to electric control system because its simplicity ,reliability ,flexibility and strong functions. In this paper, we int

5、roduce the electric control system of folding machine, using the technology of PLC ,transducer and touch panel. This paper can be summarized as follows: （1）Briefly introduce the mechanical drive parts ,including the calculation of shaft and belt ,and the chose of motor and break/clutch union. （2）I

6、ntroduce the main hardware of the electric control system of the folding machine including PLC, transducer ,touch panel, sensor and other electric and other electric parts. （3）Give the flow chart of the electric control system ,the I/O and other soft element of the PLC, the program ,the design of t

7、ouch panel and the communication of PLC. Keyword: folding machine ;Programmable logic controller(PLC); Human computer interaction；Mitsubishi 專心---專注---專業(yè) 目 錄 前

8、 言 洗滌行業(yè)作為現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的一部分，大大方便了人民的生活，增加社會(huì)就業(yè)，減少對(duì)環(huán)境的污染。洗滌行業(yè)包括普通洗滌業(yè)和工業(yè)洗滌業(yè)。但是洗滌行業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，就業(yè)人員知識(shí)水平偏低，自動(dòng)化水平低等等因素嚴(yán)重制約著洗滌業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)在國(guó)家大力推廣低碳經(jīng)濟(jì)，洗滌行業(yè)的高能耗也有待改善。 折疊機(jī)是洗滌廠主要設(shè)備。折疊機(jī)通過(guò)控制布料傳送系統(tǒng)的速度，測(cè)定布料長(zhǎng)度并計(jì)算折疊長(zhǎng)度，再通過(guò)氣流的噴射和折刀來(lái)完成水平折疊和交叉折疊。作為洗滌廠自動(dòng)化的一個(gè)重要組成部分，折疊機(jī)承接大燙機(jī)輸出口，再進(jìn)行布草的自動(dòng)折疊。 折疊機(jī)作為自動(dòng)折疊的機(jī)械，要充分發(fā)揮機(jī)械自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，可以適應(yīng)不同的紡織物寬度，厚度和質(zhì)地。同時(shí)，

9、折疊機(jī)也要和洗滌廠其它的機(jī)械協(xié)調(diào)運(yùn)行，比如大燙機(jī)和輸送機(jī)。要實(shí)現(xiàn)這些功能，電氣控制系統(tǒng)是必不可少的。 目前，國(guó)內(nèi)大部分國(guó)內(nèi)的洗滌廠用的折疊機(jī)都是國(guó)外洗滌廠的淘汰設(shè)備，其中又以德國(guó)品牌的折疊機(jī)為多，包括Kannegiesser、Jensen、Lavatec等等。這些設(shè)備陳舊，制造標(biāo)準(zhǔn)不一，零配件少，控制系統(tǒng)復(fù)雜，使用和維修都十分的困難，加上外國(guó)的折疊習(xí)慣和中國(guó)的不一樣，給洗滌廠生產(chǎn)造成了一定的困難。而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的折疊機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，控制系統(tǒng)不完善，折疊核心原理沒(méi)有掌握，只能進(jìn)行一到二折的折疊，使用量比較少。這些折疊機(jī)的電控系統(tǒng)都是老式繼電器控制系統(tǒng)，由訂做的專用芯片進(jìn)行控制，機(jī)械的運(yùn)行很難

10、甚至不能修改。 因此開發(fā)合適中國(guó)國(guó)情的折疊機(jī)電氣控制系統(tǒng)可以提高洗滌廠的自動(dòng)化水平，減少折疊勞動(dòng)強(qiáng)度，減輕工人的負(fù)擔(dān)，為現(xiàn)代服務(wù)行業(yè)出一份力。 第1章 緒論 1.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外研究和生產(chǎn)折疊機(jī)比較早，American Machine and Metal公司的Matin就設(shè)計(jì)和注冊(cè)了世界上第一臺(tái)現(xiàn)代化的帶有控制系統(tǒng)的折疊機(jī)，這種折疊機(jī)第一次運(yùn)用了氣流的噴射和折刀來(lái)完成紡織物的折疊工作，但由于微電子技術(shù)的不成熟和控制手段的落后，吹氣時(shí)間和折刀執(zhí)行的動(dòng)作只能預(yù)先設(shè)備，機(jī)械不能測(cè)量布的寬度從而完成自動(dòng)折疊工作。后來(lái)經(jīng)過(guò)如德國(guó)公司如Jensen和Kannegiesser、英

11、國(guó)公司如HJ Weir等等公司的大力研究開發(fā)，折疊機(jī)才真正地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和可視化操作。 德國(guó)Jensen公司的折疊機(jī)的種類很多，可以適合不同的洗滌廠的工作量，Jensen折疊機(jī)的特點(diǎn)是機(jī)械的核心零部件幾乎都是Jensen公司開發(fā)的，包括控制器、電機(jī)、變頻器和光電傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器等等。這種折疊機(jī)的機(jī)械和控制系統(tǒng)十分的協(xié)調(diào)，工作得很好。但同時(shí)由于專用性，機(jī)械的零部件不通用，比較買到，價(jià)格偏高，不利于維修。 德國(guó)Kannegiesser公司生產(chǎn)一系列的洗滌設(shè)備，包括自動(dòng)送布機(jī)、大燙機(jī)和折疊機(jī)等等，Kannegiesser的折疊機(jī)采用德國(guó)Lenze電路板作為控制的核心，通過(guò)Lenze控制核心來(lái)對(duì)

12、光電開關(guān)、變頻器、電機(jī)、離合器等等進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和控制。這種控制手段比較實(shí)用，并且穩(wěn)定，減少資源的浪費(fèi)，但是不利于對(duì)機(jī)械進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。 英國(guó)HJ Weir的折疊機(jī)是現(xiàn)在市場(chǎng)是最好用的折疊機(jī)之一，它沒(méi)有復(fù)雜的控制系統(tǒng)，機(jī)械所有的信號(hào)和操作面板的信號(hào)都集中到了一起，主電機(jī)的速度由變頻器獨(dú)立控制，與操作面板分離。這種折疊機(jī)可以方便地進(jìn)行二/五折二種折疊方式的折疊。由于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，機(jī)械很少出現(xiàn)卡布，誤折的情況。但是它的控制系統(tǒng)也十分的不通用，要改進(jìn)改造機(jī)械只能對(duì)機(jī)構(gòu)、電路進(jìn)行改造，不能對(duì)控制電路核心進(jìn)行編程，十分不方便。 我國(guó)的洗滌設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)的時(shí)間都很短，大都是仿制國(guó)外的機(jī)械，由于加工技術(shù)

13、和控制技術(shù)的制約，再加上售價(jià)的影響，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的折疊機(jī)的折疊的質(zhì)量和穩(wěn)定性不是很好。國(guó)內(nèi)洗滌設(shè)備公司研發(fā)和銷售的折疊機(jī)有以下幾種： （1） 盛銳ZD-30-2L折疊機(jī) 盛銳ZD-30-2L折疊機(jī)（如圖1-1）為上海航星機(jī)械（集團(tuán)）有限公司研發(fā)和銷售的折疊機(jī)。 圖1.1 盛銳ZD-30-2L折疊機(jī)外觀圖 該折疊機(jī)主要有以下特點(diǎn)： 高強(qiáng)度框架保證了整機(jī)的可靠性和高性能。每小時(shí)可折疊1,000條床單； 橫向折疊配置最多四通道折疊工作模式，布草不必同步輸入，布草不必同樣大小、四倍提高工作效率； 具有布料傳送系統(tǒng)的速度控制和準(zhǔn)確定位，對(duì)布料長(zhǎng)度準(zhǔn)確

14、測(cè)定并計(jì)算折疊長(zhǎng)度； 高度智能化的PLC和觸摸屏，可靠性高，壽命長(zhǎng)，查尋故障方法和使用操作方便直觀； 采用同步帶傳動(dòng)，傳動(dòng)精度高、噪音小、無(wú)污染，不需要加油和維護(hù)； 采用智能紅外線檢查系統(tǒng)，測(cè)量織物的長(zhǎng)度和實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度，提高折疊精度。 具有折疊規(guī)范的判別，交叉折超寬拒折，保護(hù)和報(bào)警，確保高質(zhì)量折疊效果。 完善的自診斷功能和安全保護(hù)系統(tǒng)，便于機(jī)器的日常使用和維護(hù)。 （2）D3000-C5系列折疊機(jī) D3000-C5系列折疊機(jī)（如圖1-2）是泰州市成飛洗滌機(jī)械有限公司的產(chǎn)品。該折疊機(jī)主要有以下的特點(diǎn)： 采用吹氣和折刀相結(jié)合的自動(dòng)折疊技術(shù)； 采用大屏幕液晶顯示器智能化控制系統(tǒng)；

15、中文電腦人機(jī)對(duì)話界面； 采用雙輪雙速計(jì)長(zhǎng)系統(tǒng)，不論大小布草一次整定精確折疊； 運(yùn)轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)范圍大，能與各種熨平機(jī)匹配； 具有自診斷功能，單環(huán)節(jié)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)和完善的安全保護(hù)系統(tǒng)； 控制電腦采用繼電口輸出，無(wú)需中間繼電器動(dòng)作準(zhǔn)確維護(hù)方便； 備有自動(dòng)消除靜電裝置和安全防護(hù)開關(guān)，工作安全可靠。 圖1.2 D3000-C5折疊機(jī)外觀圖 分析以上兩種折疊機(jī)可以看出，盡管我國(guó)折疊機(jī)的研究和開發(fā)已取得了一些成果，但仍存在以下幾個(gè)問(wèn)題： 對(duì)折疊原理過(guò)程中的問(wèn)題沒(méi)有認(rèn)真分析，折疊機(jī)經(jīng)常發(fā)生卡布，折歪，扯布等等現(xiàn)象； 人機(jī)界面操作過(guò)程比較復(fù)雜，

16、普通工人難以操作； PLC控制程序過(guò)于復(fù)雜，機(jī)械穩(wěn)定性差，程序修改困難，不利于機(jī)械的改進(jìn)； 折疊機(jī)的研究沒(méi)有系統(tǒng)化，專業(yè)的、學(xué)術(shù)性的資料十分少。 鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一種功能比較完善的折疊機(jī)電氣控制系統(tǒng). 1.2本文主要研究?jī)?nèi)容 本文在分析國(guó)內(nèi)外折疊機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種功能比較完善的折疊機(jī)電氣控制系統(tǒng)。 該折疊機(jī)的電氣控制系統(tǒng)以三菱PLC為主控制器，以按鈕和液晶顯示屏為人機(jī)接口，可對(duì)折疊系統(tǒng)各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。通過(guò)光電傳感器測(cè)量出布草的位置信號(hào)和旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量輸送系統(tǒng)的線速度，再把這些數(shù)據(jù)送到PLC中進(jìn)行分析處理，從而計(jì)算出布草的長(zhǎng)度和位置，從而控制電機(jī)、電磁閥、離合/制動(dòng)單元

17、，從而實(shí)現(xiàn)布草的自動(dòng)折疊，這些機(jī)械運(yùn)行的信息都會(huì)通過(guò)RS-232串行信號(hào)線送給觸摸屏，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械狀態(tài)的監(jiān)控。為了更好的控制機(jī)械運(yùn)行速度和減少機(jī)械的能耗，機(jī)械采用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行電壓頻率。 第2章 總體設(shè)計(jì) 本章首先介紹了自動(dòng)折疊機(jī)的工作原理，分析了折疊機(jī)的主要參數(shù)，并從中選出折疊機(jī)電氣控制系統(tǒng)的參數(shù)。根據(jù)所提出的系統(tǒng)功能，本章設(shè)計(jì)了系統(tǒng)總體方案，并對(duì)主要電子器件進(jìn)行了選型。 2.1自動(dòng)折疊機(jī)的性能結(jié)構(gòu)分析 2.1.1自動(dòng)折疊機(jī)的工作原理 自動(dòng)折疊機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。折疊機(jī)由五個(gè)折疊機(jī)構(gòu)組成，一共可以對(duì)布草進(jìn)行32層折疊。 7 8 9

18、10 11 2 1 4 3 5 6 圖2.1 自動(dòng)折疊機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1－布草進(jìn)料輸送機(jī)構(gòu) 2－第二折疊機(jī)構(gòu) 3－折刀 4－第四折疊機(jī)構(gòu) 5－第五折疊機(jī)構(gòu) 6－底架 7－電氣控制柜 8－第一折疊機(jī)構(gòu) 9－PLC控制柜 10－布草出口 11－二折布草出口平面 布草進(jìn)料輸送機(jī)構(gòu)1會(huì)把從大燙機(jī)燙好的布草輸送到折疊機(jī)，光電傳感器會(huì)記錄布草的位置及長(zhǎng)度相關(guān)信息并把數(shù)據(jù)傳送給PLC處理，PLC根據(jù)數(shù)據(jù)控制第一折到第五折折疊機(jī)構(gòu)的電機(jī)、電磁閥、氣缸的中間繼電器，從而控制相應(yīng)的執(zhí)行器件，從而準(zhǔn)確、自動(dòng)和迅速完成對(duì)布草的

19、折疊作業(yè)。第一折疊機(jī)構(gòu)8和第二折疊機(jī)構(gòu)2中的輸送動(dòng)力是由主電機(jī)完成的，第三折疊作業(yè)是由折刀3完成的。第四折疊機(jī)構(gòu)和第五折疊機(jī)構(gòu)是和一二折疊機(jī)構(gòu)分離的，通過(guò)螺栓連接底架從而固定到一二折疊機(jī)構(gòu)上的。正確完成五折折疊的布草會(huì)從布草出口10輸送出來(lái)；而如果只對(duì)布草進(jìn)行二折折疊，布草從一二折布草出口平面11出來(lái)。 折疊機(jī)的電氣控制柜7主要布置變頻器、繼電器、變壓器、接觸器等等的控制電子器件，而PLC控制單元布置在PLC控制柜，光電傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器，啟動(dòng)/停止等等的信號(hào)都會(huì)通過(guò)信號(hào)線通到PLC控制柜進(jìn)行處理，PLC控制柜還負(fù)責(zé)發(fā)出各種控制信號(hào)控制折疊機(jī)的運(yùn)行。 2.1.2折疊機(jī)的主要參數(shù) (1)折

20、疊層數(shù)n 折疊機(jī)的折疊層數(shù)指折疊機(jī)折好的布草的層數(shù)，這個(gè)數(shù)字是2的倍數(shù)，如2層，4層，8層，16層和32層等等，在國(guó)內(nèi)，折疊機(jī)最多只要進(jìn)行32層折疊就足夠了。 (2)折疊速度s 大燙機(jī)的速度比較慢，加上布草的材料的因素，折疊機(jī)的輸送速度不能太快，折疊速度一般在30到40之間。輸送機(jī)的動(dòng)力源是異步電動(dòng)機(jī)，主電機(jī)的速度由變頻器控制，速度可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)整，這樣是可以適應(yīng)大燙機(jī)的速度和第四。第五折的速度。而第四、第五電機(jī)由于沒(méi)有調(diào)整系統(tǒng)，速度是不變的，這個(gè)速度在左右。 (3)吹氣時(shí)間t 折疊機(jī)有兩種折疊布草的方式：吹氣和壓刀。當(dāng)布草比較薄、質(zhì)量比較輕的時(shí)候，比較好的折疊方法就是利用吹氣

21、進(jìn)行折疊。吹氣由電磁閥控制開關(guān)，吹氣的時(shí)間也是由電磁閥控制。 （4）折疊功率W 折疊機(jī)的正常運(yùn)作所需要的功率，由于折疊機(jī)的折疊對(duì)象是布草，它的功率變化不是很大，因此這個(gè)輸入功率是可以很穩(wěn)定的，折疊機(jī)的能耗源主要是五個(gè)電機(jī)的，一個(gè)制動(dòng)/離合器單元，變頻器，電氣控制系統(tǒng)等等。 2.1.3折疊機(jī)的誤操作原理分析及改正方法 由于洗滌廠要洗的紡織物的各類很多，而這些紡織物的質(zhì)地和屬性有很大的差別，比如粗糙偏硬的麻布和柔軟的絲綢，這兩種紡織物的質(zhì)地和屬性是有很大的差別的，而折疊機(jī)的如果要可以正確折疊麻布，那么當(dāng)折疊機(jī)以同一折疊參數(shù)去折疊絲綢制品時(shí)，就會(huì)由于吹氣的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成折歪，卡布，折不齊等等的

22、現(xiàn)象；相反，如果把折疊機(jī)的參數(shù)好了折疊絲綢，那么當(dāng)布草為麻布等偏硬的紡織時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)吹氣的時(shí)間過(guò)短，而造成漏折、卡布等等現(xiàn)象。 為了減少折疊機(jī)上述這些誤操作，我們可以加一些識(shí)別布草材料的傳感器，從而通過(guò)PLC 處理這些信號(hào)，再控制吹氣的時(shí)間，但是這個(gè)方法成本高，而且布草的質(zhì)地有很大的類同性，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好，因此放棄這種方法。 我們選擇了一種折中的方法，就是把吹氣的時(shí)間定在可以把一定范圍內(nèi)的布草都可以折疊的時(shí)間。這種方法沒(méi)有什么通過(guò)統(tǒng)計(jì)洗滌廠的洗滌的布草的數(shù)據(jù)來(lái)確定布草，從而來(lái)確定吹氣的時(shí)間，這個(gè)只通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器調(diào)試試驗(yàn)得到。 2.2折疊機(jī)電氣控制總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 2.2.1

23、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 根據(jù)工況需要，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有以下功能： （1）通過(guò)GOT人機(jī)接口設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，如折疊次數(shù)，吹氣時(shí)間等等。 （2）實(shí)時(shí)采集輸送帶的速度、布草的長(zhǎng)度信號(hào)，經(jīng)PLC分析處理后在觸摸屏上顯示所采集信號(hào)。 （3）PLC分析比較各信號(hào)，并輸出各折疊機(jī)構(gòu)的執(zhí)行命令信號(hào)。 （4）加入GOT變頻器調(diào)速，從而可以實(shí)時(shí)對(duì)主電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。 （5）預(yù)留通信模塊，方便以后系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能擴(kuò)展。 （6）通過(guò)中間繼電器對(duì)強(qiáng)弱電路分離。 2.2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)[7] [8] [9]，本系統(tǒng)主要由PLC控制器、光電信號(hào)采集、變頻器調(diào)速單元等等構(gòu)成。這種模塊化的

24、硬件設(shè)計(jì)可以減小系統(tǒng)出錯(cuò)率，提高可靠性和高效性。 PLC控制器完成信號(hào)接收、處理、發(fā)送執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行命令等等的功能，外部操作通過(guò)按鍵或者GOT觸摸屏輸入操作命令到PLC控制器，外部輸出都利用中間繼電器進(jìn)行強(qiáng)弱電隔離，主電機(jī)的速度通過(guò)變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，機(jī)械的運(yùn)行狀況通過(guò)GOT顯示，PLC的輸出端口都接了一個(gè)二極管指示燈，從而可以方便對(duì)各輸出信口進(jìn)行監(jiān)控和故障診斷。 其結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖2.5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2.3折疊機(jī)的主要控制方式 2.3.1繼電器控制技術(shù) 對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，在編制程序時(shí)，可以不考慮微處理器及存儲(chǔ)器內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，也不必用

25、各種計(jì)算機(jī)使用的語(yǔ)言，而是把PLC看成內(nèi)部由許多“軟繼電器”組成的控制器，以便于提供使用者按設(shè)計(jì)繼電器控制線路的形式進(jìn)行編程。這樣，從功能上來(lái)講，可以把PLC的控制部分看作是由許多“軟繼電器”組成的等效電路。必須注意的是電路中的繼電器并不是實(shí)際的物理繼電器，它實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器中的一位的觸發(fā)器。觸發(fā)器為“1”態(tài)，相當(dāng)于繼電器接通;為“0”態(tài)，相當(dāng)于繼電器斷開。 PLC為用戶提供的繼電器一般是:輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、特殊功能繼電器、移位寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。這些繼電器統(tǒng)稱為PLC的元素。其中，輸入、輸出繼電器與外部用戶輸入，輸出設(shè)備連接，而其他繼電器與外部用戶設(shè)備沒(méi)有聯(lián)系，因此統(tǒng)

26、稱為內(nèi)部繼電器。繼電器由兩個(gè)主要的部件構(gòu)成，一是(電磁)線圈，二是(常開、常閉)接點(diǎn).一旦繼電器線圈經(jīng)接點(diǎn)A接通電源，電流就流過(guò)線圈(稱為得電)，使電磁鐵吸動(dòng)銜鐵。銜鐵通過(guò)機(jī)械作用使原來(lái)呈閉合狀態(tài)的常閉接點(diǎn)斷開(吸斷)，緊接著使原來(lái)呈斷開狀態(tài)的常開接點(diǎn)閉合(稱為吸合)。反之，繼電器線圈斷電，電源不再給線圈供電(稱為失電)，那么銜鐵釋放返回原位(復(fù)位)，常開接點(diǎn)也隨之?dāng)嚅_復(fù)位(釋斷)，緊接著常閉接點(diǎn)也復(fù)位閉合(釋合)。 2.3.2交流變頻變壓控制技術(shù) PWM控制技術(shù)是通用型變頻器中應(yīng)用十分廣泛的一種電壓和頻率控制方法，它可以極為有效地抑制輸出電壓的諧波，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好。在頻率控制、效率等諸

27、方面都有著十分顯著的優(yōu)點(diǎn)。 （1）PWM控制的原理 PWM是Pulse Width Modulation的縮寫，即脈寬調(diào)制。PWM控制是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變?yōu)殡妷好}沖序列，并通過(guò)控制電壓脈沖寬度或周期以達(dá)到改變電壓的目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖序列的周期以達(dá)到變壓變頻的目的。在變頻調(diào)速應(yīng)用中，則主要是后者即變壓變頻。形成PWM波形的方法有很多種，其中最基本的方法是利用三角形調(diào)制波和控制波的比較?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)比較電路將調(diào)制三角波與各相的控制波進(jìn)行比較，變換為邏輯電平，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路使功率器件交替導(dǎo)通和關(guān)斷，則變頻器輸出各相電壓波形。為使逆變器輸出電壓波形趨于正弦波，

28、常采用SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)控制方式。 （2）SPWM控制 逆變器開關(guān)模式信號(hào)通常情況下利用三相對(duì)稱的正弦波參考信號(hào)（控制波）與一個(gè)共用的三角波載頻信號(hào)（調(diào)制波）互相比較來(lái)生成?？刂粕铣Ｓ袉螛O性和 雙極性兩種情況。所謂單極性控制，是指在輸出的半個(gè)周波內(nèi)同一相的兩個(gè)導(dǎo)電臂僅一個(gè)反復(fù)通斷而另一個(gè)始終截止。所謂雙極性控制是指在輸出的半個(gè)周波內(nèi) 同一相的兩個(gè)導(dǎo)電臂互補(bǔ)交替通斷，具體工作情況與單極性控制類似。 第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個(gè)部分：傳感器、變頻器、可編程控制器，觸摸屏、靜電消除器及其他的電子

29、器件，下面將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。 3.1傳感器選型及其安裝 3.1.1光電傳感器選型及其安裝 （1）光電傳感器的選型 光電傳感器是利用光的各種性質(zhì)，檢測(cè)物體的有無(wú)和表面狀態(tài)的變化等的傳感器。光電傳感器主要由發(fā)光的投光部和接受光線的受光部構(gòu)成。如果投射的光線因檢測(cè)物體不同而被遮掩或反射，到達(dá)受光部的量將會(huì)發(fā)生變化。受光部將檢測(cè)出這種變化，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，進(jìn)行輸出。光電傳感器如下圖所示，主要分為3類。 受光器 被檢測(cè)物體 發(fā)光器 發(fā)光器 圖3.1 對(duì)射型 受光器 回歸反射板 被檢測(cè)物體 圖3.2 回歸反射型 受

30、光器 發(fā)光器 被檢測(cè)物體 圖3.3 擴(kuò)散反射型 光電傳感器的特點(diǎn)： 1.檢測(cè)距離長(zhǎng) 如果在對(duì)射型中保留10 m以上的檢測(cè)距離等，便能實(shí)現(xiàn)其他檢測(cè)手段(磁性、超聲波等)無(wú)法達(dá)到的長(zhǎng)距離檢測(cè)。 2.對(duì)檢測(cè)物體限制少 由于以檢測(cè)物體引起的遮光和反射為檢測(cè)原理，所以不像接近傳感器等將檢測(cè)物體限定在金屬，它可對(duì)玻璃、塑料、木材、液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測(cè)。 3.響應(yīng)時(shí)間短 光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機(jī)械性工作時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間非常短。 4.分辨率高 能通過(guò)高級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過(guò)構(gòu)成特殊的受光光學(xué)系統(tǒng)，

31、來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率，也可進(jìn)行微小物體的檢測(cè)和高精度的位置檢測(cè)。 5.可以實(shí)現(xiàn)非接觸檢測(cè) 可以無(wú)須機(jī)械性地接觸檢測(cè)物體實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，因此不會(huì)對(duì)檢測(cè)物體和傳感器造成損傷，因此傳感器能長(zhǎng)期使用。 6.可實(shí)現(xiàn)顏色識(shí)別 通過(guò)檢測(cè)物體形成的光的反射率和吸收率，根據(jù)被投光的光線波長(zhǎng)和檢測(cè)物體的顏色組合而有所差異，可對(duì)檢測(cè)物體的顏色進(jìn)行檢測(cè)。 7.便于調(diào)整 在投射可視光的類型中，投光光束足眼睛可見(jiàn)的，便丁對(duì)檢測(cè)物體的位置進(jìn)行調(diào)整。 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求和經(jīng)濟(jì)性等等的因素，本控制系統(tǒng)選用OMRON光電傳感器，型號(hào)為：E3G-ML79。本光電傳感器的參數(shù)以下表所示。 表3-1 傳感器參數(shù) 檢測(cè)方式 距離

32、設(shè)定型 檢測(cè)距離 0.2 ～ 2 m (白紙300×300mm) 設(shè)定范圍 0.5 ～ 2 m (白紙300×300mm) 投光點(diǎn)徑 φ70mm以下 (檢測(cè)距離1m時(shí)) 響應(yīng)誤差 設(shè)定距離的10％以下 反射率特性（黑白誤差） ±10％以下（設(shè)定距離1m時(shí)） 光源 紅外線發(fā)光二極管 (860nm) 電源電壓 12 ～ 240 VDC ±10％ (（p-p）10％波動(dòng)以下) 24 ～ 240 VAC ±10％ 消耗電量 DC 2W以下 AC 2W以下 控制輸出（輸出形式） 繼電器輸出 控制輸出（負(fù)荷電流） 0 ～ 3 A 壽命（繼電器輸出） 電氣的: 1

33、0萬(wàn)次以上（開關(guān)頻率1800次／小時(shí)） 機(jī)械的: 5000萬(wàn)次以上（開關(guān)頻率18000次／小時(shí)） 運(yùn)行模式 入光時(shí)ON／遮光時(shí)ON開關(guān)切換式 負(fù)荷外加電壓 30 VDC 以下 250 VAC 以下 保護(hù)電路 防止相互干擾功能 應(yīng)答時(shí)間 30 ms 以下 靈敏度調(diào)整 示教式 使用環(huán)境溫度 白熾燈：3000lx以下、太陽(yáng)光：10000lx以下 環(huán)境溫度范圍 使用時(shí): -25 ～ 55 CEL 保存時(shí): -30 ～ 70 CEL (不結(jié)冰、不結(jié)露) 環(huán)境濕度范圍 使用時(shí): 35～85％RH 保存時(shí): 35～95％RH (不結(jié)露) 絕緣電阻 20MΩ以上（DC500

34、V兆歐表）充電部整體與外殼間 耐電壓 AC2000V 50／60Hz 1min 充電部與外殼間 振動(dòng)（耐久） 10～55Hz 復(fù)振幅1.5mm X、Y、Z各方向 2h 沖擊（耐久） 500m／s2 X、Y、Z各方向 3回 保護(hù)結(jié)構(gòu) IEC60529: IP67 適用標(biāo)準(zhǔn)（EN/IEC（低電壓指令）） EN60947-5-2 適用標(biāo)準(zhǔn)（EN/IEC（EMC指令）） EMI: EN60947-5-2 輻射干擾電場(chǎng)強(qiáng)度: EN55011 Group 1 classA EMS: EN60947-5-2 靜電放電抑制能力: IEC61000-4-2 電場(chǎng)強(qiáng)度抑制能力: IEC61

35、000-4-3 突發(fā)噪聲抑制能力: IEC61000-4-4 CE 標(biāo)記: 有 連接方式 端子臺(tái)型 指示燈 動(dòng)作指示燈（橙）、穩(wěn)定指示燈（綠） 質(zhì)量（包裝狀態(tài)） 約 150 g 緊固轉(zhuǎn)矩 1.2 Nm 以下 (使用M4螺釘) 機(jī)殼材質(zhì) 聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯 鏡頭部材質(zhì) 異丁烯樹脂 罩蓋材質(zhì) 聚醚砜膜 附件 操作說(shuō)明書、調(diào)整用螺絲刀 光電傳感器的電氣接線圖如下： 電源 白線 褐線 黃色 圖3.4 光電傳感器接線圖 本折疊機(jī)一共需要4個(gè)光電傳感器，這些光電傳感器在折疊機(jī)上的安裝布置如下圖所示，其中1、3、8、9為光電

36、傳感器。 1 3 4 6 5 7 8 9 1000 2 圖3.5 光電傳感器的安裝示意圖 3.1.2旋轉(zhuǎn)編碼器的選型及安裝 要得到要折疊的布草的長(zhǎng)度，我們除了要知道布草通過(guò)光電傳感器的時(shí)間外，我們還必須知道折疊機(jī)上的輸送帶的速度，這樣才可以知道布的長(zhǎng)度，計(jì)算布草長(zhǎng)度的公式為： 其中為要求的布草的長(zhǎng)度，為輸送帶的速度，為布草通過(guò)光電傳感器的時(shí)間。 折疊機(jī)的線速度為35，也就=35左右，輸送帶的速度是可以根據(jù)實(shí)際的工況，如大燙機(jī)的速度、布草的質(zhì)地及其它配套設(shè)備的等等因素調(diào)整。 旋轉(zhuǎn)編碼器是將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，對(duì)該信號(hào)

37、進(jìn)行處理后檢檢測(cè)位置、速度等的傳感器。檢測(cè)直線機(jī)械位移量的傳感器稱為線性編碼器。 旋轉(zhuǎn)編碼器的特點(diǎn)： 1. 根據(jù)軸的旋轉(zhuǎn)變位量進(jìn)行輸出 通過(guò)聯(lián)合器與軸結(jié)合，能直接檢測(cè)旋轉(zhuǎn)位移量。 2. 啟動(dòng)時(shí)無(wú)需原點(diǎn)復(fù)位(僅絕對(duì)型) 絕對(duì)型的情況下，將旋轉(zhuǎn)角度作為絕對(duì)數(shù)值進(jìn)行并列輸出。 3. 可對(duì)旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行檢測(cè) 增量型中可通過(guò)A相和B相的輸出時(shí)間，絕對(duì)型中可通過(guò)代碼的增減來(lái)掌握旋轉(zhuǎn)方向。 旋轉(zhuǎn)編碼器一般情況下有分為兩類，分別為增量型旋轉(zhuǎn)編碼器和絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求和其它的因素，本系統(tǒng)選擇OMRON公司E6A2-CW5C 20P/R 2M型旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器的具體參數(shù)如下

38、表所示。 表3-2 E6A2-CW5C 20P/R 2M旋轉(zhuǎn)編碼器參數(shù) 分類 增量型 電源電壓 12 VDC -10% ～ 24 VDC +15% (波動(dòng)（p-p）：5％以下) 消耗電流 DC20mA以下 沖擊電流 電流: 約 9 A 時(shí)間: 約 0.3 ms 分辨率（單旋轉(zhuǎn)） 20 P/R 輸出相 A、 B 控制輸出（輸出形式） NPN開路集電極 控制輸出（輸出電流） 30 mA 以下 (同步電流) 控制輸出（殘留電壓） (DC) 0.4 V 以下 (同步電流30mA時(shí)) 原點(diǎn)位置接點(diǎn) 無(wú) 負(fù)荷外加電壓 30 VDC 以下 最高應(yīng)答頻率

39、30 kHz 輸出相位差 90°±45° 輸出上升、下降的時(shí)間 輸出上升時(shí)間: 1 us 以下 (控制輸出電壓：5V 負(fù)載電阻1kΩ 導(dǎo)線長(zhǎng)：500mm) 輸出下降時(shí)間: 1 us 以下 (控制輸出電壓：5V 負(fù)載電阻1kΩ 導(dǎo)線長(zhǎng)：500mm) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 常溫時(shí): 1 mNm 以下 慣性轉(zhuǎn)矩 1×10-7kg.m2以下 軸容許力 徑向: 10 N 軸向: 5 N 容許最高轉(zhuǎn)速 5000 r/min 機(jī)械壽命 1億轉(zhuǎn)以上 環(huán)境溫度范圍 使用時(shí): -10 ～ 55 CEL 保存時(shí): -25 ～ 80 CEL (不結(jié)冰、不結(jié)露) 環(huán)境濕度范圍 使用時(shí): 35～8

40、5％RH 保存時(shí): 35～85％RH (不結(jié)露) 絕緣電阻 20MΩ以上（DC500V兆歐表）充電部整體與外殼間 耐電壓 AC500V 50／60Hz 1min 充電部與外殼間 振動(dòng)（耐久） 10～55Hz 復(fù)振幅1.5mm X、Y、Z各方向 掃描時(shí)間 2H 沖擊（耐久） 500m／s2 X、Y、Z 各方向 3回 保護(hù)結(jié)構(gòu) IEC60529: IP50 適用標(biāo)準(zhǔn)（EN/IEC（EMC指令）） EMI: EN50081-2 輻射干擾電場(chǎng)強(qiáng)度: EN55011 Group 1 classA 雜音端子電壓: EN55011 Group 1 classA 靜電放電抑制能力: I

41、EC61000-4-2 電場(chǎng)強(qiáng)度抑制能力: IEC61000-4-3 突發(fā)噪聲抑制能力: IEC61000-4-4 CE 標(biāo)記: 有 連接方式 導(dǎo)線引出型 (電纜長(zhǎng)度: 2 m) 旋轉(zhuǎn)編碼器的電氣接線圖如下。 褐色 +24 黑色 A B C 白色 藍(lán)色 橙色 0 圖3.6 旋轉(zhuǎn)編碼器接線圖 旋轉(zhuǎn)編碼器的在折疊機(jī)的安裝為圖3-5的2所示，固定在機(jī)架了，另外加一個(gè)輪子與輸送帶相連. 3.2變頻器的選擇 在交流調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器的作用是將頻率固定(通常為工頻50Hz)的交流電(三相的或單相的)變換成頻率連續(xù)可調(diào)(多數(shù)為0-400H

42、z)的三相交流電。變頻器的輸入端(R、S、T)接至頻率固定的三相交流電源，輸出端(U、V、W)輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電，接至電動(dòng)機(jī)。 3.2.1變頻器的基本構(gòu)成 通用變頻器的基本本構(gòu)成主要由主電路(包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器)和控制電路組成，[12] [13]如圖3-7所示。 負(fù)載側(cè)變流器Ⅱ 網(wǎng)側(cè)變流器Ⅰ 中間直流環(huán)節(jié)ⅢⅠ 逆變器 整流器 控制指令 控制指令 控制器 運(yùn)行指令 圖3.7 變頻器的基本結(jié)構(gòu) （1）整流器電網(wǎng)側(cè)的變流器Ⅰ是整流器，它的作用是把三相(也可以是單相)

43、交流電整流成直流電。 （2）逆變器負(fù)載側(cè)的變流器Ⅱ?yàn)槟孀兤?。最常?jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成三相橋式逆變電路。只要有規(guī)律地控制逆變器中主開關(guān)器件的通與斷，就可以得到任意頻率的三相交流電輸出。 （3）中間直流環(huán)節(jié)Ⅲ由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。無(wú)論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)或是發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會(huì)為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能組件(電容器或電抗器)來(lái)緩沖。所以又稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。 （4）控制電路控制電路常由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完

44、成對(duì)逆變器的開關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前己經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，盡可能簡(jiǎn)化硬件電路，主要依靠軟件來(lái)完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式難以完成的控制。 3.2.2變頻器的分類 (1)PAM（脈幅調(diào)制）：變頻器輸出電壓的大小通過(guò)改變直流電壓的大小來(lái)進(jìn)行調(diào)制。在中小容量變頻器中，這種方式已經(jīng)很少采用。 (2)PWM（脈寬調(diào)制）：變頻器輸出電壓的大小通過(guò)改變輸出脈沖的占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)制。目前普通應(yīng)用的是占空比按正弦規(guī)律安排的正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)方式。 (3)按主電路工作方

45、式分：電壓型變頻器，電流型變頻器。 (4)按工作原理分：U/f控制變頻器，VC控制變頻器，SF控制變頻器。 (5)按照用途分：通用變頻器，高性能專用變頻器，高頻變頻器 3.2.3變頻器變頻原理 在交流變頻控制中，通過(guò)改變交流電源的頻率 f1 實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。變頻的主要裝置就是變頻器，變頻器的主要功能之一就是實(shí)現(xiàn)對(duì)電源頻率的改變。 如圖3-8所示，在這個(gè)電路中，首先有可控硅V1～V6將工頻交流電整流成直流電，然后再由可控硅或大功率晶體管V7～V12將直流電壓逆變成交流電，通過(guò)對(duì)V7～V12的開關(guān)控制，可以改變逆變交流電的頻率，實(shí)現(xiàn)變頻。 V7 V9 V11

46、 V1 V3 V5 V10 V12 V8 V4 V6 V2 圖3.8 變頻調(diào)速電路 簡(jiǎn)單變頻器的輸出電壓、電流質(zhì)量不好，通常含有較嚴(yán)重的高次諧波分量，高次諧波分量將造成電機(jī)發(fā)熱、振動(dòng)和噪聲，無(wú)線電頻率的高次諧波還將引起電磁污染，因此必須削弱變頻器輸出的高次諧波。改善變頻器的輸出波形的方法通常有兩種：一是采用多重化技術(shù)，一是采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。其中脈沖寬度調(diào)制技術(shù)是中、小容量變頻器改善波形常用的方法，因此適用于電梯控制系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，IGBT和MOSFET開關(guān)器件廣泛應(yīng)用于變頻器中，大幅度降低電動(dòng)機(jī)的噪音，達(dá)到噪音水平。如圖3-

47、9所示。 在實(shí)際應(yīng)用上，正弦波PWM的控制是利用等幅的三角波（稱為載波）與正弦波（成為調(diào)制波）的相應(yīng)交點(diǎn)發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)，并經(jīng)基極驅(qū)動(dòng)電路放大后送至逆變器的開關(guān)元件控制極，從而得到一系列幅值相等、寬度不等的矩形脈沖列，記錄為SPWM。由于PWM的控制作用，在逆變器的輸出端得到一組幅值等于整流電路的輸出電壓，寬度按正弦波規(guī)律變化的矩形脈沖列。提高政協(xié)調(diào)制波的幅值就可以提高輸出矩形波的寬度，從而提高輸出等效正弦波的幅值。改變正弦調(diào)制波的頻率，就可以改變輸出等效正弦波的頻率，從而就可以實(shí)現(xiàn)變頻. 電源 圖3.9 高載波變頻率PWM變頻器 3.2.4變頻

48、器品牌型號(hào)與規(guī)格的選擇 變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的質(zhì)量品質(zhì)對(duì)于系統(tǒng)的可靠性影響很大，選擇品牌時(shí)，質(zhì)量品質(zhì)，尤其是與可靠性相關(guān)的質(zhì)量品質(zhì)，顯然是選擇時(shí)的重要考慮方面。同時(shí)，設(shè)備的平均壽命的長(zhǎng)短是一個(gè)重要的參數(shù)，所以根據(jù)預(yù)期使用壽命來(lái)選擇品牌，經(jīng)驗(yàn)和口碑仍然是主要依據(jù)。在同一品牌中選擇具體型號(hào)時(shí)，則主要依據(jù)已經(jīng)確定的變頻調(diào)速方案、負(fù)載類型以及應(yīng)用所需要的一些附加功能來(lái)決定。 變頻器產(chǎn)品說(shuō)明書都提高標(biāo)稱功率數(shù)據(jù)，但實(shí)際上限制變頻器使用功率的是定子電流參數(shù)。因此，直接按照變頻器標(biāo)稱功率進(jìn)行選擇，在實(shí)際中常常可能會(huì)行不通。根據(jù)具體工程的情況，可以有以下幾種不同的變頻器規(guī)格選擇方式： （1

49、）按照標(biāo)稱功率選擇：一般作初步投資估算依據(jù)。 （2）按照電動(dòng)機(jī)額定電流選擇；多用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的新設(shè)計(jì)項(xiàng)目。 （3）按照電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流選擇：多用于改造工程。 （4）按照轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力選擇 綜上所述，根據(jù)實(shí)際工程情況，以適當(dāng)?shù)姆椒ㄟx擇變頻器規(guī)格很重要。選擇結(jié)果多數(shù)情況下變頻器標(biāo)稱功率與電動(dòng)機(jī)匹配，少數(shù)情況需要放大。所以，籠統(tǒng)的認(rèn)為放大一級(jí)功率選擇變頻器是沒(méi)有錯(cuò)的想法，但會(huì)造成浪費(fèi)。總的來(lái)說(shuō)從生產(chǎn)成本來(lái)作合適的選擇。 3.2.5 選擇的變頻器應(yīng)滿足的條件 （1）根據(jù)被控設(shè)備的負(fù)載特性選擇通用變頻器的類型。 （2）所選擇通用變頻器的類型與被控制異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)匹配。 （3）為降低電梯

50、成本，首選通用變頻器。 （4）變頻器帶有防止失速功能。 （5）變頻器具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性。 3.2.6 通用變頻器概況 上個(gè)世紀(jì)80年代初，通用變頻實(shí)現(xiàn)了商品化。在近20年的時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用BJT到采用IGBT兩個(gè)大發(fā)展過(guò)程。有如下特點(diǎn)： 1、容量不斷擴(kuò)大 80年代初采用的BJT的PWM變頻器實(shí)現(xiàn)了通用化。到了90年代初，BJT通用變頻器的容量達(dá)到了600KVA，400KVA以下的已經(jīng)系列化，前幾年主開關(guān)器件開始采用IGBT，僅三、四年的時(shí)間，IGBT變頻器的單機(jī)容量已達(dá)1800KVA，隨著IGBT容量的擴(kuò)大，通用變頻器的容量也將隨之?dāng)U大。 2、結(jié)構(gòu)的小型

51、化 變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路（LSI）和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用“平面安裝技術(shù)”等一系列措施，促進(jìn)了變頻電源裝置的小型化。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技術(shù)，把功率電橋、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路、保護(hù)電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“智能電力模塊”（Intelligent Module，IPM）這種器件屬于絕緣金屬基底結(jié)構(gòu)，所以防電磁干擾能力強(qiáng)，保護(hù)電路和檢測(cè)電路與功率開關(guān)間的距離盡可能的小，因而保護(hù)迅速且可靠，傳感信號(hào)也十分迅速。 3、多功能和智能化 電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展。特別是微機(jī)的應(yīng)用

52、，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。 4、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大 通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂?，直到全數(shù)字控制的演變，逐步地實(shí)現(xiàn)了多功能化和高性能化，進(jìn)而使之對(duì)各類生產(chǎn)機(jī)械、各類生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。最初通用變頻器僅用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行等，到目前為止，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)?shù)臄U(kuò)展。如搬運(yùn)機(jī)械，從反抗性負(fù)載的搬運(yùn)車輛、帶式運(yùn)輸機(jī)到位能負(fù)載的起重機(jī)、提升機(jī)、立體倉(cāng)庫(kù)、立體停車廠等都已采用了通用變頻器；金屬加工機(jī)械，從各類切削機(jī)床直到高速磨床乃至數(shù)控機(jī)床，加工中超高速伺機(jī)的精確位置控制都已應(yīng)用通用變頻器；在其它方面，如農(nóng)用機(jī)械、

53、食品機(jī)械、木工機(jī)械、印刷機(jī)械、各類空調(diào)、各類家用電器甚至街心公元噴水池，可以說(shuō)其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣闊，并且還將繼續(xù)擴(kuò)大。 為了滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件要求，本設(shè)計(jì)選擇通用變頻器。采用通用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的主要目的是：協(xié)調(diào)大燙機(jī)的速度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動(dòng)化程度。 3.2.7 安川VS—616G5型通用變頻器 折疊機(jī)是洗滌廠自動(dòng)化設(shè)備中的重要部分，它的輸送帶的速度要協(xié)調(diào)好大燙機(jī)的速度，這樣才不會(huì)造成在大燙機(jī)和折疊機(jī)的相連處造成卡布，這個(gè)速度在一定范圍內(nèi)調(diào)整，調(diào)整的方式就是通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)?？紤]以上各種因素，本設(shè)計(jì)選用安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器。 它具有磁通矢量控

54、制、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能可以最大限度地提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率，同時(shí)降低了電機(jī)運(yùn)行損耗。另外，VS-616G5變頻器的啟動(dòng)、制動(dòng)具有可任意調(diào)節(jié)的S曲線和零頻可輸出150%力矩的特點(diǎn)，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可0.01~0.02%。無(wú)須配專電機(jī)，可自學(xué)習(xí)所配電機(jī)的各個(gè)參數(shù)，精確控制任何品牌的電機(jī)，是變頻器工作在最佳狀態(tài)。采用高能IGBT，載波頻率20KHz，從而使變頻器輸出一個(gè)不失真的正弦流波形使電機(jī)始終運(yùn)行于靜噪音狀態(tài)。 VS-616G5型變頻器是安川電機(jī)公司面向世界推出的21世紀(jì)通用型變頻器，這種變頻器不僅考慮了V/f控制，而且還實(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過(guò)其本的自動(dòng)

55、調(diào)諧功能與無(wú)速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與高的調(diào)速范圍。616G5型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格如表3-3。 表3-3 616G5型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 電壓 220V 380V 容量范圍 1.2～110KVA 1.4～460KVA 電 源 電壓頻率 200V：三相 200/200/208/220V 400V：三相 380/400/415/460V 電壓允許變動(dòng) +10% -15% 頻率允許變動(dòng) ±15% 控制特性 控制方式 正弦波PWM控制： ● 無(wú)傳感器矢量控制(無(wú)PG) ● 帶傳感矢量控制(帶PG) ● V/F控制 ● 帶傳感V/F控制

56、(用參數(shù)切換) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 150%Hz(無(wú)PG) 150%r/min(帶PG) 速度控制范圍 1:100(無(wú)PG) 1:1000(帶PG) 速度控制精度 ±0.2%(無(wú)PG) 0.02%(帶PG) 速度響應(yīng) 5Hz(無(wú)PG) 30Hz(帶PG) 轉(zhuǎn)矩極限 有 轉(zhuǎn)矩精度 ±5% 轉(zhuǎn)矩響應(yīng) 20Hz(無(wú)PG)以上150Hz(帶PG)以上 頻率控制范圍 0.1～400Hz 頻率精度(溫度變動(dòng)) 數(shù)字式指令 ±0.01%(-10℃～+40℃) 模擬式指令±0.1%(25℃～+10℃) 頻率設(shè)定分辨率(運(yùn)算分辨率) 模擬式指令 0.03Hz/

57、60Hz 數(shù)字式指令 0.01Hz/100Hz 輸出頻率分辨率 0.01Hz 過(guò)載量 額定輸出電流的150% IN 頻率設(shè)定信號(hào) -10V～10V，0～10V，4～20MA 加減速時(shí)間 0.01～6000.0S 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 約20% 帶制動(dòng)選150% 抑制高次諧波 直流電抗器 內(nèi)帶(200V 24KVA、400V 26KVA以下可選擇) 12相整流 不能變動(dòng) 主要控制功能 瞬停再起動(dòng)、下降控制、轉(zhuǎn)矩控制等 操作裝置 16字×2線日語(yǔ)液晶顯示器 接通插件板可選擇 16種(最多可裝3塊) 保護(hù)功能 電機(jī)保護(hù)、變頻過(guò)載、瞬間過(guò)電流、電壓下降

58、、過(guò)電壓、輸入缺相 VS-616G5變頻器的特點(diǎn)如下： （1）包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 （2）有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。 （3）由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。 （4）保護(hù)功能完善、維修性能好。 通用變頻器VS-616G5可直接控制交流異步電動(dòng)機(jī)的電流，使電動(dòng)機(jī)保持較高的輸出轉(zhuǎn)矩；它適合用于各種應(yīng)用場(chǎng)合，可以低速下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)并且極其精確地運(yùn)行，其自動(dòng)調(diào)整功能可使各種電動(dòng)機(jī)達(dá)到高性能的控制。VS-616G5將U/f控制、矢量控制、閉環(huán)U/f控制、閉環(huán)矢量控制四種控制方式融為一體，其中閉環(huán)矢量控制是最適合電梯控制要求的。 3.2.8 變頻器參數(shù)

59、的設(shè)置 VS-616G5變頻器共有9組參數(shù)，每一組參數(shù)的設(shè)計(jì)都具有特定的含義。常用參數(shù)如表3-4所示 表3-4 VS-616G5變頻器常用參數(shù) 參數(shù) 功用 A組 確定控制模式 B組 選擇運(yùn)動(dòng)功能 C組 確定加減速時(shí)間和轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償時(shí)間 D組 選擇頻率 E組 確定運(yùn)行壓頻曲線 F組 保護(hù)設(shè)置 H組 確定偏差標(biāo)準(zhǔn) 參數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下原則： （1）減小啟動(dòng)沖擊，其速度環(huán)比例系數(shù)宜小些，而積分時(shí)間常數(shù)宜大些； （2）增加啟動(dòng)力矩，折疊機(jī)的輸送帶都是靠一個(gè)滾筒帶動(dòng)的，電機(jī)的啟動(dòng)速度不能太快。 變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)直接輸入，具體的設(shè)置見(jiàn)表3

60、-5 表3-5 安川VS- 616G5變頻器主要參數(shù)設(shè)置表 參數(shù) 設(shè)定值 說(shuō)明 A1-01 4 存取級(jí)別為：ADVANCED A1-02 3 帶PG的適量控制 B1-01 0 主速來(lái)自D1-01 C1-01 3S 加速時(shí)間為3S C1-02 3S 減速時(shí)間為3S C2-01 0.8S 加速開始時(shí)的S曲線特性時(shí)間 C2-02 0.8S 加速完成時(shí)的S曲線特性時(shí)間 C2-03 0.8S 減速完成時(shí)的S曲線特性時(shí)間 C2-03 0.8S 減速完成時(shí)的S曲線特性時(shí)間 C5-01 5 速度環(huán)比例，舒適感不好時(shí)在5～40S間調(diào)整 C5-

61、02 1S 速度環(huán)積分，舒適感不好時(shí)在0.5～5S間調(diào)整 D1-02 50Hz 快車速度 D1-03 6Hz 爬行速度 D1-09 10Hz 慢車速度 E1-01 380V 輸入電壓 E1-04 50Hz 最高輸出頻率 E1-05 380V 最大電壓輸出 E2-01 15.4A 電動(dòng)機(jī)額定電流(按電動(dòng)機(jī)銘牌輸入) E2-04 6 電極極數(shù)(按電動(dòng)機(jī)名牌輸入) F1-01 1024 PG脈沖數(shù) F1-05 1/0 編碼器方向錯(cuò)時(shí)更改 H2-01 37 變頻器輸出端子9-10為運(yùn)轉(zhuǎn)中2 H3-05 H3-05 選D1-02

62、不選端子16輸入 L3-04 1 失速防止有效 L6-01 4 過(guò)轉(zhuǎn)矩檢出動(dòng)作選擇 L6-03 10S 過(guò)轉(zhuǎn)矩檢出時(shí)間 L6-04 4 過(guò)轉(zhuǎn)矩檢出動(dòng)作選擇2 L6-05 200 過(guò)轉(zhuǎn)矩檢出標(biāo)準(zhǔn)2 L6-06 2S 過(guò)轉(zhuǎn)矩檢出時(shí)間2 L8-01 1 制動(dòng)電阻過(guò)熱 L8-05 1 輸入缺相 L8-07 1 輸出缺相 3.2.9 變頻器容量和制動(dòng)電阻參數(shù)的計(jì)算 1、變頻器容量的選擇 變頻器的功率可根據(jù)曳引機(jī)電機(jī)功率、滾筒的運(yùn)行速度、滾筒載重與配重進(jìn)行計(jì)算。由上面的設(shè)計(jì)知電動(dòng)機(jī)功率 ，變頻器功率應(yīng)接近電動(dòng)機(jī)功率，可以選取1.5倍的裕量，根

63、據(jù)安川VS- 616G5變頻器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，選取電動(dòng)機(jī)功率，對(duì)應(yīng)的變頻器容量選取。 3.3 PLC簡(jiǎn)介及選擇 3.3.1 PLC簡(jiǎn)介 國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1982年11月和1985年1月對(duì)可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過(guò)數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。上世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)已開始應(yīng)用于工業(yè)

64、控制了。但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)本身的復(fù)雜性，編程難度高、難以適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價(jià)格昂貴等原因，未能在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。當(dāng)時(shí)的工業(yè)控制，主要還是以繼電—接觸器組成控制系統(tǒng)。[14] 1968年，美國(guó)最大的汽車制造商—通用汽車制造公司（GM），為適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)的硬件連線、減少時(shí)間，降低成本。因而設(shè)想把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活及通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，用“面向控制過(guò)程，面向?qū)ο蟮淖匀徽Z(yǔ)言”進(jìn)行

65、編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。即：硬件減少，軟件靈活簡(jiǎn)單。 針對(duì)上述設(shè)想，通用汽車公司提出了這種新型控制器所必須具備的十大條件（有的“GM10條”）： 1編程簡(jiǎn)單，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序； 2維護(hù)方便，最好是插件式； 3可靠性高于繼電器控制柜； 4體積小于繼電器控制柜； 5可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)； 6在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)； 7輸入可以是交流115V； 8輸出可以是交流115V，2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥； 9在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更； 10用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。 1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）首先研制成功第一臺(tái)可編程序控制器，在

66、通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。接著美國(guó)MODICON公司也開發(fā)出可編程序控制器084。1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)可編程序控制器DSC-8。1973年，西歐國(guó)家研制出了他們的第一臺(tái)可編程序控制器。我國(guó)從1974年開始研制，1977年開始工應(yīng)用。早期的可編程序控制器是為取代繼電器控制線路、存儲(chǔ)程序指令、完成順序制而設(shè)計(jì)的。主要用于：1.邏輯運(yùn)算，2.計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制，均屬開關(guān)量控制所以，通常稱為可編程序邏輯控制器（PLC—Programmable Logic Controller）。入70年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC采用了通用微處理器，這種控制器就不局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算了，功能不斷增強(qiáng)。因此，實(shí)際上應(yīng)稱之為PC—可編程序制器。至80年代，隨大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，以16位32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PC得到了驚人的發(fā)展。使PC在概念、設(shè)計(jì)、性能、格以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，成本下降可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)理以