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剪切机电气传动系统设计摘要定长剪切控制系统是工业生产应用中常见的应用系统，而定长切割作为电气 生产线所必需的一道工序，其自动化和切割精度对整条电气生产线的产品产量和 成品质量以及原料的利用率大小都起着至关重要的作用。该设计主要从PLC控制 时间，变频器定长调速的角度对剪切机电气传动系统进行了一系列的应用讨论。 其中以变频器定长调速为主，PLC控制为辅。而变频器则选用了阿尔法6000定 长变频器。对变频器的使用方式与参数设定进行了详细的讨论，而对于电机电池 的选用也有着一定的讨论。并且对电气传送系统各个部分都有一定的简述。该系 统主要运用了 PLC、传感器、继电器、变频器等器件，利用阿尔法6000自带的 定长系统的自动控制性能，实现流水线传送带传送过程的无人控制。最主要的是， 可以通过设定电机切刀切割频率设定长度，达到精确剪切的处理。随着时代的进 步，科学的发展，我所讨论的内容还仅仅只是沧海一粟。而研究方式的掌握才是 该论文作后所为达到的目的。关键词: PLC;阿尔法6000变频器；电机；变频传动Electrical transport system for shearingmachineAbstractFixed length cutting control system is common in industrial application application system, and fixed length cutting electrical production line as a necessary procedure, the automation and the cutting precision of the entire electrical production line product yield and product quality and raw material using rate of size plays a crucial role. This design mainly from the PLC control time, the speed of the converter set the angle of the speed of the shear machine electric drive system for a series of application discussion. Which with the speed of constant frequency converter, PLC control as a supplement. The inverter then chose Alpha 6000 constant frequency converter. The usage of inverter and the parameter setting are discussed in detail, and the selection of motor battery is also discussed. And it has some brief introduction to each part of the electric transport system. The system mainly uses the PLC, sensors, relays, inverter and other devices, the use of alpha 6000 comes with fixed length system automatic control performance, so as to realize the assembly line conveyor belt transmission process of unmanned control. The main one is that the length of the cutting frequency can be set by setting the cutting frequency of the motor, and the processing of the precise shear is achieved. With the progress of the times, the development of science, I discussed the content is just a drop in the bucket. And the research method is the master of the paper for the purpose of the purpose.Key word： PLC, Alpha6000 Frequency converter, Electric machinery, Variable frequency drive目录剪切机电气传动系统设计11. 绪论11.1引言11.2剪切机分类11.3电气传送控制31.4 PLC 简述31.5变频器选型标准32. 自动剪切62.1自动剪切装置62.1.1自动剪切生产线模拟设计图62.1.2自动剪切装置构造原理72.1.3自动剪切机的功能介绍72.2自动剪切的控制方案设计82.3定位剪切方案设计82.3.1定位剪切的控制方式92.3.2伺服速度控制92.3.3伺服送料系统122.4自动剪切装置的控制流程132.4.1系统控制要求132.4.2参数设计142.4.3系统控制自动剪切流程图143. 电气传动控制153.1 电气传动控制流程153.2 PLC163.2.1 PLC的基本结构173.2.2 PLC的I/O存储地址分配173.3 变频器 183.3.1变频器概述183.3.2变频器分类183.4变频器的选型（阿尔法6000变频器的特点）193.5电机的选型204. ALPHA的定长变频控制224.1阿尔法6000配线连接224.1.1阿尔法基本运行配线连接224.1.2多功能选择接口接线方式234.1.3多功能输出端子接线图234.2变频器操作流程244.2.1在阿尔法6000上PLC的设定对照表254.2.2定长动能设定对照表264.3阿尔法6000对应下的电机参数设定对照274.3.1电机驱动数据284.3.2电机电池的选用29结论31致谢32参考文献33附录 阿尔法6000变频器外部连线图341. 绪论1.1引言精度高、速度快的自动剪切机系统具有非常广泛的应用价值，以鞍钢钢铁行 业为例，无论是鞍钢轧钢厂还是厂内配送单位都需要这种快速而且高精度的自动 剪切设备。因为不同厚度与宽度的钢材都需要高效率地被切成统一的尺寸，直接 送到而无需再加工。因此自动剪切设备性能能判断自动化程度以及定尺精度的大 小，这些都将直接影响产品生产效率及质量。而其中板材剪切部分是设备的关键， 而板材剪切有定尺停剪和飞剪两种形式。定尺停剪的精度高，生产效率较低，飞 剪效率较高，但它的精度却相对低些，因此一般用于较长的剪切。1.2剪切机分类(1) 平行刀片剪切机该剪切机的两个刀片彼此平行，因此它通常被用于横向剪切粗轧坯，板坯， 方坯以及其它断面的钢坯，故又被称为钢坯剪切机，如图1-1。有时也还用两个 成型刀片来冷剪小型管坯及袖珍圆钢等。图1-1平行刀片剪切机简图(2) 圆盘式剪切机与平行刀片剪切机对应的是，这种圆盘式剪切机的两个刀片成圆盘状，它们 全部用来纵向剪切钢板的纵向边，也可将钢板剪成窄条，如图1-2。其一般都均 匀布置在连续式钢板剪切机的纵向工作线上。图1-2圆盘式剪切机简图(3) 斜刀片剪切机这种剪切机的两个刀片其中有一个刀片与另一个是成某一角度而倾斜的布 置的，它一般都是上刀片相对倾斜。这种剪切主要是用来横向的热剪或冷剪钢板、 薄板坯，因此也被称为钢板剪切机，如图1-3。它可用来剪切成规矩有一定数量 的小型钢材。图1-3斜刀片剪切机简图(4)飞剪机大部分飞剪机(Flying Shear)都是在轧件的轧制过程中，剪刃之间产生相对 的运动从而将轧件从中切断的设备。而板带车间的飞剪机一般可装设在大部分连 续式轧制的作业线上，包括电镀锡机组，热镀锌或单独的其它剪切机组中，主要 是横向剪切大部分轧件的头、尾或直接将其剪切成一定长度的定尺。而根据飞剪机的机构类型，结构特点、驱动方式，或用途等特点还可以将飞 剪机分为钢坯飞剪机，线材飞剪机，带钢飞剪机这三种类型。如果要按飞剪机的 结构形式不同，切头飞剪机又可分为曲柄式飞剪机以及滚筒式飞剪机两种；甚至 定尺飞剪机也可分为滚筒式飞剪机、摆式飞剪机、模式飞剪机，曲柄式飞剪机等 几种。而在板带车间的飞剪机如果按用途还可分为切头飞剪机以及定尺飞剪机两 大类型。1.3电气传送控制电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置3部分组成。电气 传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态(位置、速度、 加速度等)，实现电能-机械能的转换，达到优质、高产、低耗的目的。电气传动 分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。不调速电动 机直接由电网供电，但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械越来越多 地改用调速传动以节约电能(节约15%20%或更多)，改善产品质量，提高产量。 在我国60%的发电量是通过电动机消耗掉的，因此调速传动是一个重要行业，一 直得到国家重视，目前已有一定规模。1.4 PLC简述可编程序控制器(Programmable Logic Controller)是指以微处理器作为基 础，综合计算机技术，自动控制技术以及通信技术的一种通用自动控制装置。一 般它具有体积偏小，功能强大，编程方便，使用可靠性高等优点，现已广泛应用 于自动化工业生产的各个领域，已经成为了工业控制的主要手段和重要基础设 备，与机器人技术，CAD / CAM并称为现代工业生产自动化三大支柱。目前PLC 已经在众多的领域被广泛应用，其中很多工程技术人员使用过PLC，但PLC的历 史其实并不长。是在1968年才被生产出来。而PLC的发展也绝非偶然，它集中 代表了现在控制技术的发展趋势，是新生一代的控制器。1.5变频器选型标准(1) 根据负载特性选择变频器。如负载为恒转矩负载可选择西门子 MMV/MDV,MM420/MM440 变频器，ABB公司ACS400系列变频器等；如负载为风机、 泵类负载可选择西门子ECO、MM430变频器，ABB公司ACS800系列变频器等。(2) 选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定 功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使 电动机的功率因数和效率变坏。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电 相比较，电动机的电流会增加10%而温升会增加20%左右。所以在选择电动机 和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机 的使用寿命。（3）变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容 的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一、两档选择或在变频器的输 出端安装输出电抗器。（4）当变频器用于控制并联的几台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电 缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过规定值，要放大一档或两档来选 择变频器。另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为V/F控制方式，并且 变频器无法实现电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机侧加熔断器来实 现保护。（5）对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等， 此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。（6）使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的 高次谐波。而这些高次谐波会使变频器的输出电流值增加。因此，选择用于高速 电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。（7）变频器用于变极电动机时，应充分注意选择变频器的容量，使其最大额 定电流在变频器的额定输出电流以下。另外，在运行中进行极数转换时，应先停 止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。（8）驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置在危险场所 之外。（9）使用变频器驱动齿轮减速电动机时，使用范围受到齿轮转动部分润滑方 式的制约。润滑油润滑时，在低速范围内没有限制；在超过额定转速以上的高速 范围内，有可能发生润滑油用光的危险。因此，不要超过最高转速容许值。（10）变频器驱动绕线转子异步电动机时，由于绕线电动机与普通的鼠笼电 动机相比，绕线电动机绕组的阻抗小，因此，容易发生由于纹波电流而引起的过 电流跳闸现象，所以应选择比通常容量稍大的变频器。（11）变频器驱动同步电动机时，与工频电源相比，会降低输出容量10% 20%，变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流与同步牵入电流的标幺 值的乘积。（12）对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况 下，如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话，有可能发生因峰值电 流使过电流保护动作现象。因此，应了解工频运行情况，选择比其最大电流更大 的额定输出电流的变频器。（13）变频器驱动潜水泵电动机时，因为潜水泵电动机的额定电流比通常电 动机的额定电流大，所以选择变频器时，其额定电流要大于潜水泵电动机的额 定电流。（14）当变频器控制罗茨风机或特种风机时，由于其起动电流很大，所以选 择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。（15）选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否 则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。（16）单相电动机不适用变频器驱动。2. 自动剪切2.1自动剪切装置高精度化、高动态的控制系统驱动器是控制系统的一部分，它能够快速实现 机动、高效和灵活的驱动控制方式，其系统性能远远超过同类系统。已经在世界 范围内被广泛应用，它即能保证生产系统具有很高的动态响应，又能快速高精度 的实现自动剪切。如今设备大多采用这种控制系统。剪切机是轧钢轧制生产线及其同类辅助作业线上的辅助设备之一，它目前主 要应用于对轧件进行头、尾或轧件剪切成规定的长度。我们根据剪切机的刀片的 形状、自身配置以及它的剪切方式等，可分为平行刀片剪切机，圆盘式剪切机， 斜刀片剪切机以及飞剪机四种类型。精度高、速度快的自动剪切机系统具有非常广泛的应用价值，以鞍钢钢铁行 业为例，无论是鞍钢轧钢厂还是厂内配送单位都需要这种快速而且高精度的自 动剪切设备。因为不同厚度与宽度的钢材都需要高效率地被切成统一的尺寸， 直接送到而无需再加工。因此自动剪切设备性能能判断自动化程度以及定尺精 度的大小，这些都将直接影响产品生产效率及质量。而其中板材剪切部分是设 备的关键，而板材剪切有定尺停剪和飞剪两种形式。定尺停剪的精度高，生产 效率较低，飞剪效率较高，但它的精度却相对低些，因此一般用于较长的剪切。 2.1.1自动剪切生产线模拟设计图图2-1自动剪切生产线模拟设计图2.1.2自动剪切装置构造原理自动剪切装置通常由原料开卷机，送料机，缓冲校平地坑，编码器，切板割 刀、输送皮带装置六个部分组成，而其中编码器和切板割刀则是整套定长剪切装 置剪切的关键。一般原料开卷机经过校平地坑，按照编码器给定剪切长度进行定 位后，切板割刀将物料切成定长成品，最后再经输送皮带进行收料打包。该装置 可作为实训进行的控制对象，还可用于剪切诸如硬纸板，地板革或墙纸等一些质 地较软的材料。它也能用于工业的生产中，通过改变切刀材质以及剪切的电机大 小功率，来达到切割不同材质不同物料的要求，来满足用户的生产需求。切割机的机构运动过程：一般主电机通过传动二级传送带来让切割刀高速旋 转，同时在平衡力的作用下，令步进电机来驱动蜗轮蜗杆运动，蜗轮能带动摇臂 来上下摆动，用来实现切割刀的进给切割。而在工作台的前后，左右运动中两套 丝杠螺母机构，包括螺母与工作台相连，这样丝杠能由步进电机带动，保证丝杠 在旋转时，可以通过螺母来带动工作台移动，完成剪切横向和纵向的进给。切割刀一般都具备手动和自动切割两种方式，而在自动切割下还有三种切割 模式：直切，逐层切割和进三退一切割剪切方式。其中直切一般是指在切割工件时，工件由卡具夹紧固定，依靠上下摆动砂轮 片来直接恒速进给，从而一次性的将工件切断。进三退一切割方式一般是在切割较大的工件时，进给过程中保证试样的充分 冷却，令工件固定不动，达到砂轮片以前进三步再后退一步的方式切断钢件。进 三退一切割不仅改善了工件的散热，还能防止切口组织过烧引起的组织变化。而逐层切割一般是指在切割较大棒型或板型工件时，切割刀工作台在丝杠螺 母带动下来进行往复运动，工作台工作移动到前端时令砂轮片进行进给，因此砂 轮片每进给一次，工作台就要往复运动一次，直到砂轮片逐层将工件切断为止。 逐层切割能使得切割过程中，保证砂轮片与工件的接触孤长慢慢减小，从而减小 磨削阻力，来延长砂轮片自身寿命，以适应大件切割。2.1.3自动剪切机的功能介绍1. 数码管上可以实时显示出剪切物料进行的块数2. 系统一般可以一直累积本设备剪切出物料块数，除非用户自行清零3. 不同运行方式所具有的不同功能1）自动运行：用户可以预先设定出所需剪切物料长度以及块数，再确认数 据，开始启动。系统可以自动开始工作，并且在数码管上显示出剪切物料的块数。2）手动运行：手动操作也可以说是单步运行的操作，一般适用于系统检测， 可以对部件来进行逐个调试，一般可用触摸屏对自动剪切机进行单步运行控制。4. 报警功能（1）物料过长进行报警；（2）物料过短进行报警；（3）无料时进行报警；（4）物料斗己满时进行报警；（5）切刀空切时报警；（6）当按下启动按钮后剪切刀与刀台长时间都没有进行相对位移时报警（7）当物料从传送带上掉落时进行报警2.2自动剪切的控制方案设计在本文自动剪切装置的设计方案中，主要测长辊是由三菱伺服定位控制系统 提供的控制伺服电机系统，而夹紧机构是气动系统代替生产工业上的液压系统。 而剪切机的运行速度则是由变频器进行控制，选用三菱可编程控制器的控制伺服 电机来与剪切的电机进行配合。而校平机构的压力通常是由人进行手动调节，此 处的校平机构压力通常要稍低于侧长辊，因此我们选择手动调节。而操作人员一 般可通过三菱触摸屏来输入所需剪切物料的长度与数量，通常设定完成后，再启 动系统。而由于变频器一般输出干扰信号较强，所以剪切刀侧面的开关选择埋入 式接近开关，因为埋入式接近开关通常可以进行降低变频电机的干扰工作，来提 高系统工作的稳定性。一般剪切装置上有一个由CC-LINK组成的计数单元，该计 数单元不但可以用于物料的块数计算，还可用于报警工作，所以当实际剪切块数 与我们设定值不相等时，工作人员可以及时参考来进行参数修正工作。2.3定位剪切方案设计定位剪切部分是整个自动剪切装置的关键，通常定尺剪切是在材料停顿进行 的。也就是说，当切刀的刀口进行分离时，定长控制系统才随之启动，而送料长 度由PLC、伺服的定位控制系统进行控制，当触发开始后，保持整套系统以预设 的加减速率固定的最高速度以及目标长度来作为基本参数，从而计算出运转速度 曲线，或直接驱动三菱伺服电机进行送料，这样当输送的长度到达了规定的长度 时，伺服电机会停下，物料会停止运动，而切刀的刀口下行，从而将物料切断， 接着物料会由传输装置直接输送到收料装置。依次顺序循环，会自动地将物料剪 切成规定的长度成品。而自动剪切装置其中的机械部分则由夹送机构以及剪切机 构这两部分组成。夹送机构是由交流伺服电机进行驱动来旋转，通过上下夹送辊 的加紧来调至好压紧物料力度，从而使物料能在两辊中按照设定的速度进行无滑 动滚动，来完成送料以及测长的过程。通常剪切机构是由变频减速电机来带动连 续上下的运动，剪切速度是由PLC跟据每刀定长剪切长度等条件精确算出。2.3.1定位剪切的控制方式一般在控制方面，我们根据具体的控制要求不同，剪切控制方式通常可分为 以下两种方式进行控制：1. 位置全闭环控制方式位置全闭环的控制方式中，一般在测量轮上可以安装增量式光电编码器，使 得伺服电机上的编码器能够作为速度反馈元件进行反馈，相对应，测量轮上的编 码器则可以作为位置反馈元件。这时，伺服控制器通常可基本消除牵引辊打滑与 机械传动之间产生的长度的误差。可是安装增量式光电编码器后其机械结构会相 对复杂些。我们为保证控制精度，通常采用位置全闭环控制方式。2. 位置半闭环控制方式在位置半闭环控制方式下，通常伺服电机上反馈元件既可作为速度反馈元件 又可作为位置反馈元件。而我们根据设定的加速度、减速度，以及运行速度和长 度不同，来定位自动模块的完成速度，以及对其位置控制。一般这种控制方式不 能消除牵引辊打滑与机械传动之间产生的长度误差。但我们一般可以通过定位功 能用软件来自身修正这些系统误差。2.3.2伺服速度控制当我们进行定长剪切时，通常要先校订标准的速度。当剪切速度过快或过 慢时，都需要对其进行校正。所以，为了使物体的方位、位置、状态等状态输出， 可以跟随输入量任意变化来变化，我们一般需要对伺服控制的速度来进行控制， 以上过程称为伺服速度的控制。一般当剪切长度L （伺服行程）小于某一长度时，定位智能模块给定“三角形”速度会进行控制，而当大于某一长度时则会采用梯形值进行控制。通常根据计算方式不同，伺服控制速度主要采取以下两种方式来进行计算;1)三角形的速度设计方案条件：L <a v 21w-2a 2max图示:图2-2对应三角形速度计算图对应符号计算： a 12 + a 12 = L (1)2 1 S12 2s 2v = v + at (3)9= "s112s112 La1C a )1 + T "a )ts1t = ts1a s12a2+ 1a )2si当t < 时，maxvnamaxV 2n2a 2maxa1 1 +定位模块a1设定后"t伺,t 2可解：根据定位模块的设定的值，可得到加速时间t" =10（ms）根据定位模块的设定的值，可得到减速时间为t =10（ms）s 2根据程序里的设定的送料速度，可得到最大速度v = 235 mm min将t =10（ms）t =10（ms）v = 235mm/min 带入式子（1）（2）（3）中经计 算得：L = 2.35（mm）2）梯形速度的设计方案条件：L < ZN- 1 + ' 0 < K < 1图2-3对应梯形速度计算图2a2 " a ?对应符号计算：k t +1 + k t = t v = v + at （ 1）1 s1 1 1 s 2mt 0k t + 11 +1i siasii2=t （2）2+ ka t t = L(3)a k"2si12 La_ t u2 Lr a )Vis 2a I(a )a2 1a i + 一1k a J '2 y?ika J、2 7tsitm 02 l" + 绘"a2 Jai|2 lG + aI " a2 J 1 a i根据定位模块设定出的值，可得到加速时间t i = i 0（ms ）L + kt+k i+一 tak %si2k根据定位模块设定的值，可得到减速时间t = i 0（ms） s 2根据程序设定送料速度v = 235（mm mn）2.3.3伺服送料系统图2-4伺服送料角度简图剪切传动的频率为f 2，每分钟剪切次数Nf2 = fN2 = 50HZ 时N = 90方 5 = 0.55 N90当N = 90时f 20 = 0.55*90 = 49.5HZf2最高频率设置为50HZ疽每次允许伺服进给的时间（秒）P = 72。60 36X=NN（2）60X=N得：v 2088-9LN =116将Tm代入公式（3）V 36000 X 235N =L + 2350在实际使用中每分钟剪切次数经计算得：N > %2.4自动剪切装置的控制流程本文设计目的：通过快速送料以及高精度定位剪切。其中定位控制系统一 般采用PLC定位模块QD75P，MR-J3数字交流伺服的驱动系统结合，再经过严密 论证以及精确参数计算，使得剪切精度完全达到要求（其中每块误差在土 0.15mm 以内）。而利用三菱FR-A700变频器，Q62DAN模拟量输出模块组成变频调速和 定位的控制系统配合流畅，就能够实现高速剪切（其中剪切速度高达90块/min）。 利用单片机的动态能够显示出原理，再配合CC-Link就能够设计出物料块的计数 单元，而数码管也可以实时地显示出剪切物料的块数，接着停剪保持显示状态， 最后用户清零。2.4.1系统控制要求1. 运行方式：其中开卷机、送料机以及剪切机都具有手动/自动工作方式。 在采用自动工作方式时，一般系统按预先设定的流程不间断地进行循环工作；而 手动工作方式则是在调试，设备单动、以及检修的阶段使用；2. 协调一致：在选择自动工作的方式后,开卷机，送料机以及剪切机这3种 设备都需要配合使用，所以就要求它们动作都能够协调运行；3. 实时显示：在系统各个工序运行情况，报警的信息，送料的长度以及工件 数量等信息都必须在触摸屏上显示出来；4. 故障的检测：一般系统都能够自动检测出各个工序运行情况是否正常。出 现异常情况,就会在触摸屏上显示出错误,于此同时生产线就会停止运行；当故障 解除后,手动启动按钮就能让生产线保持继续运行；5. 紧急停止：当系统出现了紧急情况时，就按下急停按钮，这时所有运行的设 备都会停止；6. 安全保护：在程序的设计过程中，会对关键环节设置防护，以避免人身事故 的发生；2.4.2参数设计我们操作系统一般都是采用三菱Q系列的PLC，本系统还大量使用了 QD75P 与MR-J3A组成伺服定位系统，而定位控制编程部分则是使用设置/监控软件QP (GX-Configuration)通过填表的方式来完成的。Q00J-PLC主要用来送料，剪 切以及传输皮带的程序控制，而控制程序一般包括手动和自动两个部分，设备的 运行速度的匹配以及各部分之间的通讯联系是控制难点。所以采用串行数据传送 (RS232或USB)来实现PLC与PC机之间的通讯联系。2.4.3系统控制自动剪切流程图图2-5自动剪切控制流程图3. 电气传动控制电气传动系统又称电力拖动系统，它是以电动机作为原始动机启动的机械系 统的总称。该系统是为了能够通过控制电动机来实现生产机械的启动与停止。并 且随着时代的进步，可以自动化调节速度与位置，并且越来越满足对环境，节能 方面的要求，也因此在现代社会中应用越来越广泛。最近越来越多的理论与政策 被广泛应用于传送系统中，而且取得了非常好的效果。课与大多数系统不同的是， 它的闭环控制结构，可以用调节器使得被控对象符合系统要求。3.1电气传动控制流程变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用通用变 频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产 品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了 节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类 型的变频器。因此，在本论文中，该电气传送系统的基本控制流程为PLC-变频 器-电机的基本控制方式。380 V 50/60HZ1P-3 + 567S p L CP-34567S X X X X X X XKH7KF5*漆y-3ov3.2 PLC之所以PLC应用广泛，还代表了工控技术发展趋势，是因为它一般具有强大 的功能。PLC基本功能通常体现在开关量的控制上，而这也是PLC发展初期的主 要功能，也是为了取代继电器电路发展起来的。不过如今它的模拟控制功能却也 被应用于实际控制中。PLC 一般都能够进行清晰的逻辑判断，而且又有类似于单 片机定时及计数功能，还能够进行记忆或算术的计算。此外PLC的功能除了基本 开关量及模拟量控制之外，一般还有运动控制，数据处理，过程控制以及通信功 能。此外PLC还能够高速计数，以实现位置闭环检测，反馈控制的功能。PLC中的运动控制一般是指用运动控制模块来实现直线控制和圆弧轨迹的 控制。现在世界上的几个主要的PLC制造商都有自身研究出来的运动控制单元。 其中过程控制是对温度，压力等模拟量进行的闭环控制。PLC还能够编制控制的 算法程序以完成闭环控制。而且PLC的过程控制的适用场合相当多，诸如在锅炉， 热处理，冶金等行业里面都可。其中的数据处理功能一般是指PLC拥有的数学运 算，数据转换，数据传送，排序，查表、位操作等功能，依靠这些能够完成数据 采集，分析和处理工作。这些采集的数据都能够和存储器的标准值相比较，之后 按照一定算法或规则来进行控制。一般数据处理在小型的控制系统中都很少看 到，但在大型的控制系统中会经常出现。而数据处理功能也会在过程控制当中。PLC的通信功能包含了 PLC和其他两个智能单元通信。PLC又是在微计算机 基础上发展起来的，因此它具有强烈的计算机处理特色；再加上外围线路改进， 所以又具有不同于计算机的特点。而由于PLC本身是由硬件组成，所以其对环境 适应能力很强，其实这与抗干扰技术有很大的关系。它具有硬件故障自我检查的 能力，输出警报的信息，因此它的故障率非常低°PLC之所以如此强大，学习起 来轻松容易，上手之后也很得心应手，这些都与触点代替了电器元件实体有关系， 只要改变内部程序，就能够改变电气电路，所以易于开发研究，而研发周期也因 此大幅度缩短。尽管PLC的功能已经如此完善，但是它也像其它技术一样，都有着它自身要 走的道路，有着自身发展趋势。而PLC具有更良好兼容性，虽然在目前有一些 PLC只有通信功能，但其兼容性有利于网络化处理，也有利于集群的控制，用来 实现那些难以实现的目标。3.2.1 PLC的基本结构广义上讲，PLC就是计算机系统，只不过比一般的计算机系统具有更适用于 控制的编程语言，以及为适应工业环境所产生抗干扰性能。它的结构和计算机系 统十分类似，都是由中央处理器(CPU)，存储器，I/O接口，电源等主要部分组 成。而由于PLC中央处理器是由微处理器单片机以及位片计算机组成，所以存储 器和输入/输出部件形式比较多样，因此它的PLC组成也可用微机系统的总线结 构形式表示出来。PLC 一般采用典型计算机结构，由CPU，存储器和FO单元等部分组成，它的 内部采用为总线结构，来进行数据处理以及指令传输。而按照结构形式不同，PLC 一般还可分为整体式和单元式的结构。其区别在整体式结构一般将CPU、RAM、 ROM、VO等单元都组装成一个主体，来构成主机。而单元式结构组成的PLC各个 部分一般是高度集中的单元，它们分别被相对应电路板或模块，而在模块之间是 通过底板上总线来相互连接。其实无论哪种结构类型PLC，它的外部开关信号，模拟信号，传感器检测到 信号都可作为PLC输入变量，再者它们一般经PLC输入端子输入到内部的寄存器 中，再经PLC内部逻辑运算以及它运算，处理后再送到输出端子，因此它们为 PLC输出变量。而PLC系统和用户的程序都会存放在存储器中，在输入信号经过 FO单元来传送至CPU，这时CPU就会按照用户程序里的指令来执行逻辑算术运算， 并发出相应控制指令，该指令可以通过FO单元传到现场，来驱动相应的机构动 作，来完成相应控制任务。3.2.2 PLC的I/O存储地址分配1. 输入端口剪切机控制系统PLC输入端口一般包括x为向前/后限位，Y为向左/右限 位，z为向上厂F限位，而门控制为1 / 2安全限位，在高速计数器以0 / 1输入。 此外还包括触摸屏串口输入地址分配，手动操作的单量输入以及自动操作的参 数，启动，测试，停止等输入信号。2. 输出端口剪切机的控制系统PLC输出端口包括x为向脉冲信号，Y为向脉冲信号，z为向脉冲信号，以及x方向信号，Y方向信号，z方向信号。此外还包括PLC串 行输出地址的分配，来对变频器进行有效控制。3.3变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术， 通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要 由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检 测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和 频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的 目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着 工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。3.3.1变频器概述变频器输出为PWM波，含有较多的高次谐波。变频功率传感器通过对输入的 电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量 输入变频功率分析仪，数字量输入变频功率分析仪对电压、电流的采样值进行运 算，可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波 电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路 大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的 滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是 电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变 流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”。3.3.2变频器分类变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。大量使用的是二极管的 变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流 器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。高容量电容：存储转换后的电能。在整流器整流后的直流电压中，含有电源 6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制 电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和 主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成