用PLC和变频器技术对C5112B立式车床的改造.doc

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1、2011届毕业设计课题名称：用PLC和变频器技术对C5112B立式车床的改造专业（系）： 电气工程系班 级： 铁道自动化091学生姓名： 刘荣旭指导老师： 罗钟祁完成日期： 2011-112011届毕业设计任务书一、课题名称用PLC与变频器控制C5112B立式车床二、指导老师罗钟祁三、设计内容与要求1、课题概述C5112B立式车床是用于加工直径大，长度短的工件，主要部件有圆形工作台、床身、立柱、横梁和刀架。圆工作台在立柱中间，围绕着垂直轴心旋转。工作台与床身之间有圆形导轨，以固定工作台的位置和承受工作台及工件的巨大重量。立柱上装置横梁，横梁可以沿立柱上下移劫，在机床加工时，横梁必须夹紧在立柱上

2、面。横梁上装有一个垂直刀架，刀架能沿着横梁左右快速移动和进给移动。刀架上装有滑枕，滑枕可以使刀架上下快速移动和进给移动。立柱上还装有侧刀架，侧刀架也可实现上、下、左、右快速移动和进给移动。垂直刀架和侧刀架的移动除进给电动机、快速电动机外，还应用了电磁离合器。电气设备的操纵，设有移动的悬挂操纵箱，上面装有各种开关和操作按钮。由于立式车床的结构复杂，因此都采用多电动机拖动，电气线路比较复杂。C5112B立式车床的工作台直径为1120mm，机床运动部件全部采用三相笼形异步电动机拖动。由于该机床的工作环境差，由继电器、接触组成的电气控制电路的故障率高，为了提高设备的利用率，采用三菱FX2N型或SC20

3、0PLC控制液压、横梁和刀架的工作，用PLC与变频器控制工作台的工作。2、设计内容与要求（1）C5112B立式车床电气控制1）C5112B立式车床的主要结构、运动形式与电气控制要求。2）主电路工作原理分析。3）控制电路工作原理分析。4）电磁离合器直流电路工作原理分析。5）辅助电路分析。（2）C5112B立式车床的PLC控制系统的改造1）改造意义本题的改造目标为利用可编程控制器及变频频器实现对C5112B立式车床的工作台自动控制和平滑调速，消除变速对机械的冲击，提高工作效率，减少噪声，取缔原主轴控制系统，从而达到既经济又快捷地运行目的。对其它部分用PLC控制，使该立车复杂的电气控制系统变得简单，

4、清晰明了，维护方便，运行精度高，故障少。2）工艺要求 工作台共有2种转速，原变速是通过电动机脉动与电磁铁控制液压驱动油缸变速。现用变频器控制实现7种变速。 刀架运动方向及进给，除电动机外，还用了电磁离合器，为了保护PLC不损坏，PLC输出口采用小型中间继电控制电磁离合器。 电路应有完善的保护（3）系统设计要求1）PLC与变频器选型。2）程序设计 根据输入，输出控制要求进行PLC的I/O分配。 变频器对外接线端子分酝及速度与端子的关系。 设计PLC控制系统接线图。 程序编辑与注释说明。3）程序调试。四、设计参考书工厂电气控制 科学出版社电工手册 学生使用指导书电机电气控制指导实验书 郑风翼主编（

5、人民邮电出版社）看图安装电气设备和电路 冯胤明主编（机械工业出版社）五、设计说明书要求1.封面2.任务书3.内容摘要（200-400字左右）4.目录5.引言6.正文（设计方案比较与选择，工艺分析，论证，计算，设计结果的说明及特点）7.结束语8.附录（参考文献、图纸、材料清单）六、毕业设计进程安排 1、前2周对本设计系统的内容、要求及标准进行了解，学习，收集相关资料，定设计方案。 2、35周系统设计。 3、6周资料整理，论文初稿完成。 4、7周完成设计任务书，上交电子稿。 5、8周修改后定稿（上交电子稿及纸质文档）。 6、准备毕业设计答辩。七、毕业设计答辩及论文要求 1、毕业设计答辩要求 2、答

6、辩前三天，每个学生按时将毕业设计说明书或论文专题报告等必要资料交给指导老师审查意见。 3、学生答辩时对自述部分写出书面提纲，内容包括课题的任务，目的和意见，所采用的原始材料或参考文献，设计的基本内容和主要方法。成果毕业结论和评价。 4、答辩小组咨询课题的关键内容，咨询与课题密切相关的基本理论，知识，设计和计算方法，实验方法，测试方法，鉴别学生的独立工作能力，创新能力。 5、毕业设计论文要求 6、文字要求：说明书要求打印（除图纸外），不能手写。文字畅通，语言流畅，排版合理，无错别字，不许抄袭。 7、图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注

7、释必须使用工程文字书写。 8、曲线图表要求：所有曲线，图表，线路图，程序框图，示意图等不准用徒手画，必须国家规定的标准或工程要求绘制。摘 要C5112B立式车床工作台直径为1120mm，是机械加工的主要设备，适于加工直径大、长度短的工件。在生产过程，常会发生电器和机械故障。因此在维修工作中，首先必须对电路进行分析，掌握电路的工作原理。下面就电路的工作情况进行分析。在PLC技术的应用中，电气工程师不再在硬件上花费太多功夫，只考虑将控制按钮或检测传感器连接在PLC输入点，再通过PLC内部处理，在输出点连接接触器或继电器，来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接连接即可。随着自动化技术，计算机

8、技术及网络通信技术的迅猛发展，使PLC的功能日增多，它不仅能实现单机的控制，而且能实现多机的控制，同时随着PLC技术的不断发展，在自动化技术的领域中PLC起到了不可忽略的作用，由于PLC在与继电器的比较中有着许多的功能胜过或者是优于继电器，从而使PLC逐步取代继电器，使得其自动化控制有了更进一步的发展，无论从操作，维修，保养还是从线路的简化等方面都更加的方便，其优点更加的突出！本文就根据PLC的优点对C5112B立式车床进行电器线路改造.机床原有的操作方式不变,机床的主电路不变,从而使机床的控制线路简化了,机床故障率降低了。 首先提出电路改进的总体构思,设计出了PLC的梯形图及接线图,重点分析

9、了部分电路的调试过程。关键词：C5112B立式车床；接触器控制系统；PLC控制； 机床电气线路改造；PLC程序设计SummaryC5112B vertical lathe 1120mm diameter of workbench, mechanical processing, the main equipment for processing of large diameter and length of short workpiece. In the production process, electrical and mechanical faults occur often. There

10、fore, the first in the maintenance of circuit analysis, must grasp the circuit principle. The circuit analysis work.In the application of PLC technology, electrical engineer will no longer on hardware spending too much effort, only will control button or detection sensor connection in PLC input, aga

11、in through the PLC output in internal processing, connect contactor relays, or control of power equipment, and start small power output devices connected directly.As automation technology, computer technology and network communication, the rapid development of technology, make the function of PLC, i

12、t can not only realize, single control, and can realize more control of the machine, at the same time, along with the development of technology of PLC in the field of automation technology of PLC in the function of PLC, because in comparison with the relay has many functions is better than or relay,

13、 thus gradually replacing PLC relay, make its automation control have further development, no matter from operating, maintenance, maintain or from the aspects of simplified line more convenient, its advantage is more outstanding!Based on the advantage of PLC to C5112B vertical lathe. Machine wiring

14、way of operation, the original machine main circuit, which makes the control circuit of the machine tool, simplified rate decreased. First, the overall improvement circuit design for PLC ladder diagram and the wiring diagram, emphatically analyzed the part of the circuit testing process.Keywords: C5

15、112B vertical lathe Contactor controlling system PLC control The electrical wiring machine PLC program design目录摘 要4引 言8第一章 C5112B型立式车床91.1立式车床简介91.2 C5112B立式车床定义101.3 C5112B立式车床结构和特点101.4 C5112B立式车床电路工作原理分析11第二章 变频器简介142.1变频器简介142.2变频器的保护功能152.3变频器的选型162.4变频器的组成及工作原理172.5 变频器变频调速设置20第三章 PLC简介223.1 P

16、LC的基本概念223.2 PLC的结构233.3 PLC内部运作方式253.4 PLC的选型263.5 PLC的工作原理273.6 PLC编程语言28第四章 C5112B立式车床的改造294.1 C5112B立式车床的改造目的294.2 C5112B立式车床的改造原理294.3 常见故障分析与处理32心得体会32参考文献33附录34引 言由于市场竞争日趋激烈，产品更新极为迅速。随着重工业以及轻工业消费品生产的高速增长，中小批量零件的生产及复杂零件越来越多，精度要求也越来越高，这就要求加工设备具有很高的效率和加工精度。而传统的普通机床已远远不能满足现代生产的需要。随着现代计算机技术和自动控制的飞

17、速发展，信息处理功不断提高，而价格不断降低。这使得计算机在机械制造行业得以广泛的应用。以数控技术为核心的现代制造技术，以微电子技术为基础，将传统的机械制造技术与现代控制技术，传感检测技术，信息处理技术有机结合在一起。构成高度信息化，高柔性，高度自动化的制造系统。微机控制的数控机床以其高精度，高柔性及适合加工复杂零件的性能，变频正好满足当今市场竞争的需要。可编程控制系统，简称PLC，可根据不同的指令进行不同方式的信息处理。由于PLC可完全有软件来确定数字信息的处理过程，从而使得机床具有正真的柔性，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，使机床控制系统性能和可靠性大大提高。以PLC为代表的数控设

18、备的生产与应用水平反映了一个国家的机械与电子水平。它的推广应用对于提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术落后的状况起着极为重要的作用。本文主要是将传统的C5112B型立式车床的电气控制系统改造成为PLC控制的程序控制系统。改造后的系统是以微处理器系统为控制核心，取代继电器的硬开关控制，实现软开关自动控制，工件在一次安装后，完成多道工序的加工，通过编写不同程序完成各种较为复杂的零件的加工。PLC-变频器控制的机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度，电气性能安全可靠，传动无间隙，功率大，便于操作和维修，机床PLC改造是应尽量达到上述要求。不能认为电子装置与普通机床连接在一起就达到了PLC控制的

19、要求，还要对主要部件进行相应的改造使得达到最优的设计要求，才能获得预期的改造效果。第一章 C5112B型立式车床1.1立式车床简介 立车主要用于加工直径大、长度短的大型、重型工件和不易在卧式车床上装夹的工件，回转直径满足的情况下，太重的工件在卧车不易装夹，由于本身自重，对加工精度有影响，采用立车可以解决上述问题。 立式车床一般可分为单柱式和双柱式。小型立式车床一般做成单柱式，大型立式车床做成双柱式。立式车床结构的主要特点是它的主轴处于垂直位置。立式车床的主要特点是：工作台在水平面内，工件的安装调整比较方便。工作台由导轨支撑，刚性好，切削平稳。有几个刀架，并能快速换刀，立式车床的加工精度可达到I

20、T9-IT8，表面粗糙度Ra可达3.2-1.6um. 立式车床的主参数为最大车削直径D。 1.2 C5112B立式车床定义C5112B立式车床工作台直径为1120mm，是机械加工的主要设备，适于加工直径大、长度短的工件。在生产过程，常会发生电器和机械故障。因此在维修工作中，首先必须对电路进行分析，掌握电路的工作原理。1.3 C5112B立式车床结构和特点该机床（如图1.3所示）由左、右立柱、顶梁、工作台底座组成框架式结构，刚性强，能承受较大的切削负荷。横梁沿立柱导轨上下移动，由碟形弹簧通过杠杆夹紧在立柱上，横梁升降的操纵按钮在悬挂按钮站上，横梁上有微动机构可调整横梁水平位置。左右两个立刀架装在

21、横梁上，在横梁上装有供手动操作刀架的手柄，以便于调整刀架的位置和对刀。滑枕重量由压力油进行平衡。在刀架滑座的上部装有两个卸荷滚子，拧动其上端的螺钉可调整卸荷滚子的承载能力，以便减轻手动操作时的用力。工作台由主电机经变速箱直接启动和制动。各级转速由变速箱内变速油缸推动交换齿轮实现十六种转速的变换，转速变换选择开关在悬挂按钮站上。工作台镶有锌铝铜合金耐磨导轨板，并在导轨间通入压力油（ 0.204Mpa ）以提高导轨承载能力。工作台主轴上装有一个单向推力球轴承和一个双列短圆柱滚子轴承，以保证主轴能在高精度下平稳地工作。横梁、左右刀架上各装有一个润滑手压油泵，以便操作者方便地对它们进行润滑。图1.3

22、立式车床结构1.4 C5112B立式车床电路工作原理分析1.4.1分析电路的方法(1)分析主电路：从电气原理图的主电路中，看有几台电动机拖动和它们的作用，再看电动机的起动和运动方式，有什么保护等。(2)分析控制电路：从主电路中接触器触头的文字符号，到控制电路当中去找它对应的线圈各元件间的联系，控制关系和在什么条件下回路构成通路或断路，进一步看其电机的控制方式。(3)分析电气与机械的联系：根据该机床对电气控制要求，分析各拖动电动机间的电气联锁，尤其是机械操作手柄与电气联动情况，对于有些电器，应结合触头闭合表看电器动作。(4)分析电路的组成：除交流电路外，是否还有直流电路，它在电路中有可作用等。1

23、.4.2立车电气线路分析(1)主电路（图见附录6）主电路其有7台电动机：M1：液压泵电动机 工作台变速与起动横梁升降机构放松，给润滑系统提供润滑油。M2：工作台电动机 采用Y-降压方式起动及能耗制动。M3：垂直刀架（立刀架）电动机 刀架快速移动。M4：垂直刀架进给电动机 刀架进给运动，采用双速电动机。M5：侧刀架快速电动机 刀架快速移动。M6；侧刀架进给电动机 刀架进给运动，采用双速电动机。M7：横梁升降电动机(2)控制电路（图见附录5、7）控制电路由控制变压器TC输出110伏供电，直流回路电压有两组，一组为24伏，一组为27伏，由二极管组成桥式整流获得。24伏供能耗制动电路，27伏供电磁离合

24、器电路，由三相四线电源取220V供电磁铁电路。1)电路工作准备状态合上总开关QF1，接通变压器TC，信号灯“HL”亮，表示电源已进入，此时若按下按钮“SB2”接触器KM1得电并自锁，油泵电动机M1启动，KM1常开触点闭合接通了整个控制回路，此环节保证了机床必须在有润滑的前提下工作，按下按钮SB1油泵停止，切断控制回路，SB1又兼起机床总停作用。2)工作台的起动停止与制动因交流电动机M2容量较大，采用了Y-起动方法，为缩短停车时间慢性，采用了能耗制动。按下按钮SB4，继电器KA1接通并自锁，其常开触点接通发接触器KM2，并随后接通接触器KM4。工作台电机M2在Y形接线状态下降压启动，由于时间继电

25、器KT1同中间继电器KA1一起吸合，经一定延时时间（5-7S）后，其延时动断触点KA1切断接触KM4，并接通接触器KM3，使电动机进入接线状态下运转。停车时，只需按下按钮SB3，使其常闭点断开，则继电器KA1和接触器KM2、KM3相继断电复位，电动机M2断电处于自然停车状态，若将SB按到底，使其常开触点闭合，则时间继电器KT2得电，经一定延时（1-2S）后，其延时动合点，接通制动接触KM5，其常开触点闭合送入直流电流进行能耗制动，松开按钮SB3制动便解除，调整时间继电器KT2的延时时间，就可以调整制动的快慢。3)工作台的点动按下一步按钮SB5，接通接触器KM2，并随之将接触器KM4接通，使电动

26、机M2在Y形接线状态下运动，松手即停。4)工作台变速如要改变工作台的旋转速度，须先将变速转阀旋转到所需的转速位置上，然后按下变速按钮SB6使时间继电器KT4工作，KT4的常开瞬时触点闭合，使电磁铁YV1吸合，接通了油路。一方面抬起定位锁杆，借液压驱动油缸变速。另一方面锁杆运动，使装于干杆端的变速开关SQ1动作，其触点在（4-6/N-1）处断开，在（4-24/N-5）处闭合，若延时继电器KT4延时动合点，（24-25/N-5）闭合，则接通时间继电器KT3，其瞬动点，KT3（4-12）闭合，接通了接触器KM2和KM4，电动机在Y形接线下伺服运转，经一定延时后，KT3延时动断触头断开时间继电器KT4

27、回路，KT4延时动合点复位，切断时间继电器KT3回路，一个伺服过程结束。若变上速，则行程开关SQ1复位，变速过程结束。反之，SQ1被压没有复位，由于KT3动断点复位，KT4又得电，重复上述变速过程。在整个变速过程式中，信号灯HL3亮，变速完成后，KL3熄，在整个变速过程中，信号灯KH3亮，变速完成后，KL3熄灭。时间继电器KL3调整0.5秒左右，KT4调整为3秒左右。5)横梁运动按下按钮SB13或者SB14，继电器KA6接通，其触点在（Y1-13）接通。使电磁铁YV2吸合，接通油路，压合夹紧放松开关SQ4（72-73/N1-13），接触KM18或KM19接通，使电动机M7得电运转，带动横梁作上

28、升或下降运动，松手即停，电磁铁YV2断电，夹紧放松开关SQ4复位。横梁上下设有限位开关SQ5、SQ6，向下还经过64号线到SQ3限位开关。6)刀架运动（垂直刀架，侧刀架）各刀架动作程序相同，仅以立刀架向左为例予以说明。a快速移动：将十字开关SA2扳向左，其触点（4-45）闭合，继电器KA2得电，其常开触点，（4-40/N1-8）（404-411/V1-7）分别接通了接触器KM10和水平运动电磁离合器YC5，然后按下按钮SB7，接触器KM6得电，KM6主触点闭合，快速电动机M3运转，立刀架向左快速移动，松开按钮SB7，快速电动机M3停止运转。b进给运动：将十字开关SA2扳在左边位置，其常开触点S

29、A2（4-45）闭合，继电器KA2得电，KA2的常开触点（4-40/N-8）（404-411/Y1-7）闭合，分别接通了接触器KM10和水平运动电磁离合器YC5，垂直制动民磁离合YC4，根据工件情况，将电动机运转方式开关SA1打到“”或“”位置，当打到“”位置时，按下按钮SB9，接触器KM7得电，KM7的常开辅助接点（404-406/N-7）闭合，进给电磁离合器YC1得电，主触点闭合进给电动机M4 大 接法作低速运转，刀架向左进给，按下按钮SB8，接触器KM7断电，主触点释放，电动同M4停止运转，辅助点断开，离合器YC1断电。将SA1打到“”位置，接触器KM8、KM9得电，进给电动机M4在双

30、形接法下高速运行。SA5、SA6是垂直和水平制动电磁离合器接通开关，操作时应将开关合上。十字开关换向操作时，不可直接由一个方向扳到另一方向，必须回到零位后，再倒向另一方向。7)照明和工作指示电路由控制变压器TC提供24伏安全电压给手提式工作照明灯，6伏给电源指示灯HL1，油泵工作指示灯HL2、变速指示灯HL3。8)电源总开关QF1设有必备的机械联锁机构，机床不使用时，可以锁住电源开关，若打开配电箱门时，只能在切断电源时方能打开。电路工作准备状态主轴变速变速指示变速成功主轴控制主轴Y/启动立车加工运行主轴制动主轴点动刀架控制垂直/侧刀架控制快速进刀调整制进刀速度选择进刀方向选择进刀运行横梁上下运

31、动横梁放松动作横梁机构动作到位了吗？横梁夹紧动作开始结束变速结束图1.4 C5112B立式车床运作流程图第二章 变频器简介2.1变频器简介变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。变频器的英文译名是VFD（Variable-frequency Drive），这可能是现代科技由中文反向译为英文的为数不多实例之一。（但VFD也可解释为Vacuum fluorescent display，真空荧光管，故这种译法并不常用）。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作

32、电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作VVVF（Variable Voltage Variable Frequency Inverter）。2.2变频器的保护功能 保护功能如以下几类： 1. 电涌保护：电涌保护针对侵入主电路电源线之间和接之间电涌。2. 过载保护：过载保护变频器输出电流超过额定值，且持续流通达规定时间以上，防止变频器、电线等损坏要停止运转。过载保护需要反时特性，通常采用电子热继电器进行保护。过负载是负载GD 2（惯性）过大或因负载过大使电动机堵转而产生。 3. 过电压保护：再生过电压保护采用变频器使电动机快速减速时，再生功率

33、使直流电路电压升高，超过容许值。可以采取停止逆变器运转或停止快速减速办法，防止过电压。 4. 欠压保护：电源电压降低后，主电路直流电压若降到欠电压检测值以下，保护功能动作。另外，电压若降到不能维持变频器控制电路的工作，则全部保护功能自动复位（检测值:DC400V）。 5. 过电流保护：接过电流保护变频器负载侧接时，保护变频器要有接过电流保护功能。但确保人身安全，需要装设漏电保护。变频器中过电流保护的对象主要指带有突变性质的、电流的峰值超过了过电流检测值（约额定电流的200），变频器显示OC表示过电流，由于逆变器件的过载能力较差,所以变频器的过电流保护是至关重要的一环。 6. 冷却风机保护：冷却

34、风机异常有冷却风机装置，当风机异常时装置内温度将上繁荣昌盛，采用风机热继电器或元件散热片温度传感器，检出异常后停止变频器。温度上升很小对运转无妨碍场合，可以省略。 7. 过热保护：过热是经常会碰到的一个故障。当遇到这种情况时，首先会想到散热风扇是否运转，观察机器外部就会看到风扇是否运转，此外对于30kw以上的机器在机器内部也带有一个散热风扇，此风扇的损坏也会导致变频器报警。根据设定值，变频器停止输出，电机过热时，修正负载的大小，加减速时间，运行周期时间;修正V/F特性;确认从端子A1/A2输入的电机温度。 8. 短路保护：接地故障也是常会碰到的故障，变频器输出侧的接地电流超过了变频器额定输出电

35、流的50，主要原因是变频器输出侧发生了接地短路（电机烧毁、绝缘劣化、电缆破损而引起的接触、接地等）。2.3变频器的选型1. 变频器容量的选择 变频器容量的选择是一个重要且复杂的问题 要考虑变频器容量与电动机容量的匹配 ，容易偏小会影响电动机有效力矩的输出，影响系统的正常运行，甚至损坏装置，而容量偏大则 电流的谐波分量会增大，也增加了设备投资。2. 变频器容量选择的步骤 变频器容量选择可分三步 ： ( 1 )了解负载性质和变化规律,计算出负载电流的大小或作出负载电流图 I= f ( t ) ； ( 2 )预选变频器容量及其他 ； ( 3 )校验预选变频器 。必要时进行过载能力和起动能力的校验,若

36、都通过，则预选的变频器容量便选定了;否则从( 2) 开始重新进行 ，直到通过为止。 在满足生产机械要求的前提下，变频器容量越小越经济。3. 设计变频器选定机床主轴电机转矩大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载，本次设计的工作台电动机额定功率为2.2KW,380V电压下正常工作时，额定电流为0.18A，要是变频器安全正常的运行工作，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，考虑到这种情况变频器选择三菱变频器FR-F740，根据本次设计需求，变频器需要实现正转运行的7种速度的要求，变频器的STF键与PLC的Y1输出端口连接

37、，RH、RM、RL分别与PLC的Y2、Y3、Y4口相连，变频器的接线方式见附录4。其操作面板及按键功能如图2.3所示。 图2.32.4变频器的组成及工作原理变频器通常分为4部分（如图2.4所示）：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。高容量电容：存储转换后的电能。逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率，宽度，幅度的方波。控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。图2.4 变频器的结构框图2.4.1主电路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， 它由三部分构

38、成，将工频电源变换为直流电源的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“滤波电路”，将直流功率变换为交流功率的“逆变器”，以及消掉再生功率的“制动电路”。 （1）整流器：最近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。（2）滤波电路：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滤波电路。滤波电路需两个电容并联CF1和CF2，同时各一个等值电阻R1和R2。因为工频电源经变流器整流后变成510V左右直流电

39、，而我们的电容耐压最高一般在500V左右。同时我们要求电容两端的电压相等，因此并联两个等值电阻。 （3）逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。它是变频器的核心部分，其开关器件主要采用GTO、GTR、MOSFET、IGBT等。由于开关器件过电流、过电压能力差，在其两端并联RC串联网络，以免损坏开关器件。 1)逆变器工作原理说明三相桥式逆变电路由六个电力电子开关器件组成如图2.5 a所示，控制各开关器件轮流导通和关断，可使输出端得到三相交流电压。三相桥式逆变器电路在工作过程中应注意：a、三相之间互差120b

40、、同一桥臂上、下两管之间互相换流，每个开关器件在一周期内导通180，称180导通型逆变器。c、为防止同一桥臂的上、下两管同时导通，即“直通”现象的出现，必须先给应关断的器件发出关断信号，等待一段时间（称死区时间），再给应导通的器件发出开通信号，即“先断后通”的方法。 图2.52.4.2 控制电路给变频器主电路提供多种控制信号的电路，称为控制电路，如图4所示。控制电路由以下电路组成：频率、电压的“运算电路”、主电路的“电压、电流检测电路”、电动机的“速度检测电路”、将信号电路的控制信号进行放大的“驱动电路”以及逆变器和电动机的“保护电路”。控制电路A没有速度检测，为开环控制，开环控制有U/f（电

41、压/频率）成比例的控制方式，适用于对调速精度要求不高的场合；控制电路B包含速度检测，为速度闭环控制，闭环有转差频率控制和各种矢量控制，适用于速度精度要求高的场合。运算电路：将外部的转速、转矩等指令同检测检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定变频器的输出电压、频率。电压/电流检测电路：与主电路电位隔离，并用来检测电压、电流等。驱动电路：即驱动主电路开关器件的电路。它将控制电路与主电路隔离，控制功率放大以使主电路功率开关导通、关断。速度检测电路：在异步电动机轴上装上速度检测（测速发电机或光电编码器等）检测速度信号并送入运算电路。保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过压等异常时，停止

42、变频器或抑制电压、电流值，以防止变频器和异步电动机损坏。保护电路分为变频器保护和异步电动机保护两种。保护功能一览表保护对象保护功能逆变器保护瞬时过流保护过载保护再生过电压保护瞬时停电保护接地过电流保护冷却风扇异常异步电动机保护过载保护超频（超速）保护其他保护防止失速过电流保护防止失速再生过压保护2.5 变频器变频调速设置2.5.1 变频器多段速运行与PLC控制端子的关系变频器多段速与PLC控制端子的关系见表。Q0.2Q0.0的变化规律正好符合二进制数的加1运算，这样的组合方式使PLC控制程序相对简单。变频器多段速运行曲线如图2.6所示。图2.6 变频器多段速运行曲线2.5.2 变频器的参数调节

43、（1）恢复出厂设定值，有关出厂设定值如下。参数【1 =120】，上限频率为120Hz。参数【2 = 0】，下限频率为0Hz。参数【3 = 50】，基准频率为50Hz。参数【4 = 50】，高速频率为50Hz。参数【5 = 30】，中速频率为30Hz。参数【6 = 10】，低速频率为10Hz。参数【7 = 10】，启动加速时间为10s（型号5.5K为10s）。参数【8 = 10】，停止减速时间为10s（型号5.5K为10s）。参数【78 = 0】，电动机可以正反转。参数【79 = 0】，外部操作模式，【EXT】显示点亮。参数【251 = 1】，输出欠相保护功能有效。（2）修改参数【79 = 1】

44、，选择面板操作模式，【PU】灯点亮。（3）修改不符合控制要求的出厂设定值。参数【1 = 50】，上限频率改为50Hz，防止误操作后频率超过50Hz。参数【7 = 20】，启动加速时间改为20s，满足启动过程平稳要求。参数【9 = 10】，电子过电流保护10A，等于电动机额定电流。参数【4 = 50】，不修改，工艺1段频率为50Hz。参数【5 = 49】，工艺2段频率改为49Hz。参数【26 = 48】，工艺3段频率改为48Hz。参数【6 = 47】，工艺4段频率改为47Hz。参数【25 = 46】，工艺5段频率改为46Hz。参数【24 = 45】，工艺6段频率改为45Hz。参数【27 = 44

45、】，工艺7段频率改为44Hz；参数【78 = 1】，电动机不可以反转。（4）修改参数【79 = 0】，外部操作模式，【EXT】显示点亮。第三章 PLC简介3.1 PLC的基本概念 PLC是一种专门为在工业环境应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的原则而设计。可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家

46、族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC 。3.2 PLC的结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：主要包括CPU，存储器，输入输出接口电路，电源，手持编程器，各部分结构见下图：3.2.1 CPU 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，一般包括控制电路、运算器，控制器和寄存器等。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的