高爐卷?yè)P(yáng)機(jī)PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、天津廣播電視大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科課程設(shè)計(jì)標(biāo)題: 高爐卷?yè)P(yáng)機(jī)PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 校 濱海學(xué)院 學(xué) 號(hào) 1412001206176 姓 名 XXX 指導(dǎo)教師 XXXX 日 期 2016 年 10 月 26 日摘要 高爐上料卷?yè)P(yáng)機(jī)是高爐的關(guān)鍵設(shè)備之一，當(dāng)前國(guó)內(nèi)多數(shù)304M3級(jí)高爐的主卷?yè)P(yáng)機(jī)的調(diào)速方式采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速式，但電阻容易燒毀，加上卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩松緊程度不一，有時(shí)出現(xiàn)料車(chē)“掛頂”事故，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)，因此需要此系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文針對(duì)異步電機(jī)這樣一個(gè)多變量的、強(qiáng)禍合、參數(shù)時(shí)變的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)地研究了異步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)與狀態(tài)估計(jì)方法，分析了交流電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速方法的優(yōu)劣。轉(zhuǎn)

2、子磁場(chǎng)定向控制使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，異步電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制更是增加了系統(tǒng)的簡(jiǎn)易性和魯棒性，這種系統(tǒng)需解決兩個(gè)問(wèn)題:轉(zhuǎn)速的估計(jì)和轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測(cè)。對(duì)系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)表明，基于模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，選擇了矢量控制變頻器解決進(jìn)料系統(tǒng)控制問(wèn)題。最后，本文給出了一種基于矢量控制的異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。變頻調(diào)速的主電路設(shè)計(jì)是帶有特殊性的電力電路設(shè)計(jì)，既要遵守電力設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，也要考慮變頻調(diào)速系統(tǒng)的特殊情況，同時(shí)針對(duì)控制目的選擇變頻器，通過(guò)控制端子實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)功能，正確設(shè)置命令和頻率源等參數(shù)，采用PLC控制保證調(diào)速控制精度，考慮控制電路的抗干擾

3、措施，對(duì)硬、軟件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證了系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性和安全性。關(guān)鍵詞: 高爐；上料卷?yè)P(yáng)機(jī)；PLC變頻器；變頻調(diào)速目 錄前 言31.系統(tǒng)的背景和研究意義32.PLC技術(shù)的發(fā)展及工作特點(diǎn)22.1.PLC的概述32.2.PLC的發(fā)展32.3.PLC的工作特點(diǎn)4 3.變頻器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用43.1.變頻器的概述43.2.變頻器的發(fā)展53.3.變頻器的應(yīng)用5一、系統(tǒng)概述61.1.系統(tǒng)構(gòu)成61.2.系統(tǒng)工藝流程與控制要求7二、料車(chē)高、中、低速運(yùn)行參數(shù)設(shè)置92.1.料車(chē)速度控制要求92.2.變頻器的端子功能102.3.變頻器的參數(shù)意義102.4.變頻器的參數(shù)設(shè)置操作方法11三、硬件設(shè)計(jì)123.1.設(shè)備

4、選擇123.1.1.交流電動(dòng)機(jī)的選用123.1.2.變頻器的選擇123.2 I/O.分配及PLC的選型133.2.1.I/O分配133.2.2.PLC的選型133.3.I/O接線圖15四、軟件設(shè)計(jì)164.1.S7-200PLC主程序設(shè)計(jì)174.1.1.主程序174.1.2.電源（Power）194.1.3.指示燈（Lights）204.1.4.電磁抱閘（Electromagnetic brake）214.1.5.正常運(yùn)行（Nomal）224.1.6.狀態(tài)監(jiān)測(cè)（Maintenance）25五、調(diào)試運(yùn)行27結(jié) 論28參考文獻(xiàn)29前 言1.系統(tǒng)的背景和研究意義高爐上料卷?yè)P(yáng)機(jī)是高爐冶金系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之

5、一，當(dāng)前多數(shù)的高爐卷?yè)P(yáng)機(jī)的調(diào)速方式傳奇串電阻調(diào)速，但電阻容易燒毀，加上卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩松緊程度不一，有時(shí)出現(xiàn)料車(chē)“掛頂”事故，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)，因此需要此系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文給出了一種基于矢量控制的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，使系統(tǒng)具有較好的工作性能。同時(shí)采用PLC控制保證調(diào)速控制精度，考慮控制電路的空干擾措施，對(duì)硬、軟件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證了系統(tǒng)控制的可靠性和安全性。2.PLC技術(shù)的發(fā)展及工作特點(diǎn)2.1 PLC的概述可編程邏輯控制器，及PLC，是一種可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、技術(shù)與計(jì)算操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)

6、過(guò)程。2.2 PLC的發(fā)展20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，可使編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)噶站起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程邏輯控制器定名為PLC（Programmable Logic Controller）。20世紀(jì)70年代終末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高

7、的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元

8、、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。2.3 PLC的工作特點(diǎn)可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點(diǎn)。一、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開(kāi)關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過(guò)程的PID回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的綜合自動(dòng)化。二、適用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。三、能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。3.變頻器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用3.1 變頻器的概述變頻器是應(yīng)用

9、變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。3.2 變頻器的發(fā)展變頻器技術(shù)誕生背景是交流電機(jī)無(wú)極調(diào)速的廣泛需求。傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)因體積大的故障效高而應(yīng)用受限。20世紀(jì)60年代后，電力電子器件普遍應(yīng)用了晶閘管及其升級(jí)產(chǎn)品。但其調(diào)速性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足需要。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，脈寬調(diào)速變壓變頻調(diào)速的研究得到突破，20世紀(jì)80年代以后微處理器技術(shù)的完善使得各種優(yōu)化算法得以容易的實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)80年代中后期，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的變頻器技術(shù)實(shí)用化，商品投入市場(chǎng)，得到了廣發(fā)應(yīng)用。最早的變頻器可能是日本人買(mǎi)了英國(guó)專(zhuān)利研制的。不過(guò)美國(guó)和德國(guó)憑借電子元件生產(chǎn)和電子技術(shù)的優(yōu)

10、勢(shì)，高端產(chǎn)品迅速搶占市場(chǎng)。步入21世紀(jì)后，國(guó)產(chǎn)變頻器逐步崛起，現(xiàn)已逐漸搶占高端市場(chǎng)。3.3 變頻器的應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、水泵上應(yīng)用變頻器主要是為了節(jié)能。在風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備的傳統(tǒng)調(diào)速方法是通過(guò)調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門(mén)的截流過(guò)程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過(guò)降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。但在電機(jī)中使用變頻器是為了調(diào)速，并降低啟動(dòng)電流。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電，這個(gè)過(guò)程叫整流。把直流電變換為交流電的裝置，其科學(xué)術(shù)語(yǔ)為逆變器。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源

11、。對(duì)于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱(chēng)為變頻器。變頻器主要是用在三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。變頻不是處處可以省電的，有不少場(chǎng)合用變頻并不一定能省電。 作為電子電路，變頻器本身也要耗電（約額定功率的3-5%）。一臺(tái)1.5匹的空調(diào)自身耗電算下來(lái)也有20-30W，相當(dāng)于一盞長(zhǎng)明燈。變頻器在工頻下運(yùn)行，具有節(jié)電功能，是事實(shí)。但是他的前提條件是：第一、大功率并且為風(fēng)機(jī)/泵類(lèi)負(fù)載；第二、裝置本身具有節(jié)電功能（軟件支持）；第三、長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。這是體現(xiàn)節(jié)電效果的三個(gè)條件。除此之外，無(wú)所謂節(jié)不節(jié)電，沒(méi)有什么意義。如果不加前提條件的說(shuō)變頻器工頻運(yùn)行節(jié)能，就是夸大或是商業(yè)炒作。高爐卷?yè)P(yáng)機(jī)PLC控制變

12、頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)構(gòu)成在冶金高爐煉鐵生產(chǎn)線上，一般把準(zhǔn)備好的爐料從地面的貯礦槽運(yùn)送到爐頂?shù)纳a(chǎn)機(jī)械為高爐上料設(shè)備。它主要包括料車(chē)坑、料車(chē)、斜橋、上料機(jī)。料車(chē)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1-1所示。而料車(chē)卷?yè)P(yáng)機(jī)是料車(chē)上料機(jī)的拖動(dòng)設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。圖1-1 料車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖圖1-2 料車(chē)卷?yè)P(yáng)機(jī)示意圖冶金爐高100m，電動(dòng)機(jī)容量37kW，轉(zhuǎn)速740r/min，卷筒直徑500mm，總減速比15.75，最高鋼繩速度1.5m/s、料車(chē)全行程時(shí)間40s和鋼繩全行程51m等。1.2.系統(tǒng)工藝流程與控制要求在工作過(guò)程中，兩個(gè)料車(chē)交替上料，當(dāng)裝滿爐料的料車(chē)上升時(shí)，空料車(chē)下行，空車(chē)重量相當(dāng)于一個(gè)平

13、衡錘，平衡了重料車(chē)的車(chē)箱自重。當(dāng)上行或下行時(shí)，兩個(gè)料車(chē)由一個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)拖動(dòng)，不但節(jié)省了拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率，而且當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)總有一個(gè)重料車(chē)上行，沒(méi)有空行程。這樣使拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)總是處于電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行，避免了電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)所帶來(lái)的一些問(wèn)題。料車(chē)運(yùn)行分析：料車(chē)分為正常運(yùn)行狀態(tài)與檢修狀態(tài)。在正常運(yùn)行狀態(tài)中斜橋上的運(yùn)行分為啟動(dòng)、加速、穩(wěn)定運(yùn)行、減速、傾翻和制動(dòng)共6個(gè)階段，在整個(gè)過(guò)程中包括一次加速、兩次減速。檢修狀態(tài)中，左右料車(chē)可點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)可單程運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)有急停按鈕與電磁抱閘裝置以應(yīng)付突發(fā)狀況。系統(tǒng)工藝流程圖如圖1-3所示。根據(jù)料車(chē)的工藝流程，卷?yè)P(yáng)機(jī)的工作特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)。 能夠頻繁啟動(dòng)、

14、制動(dòng)、停車(chē)、反向運(yùn)行，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，過(guò)渡時(shí)間短。 能按照一定的速度曲線運(yùn)行。 調(diào)速范圍廣，一般調(diào)速范圍為0.53.5m/s，目前料車(chē)最高線速度可達(dá)3.8m/s。系統(tǒng)工作可靠。料車(chē)在進(jìn)入曲線軌跡段和離開(kāi)料坑時(shí)不能有高速?zèng)_擊，重點(diǎn)位置能準(zhǔn)確停車(chē)。圖1-3 卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)工藝流程圖二、料車(chē)高、中、低速運(yùn)行參數(shù)設(shè)置2.1料車(chē)速度控制要求根據(jù)料車(chē)運(yùn)行素的要求，電動(dòng)機(jī)在高速、中速、低速段的速度曲線采用變頻器設(shè)定的固定頻率，按速度切換主令控制器發(fā)出的信號(hào)由PLC輸出端控制轉(zhuǎn)速的切換。而速度的改變由變頻器控制實(shí)現(xiàn)。根據(jù)料車(chē)運(yùn)行速度，可畫(huà)出變頻器頻率曲線，如圖2-1所示。圖2-1中OA為重料車(chē)啟動(dòng)加速段，加速時(shí)間為3

15、s；AB為料車(chē)高速運(yùn)行段，f1=50Hz為高速運(yùn)行時(shí)所對(duì)應(yīng)的變頻器頻率，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為740r/min，鋼繩速度1.5m/s；BC為料車(chē)的第一次減速段，由主令控制器發(fā)出第一次減速信號(hào)給PLC，由PLC控制變頻器MM440，使頻率從20Hz下降到6Hz，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?96r/min下降到88.8r/min，鋼繩速度從0.6m/s下降到0.18m/s；EF為料車(chē)降低速度運(yùn)行段，頻率為6Hz；FG為料車(chē)制動(dòng)停車(chē)段，當(dāng)料車(chē)運(yùn)行至高爐頂時(shí)，限位開(kāi)關(guān)發(fā)出停車(chē)命令，由PLC控制MM440完成停車(chē)。左右料車(chē)運(yùn)行速度曲線一致。圖2-1 左料車(chē)上行時(shí)變頻器頻率曲線2.2變頻器的端子功能變頻器端子功能如表2-2所示。

16、表2-2 變頻器端子功能表端子號(hào)參數(shù)的設(shè)置值缺省的操作5P0701=1正向運(yùn)行6P0702=12反向運(yùn)行7P0703=9故障確認(rèn)8P0704=15固定頻率16P0705=15固定頻率17P0706=15固定頻率2.3變頻器的參數(shù)意義變頻器各項(xiàng)參數(shù)意義如表2-1所示。表2-1 MM4410參數(shù)設(shè)置表參數(shù)號(hào)設(shè)置值缺省值P01000功率以KW表示，頻率為50HzP03001電動(dòng)機(jī)類(lèi)型選擇（異步電動(dòng)機(jī)）P0304380電動(dòng)機(jī)額定電壓（V）P030578.2電動(dòng)機(jī)額定電流（A）P030737電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）P030991電動(dòng)機(jī)額定效率（%）P031050電動(dòng)機(jī)額定頻率（Hz）P0311740定冬季

17、額定轉(zhuǎn)速（r/min）P07002命令源選擇“由端子排輸入”P(pán)07011ON接通正轉(zhuǎn)，OFF停止P07022ON接通反轉(zhuǎn)，OFF停止P070317選擇固定頻率（Hz）P070417選擇固定頻率（Hz）P070517選擇固定頻率（Hz）P073152.3變頻器故障P10003選擇固定頻率設(shè)定值P100150選擇固定頻率f1=50HzP100220選擇固定頻率f2=20HzP10046選擇固定頻率f3=6HzP10800電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最低頻率（Hz）P108250電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最高頻率（Hz）P11203斜坡上升時(shí)間（s）P11213斜坡下降時(shí)間（s）P130020變頻器為無(wú)速度反饋的矢量控制2.4變

18、頻器的參數(shù)設(shè)置操作方法2.4.1 復(fù)位為出廠設(shè)置1.設(shè)置P0010=302.設(shè)置P0970=1提示：復(fù)位過(guò)程約需三分鐘過(guò)程。2.4.2 常規(guī)操作控制面板操作：1. 變頻器沒(méi)有主電源開(kāi)關(guān)，因此，當(dāng)電源電壓接通時(shí)變頻器就已帶電。在按下運(yùn)行（RUN）鍵，或者在數(shù)字輸入端 5出現(xiàn)“ON”信號(hào)(正向旋轉(zhuǎn))之前，變頻器的輸出一直被封鎖，處于等待狀態(tài)。2. 如果裝有 BOP或 AOP并且已選定要顯示輸出頻率(P0005=21)，那么，在變頻器減速停車(chē)時(shí)，相應(yīng)的設(shè)定值大約每一秒鐘顯示一次。3. 變頻器出廠時(shí)已按相同額定功率的西門(mén)子四極標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的常規(guī)應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行編程。如果用戶采用的是其它型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，就必須輸

19、入電動(dòng)機(jī)銘牌上的規(guī)格數(shù)據(jù)。關(guān)于如何讀取電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)。4. 除非 P0010 = 1，否則是不能修改電動(dòng)機(jī)參數(shù)的。5. 為了使電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，必須將 P0010 返回“ 0 ”值。 綜述，在卷?yè)P(yáng)級(jí)上料系統(tǒng)中，用變頻器對(duì)料車(chē)系統(tǒng)調(diào)速進(jìn)行控制，可降低系統(tǒng)能耗，雖然料車(chē)系統(tǒng)不是風(fēng)機(jī)或泵類(lèi)系統(tǒng)，但此系統(tǒng)功率大，且長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，所以用變頻器對(duì)其進(jìn)行調(diào)速控制可大大降低功率，減少能耗，達(dá)到環(huán)保的效果。三、硬件設(shè)計(jì)3.1設(shè)備選擇3.1.1 交流電動(dòng)機(jī)的選用煉鐵高爐主卷?yè)P(yáng)機(jī)變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)在選擇交流異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，需要考慮以下問(wèn)題：應(yīng)注意低頻時(shí)有效轉(zhuǎn)矩必須滿足的要求；電動(dòng)機(jī)必須有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)確保重載啟

20、動(dòng)。針對(duì)本系統(tǒng)100m的高爐，選用Y280S-8的三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。Y280S-8三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)：功 率：37KW級(jí) 數(shù)：8級(jí)轉(zhuǎn) 速：710轉(zhuǎn)電 壓：380V電 流：76.1A效 率：91.0%功率因素：0.79COS3.1.2 變頻器的選擇（1）變頻器的容量高爐卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)具有恒轉(zhuǎn)矩的特性，重載啟動(dòng)時(shí)，變頻器的容量應(yīng)按運(yùn)行過(guò)程可能出現(xiàn)的最大工作電流來(lái)選擇，即：INIMmax式中，IN為變頻器的額定電流；IMmax為電動(dòng)機(jī)的最大工作電流。變頻器的過(guò)載能力通常為變頻器額定電流的1.5倍，這只對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程才有意義，不能作為變頻器選型時(shí)的最大電流。因此，所選擇的變頻器容量應(yīng)比

21、變頻器說(shuō)明書(shū)中的“配用電動(dòng)機(jī)容量”大一擋至大二擋；且應(yīng)具有無(wú)反饋矢量控制功能，使電動(dòng)機(jī)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，具有真正的恒轉(zhuǎn)矩，滿足負(fù)載特性要求。本系統(tǒng)選用西門(mén)子MM440，額定功率55kW，額定電流110A的變頻器。該變頻器采用高性能的矢量控制技術(shù)，具有超強(qiáng)的過(guò)載能力，能提供持續(xù)3s的200%過(guò)載能力，同時(shí)提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性。（2）制動(dòng)單元從上料卷?yè)P(yáng)運(yùn)行速度曲線可以看出，料車(chē)在減速或定位停車(chē)時(shí)，應(yīng)選擇相應(yīng)的制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻，使變頻器直流回路的泵升電壓UD保持在允許范圍內(nèi)。（3）控制與保護(hù)料車(chē)卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)是鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，拖動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)保證絕對(duì)安全可靠。同時(shí)，高爐煉鐵生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

22、較為惡劣，所以，系統(tǒng)還應(yīng)具有必要的故障檢測(cè)和診斷功能。3.2 I/O分配及PLC的選型3.2.1 I/O分配I/O分配見(jiàn)如3-1所示。表3-1 S7-200PLC I/O地址分配表輸入輸出上電按鈕（SB1）I0.0左車(chē)上行（KA1）Q0.4急停按鈕（SB2）I0.1右車(chē)上行（KA2）Q0.5電磁抱閘啟動(dòng)按鈕（SB3）I0.2高速運(yùn)行（KA3）Q0.6啟動(dòng)按鈕（SB4）I0.3中速運(yùn)行（KA4）Q0.7停車(chē)按鈕（SB5）I0.4低速運(yùn)行（KA5）Q1.0左車(chē)點(diǎn)動(dòng)按鈕（SB6）I0.5電源指示燈（HL1）Q1.1右車(chē)點(diǎn)動(dòng)按鈕（SB7）I0.6故障指示燈（HL2）Q1.2左車(chē)中速限位開(kāi)關(guān)（SQ1）I

23、0.7故障警鈴(BELL)Q1.3右車(chē)中速限位開(kāi)關(guān)（SQ2）I1.0變頻器上電線圈（KM1）Q1.4左車(chē)低速限位開(kāi)關(guān)（SQ3）I1.1電磁抱閘保護(hù)線圈（KM2）Q1.5右車(chē)低速限位開(kāi)關(guān)（SQ4）I1.2左車(chē)到位限位開(kāi)關(guān)（SQ5）I1.3右車(chē)到位限位開(kāi)關(guān)（SQ6）I1.4正常/檢修狀態(tài)轉(zhuǎn)換（SB8）I1.5故障信號(hào)（SB9）I1.63.2.2 PLC的選型在滿足控制要求的前提下，選型時(shí)應(yīng)選擇最佳的性能價(jià)格比，具體應(yīng)考慮到：功能合理；PLC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求；PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一；在線編程和離線編程的選擇等。本次設(shè)計(jì)所選用的可編程控制器是S7-200系列。這種PLC是

24、由西門(mén)子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的小型模塊化PLC系統(tǒng)。S7-200PLC除了能夠進(jìn)行傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制、計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)控制，還能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算、處理模擬信號(hào)，并可支持多種協(xié)議和形式的數(shù)據(jù)通信。S7-200系列產(chǎn)品具有高性能的中央處理器和種類(lèi)繁多的擴(kuò)展模塊，因其模塊化的靈活設(shè)計(jì)而具有廣泛的適用范圍，同時(shí)具有極高的性價(jià)比。S7-200無(wú)論單機(jī)運(yùn)行，還是互相或者與其他設(shè)備組成網(wǎng)絡(luò)，都具有優(yōu)異的表現(xiàn)。（1）S7-200的主要特性快速的中央處理運(yùn)算能力。極豐富的編程指令集。響應(yīng)快速的數(shù)字量和模擬量輸入/輸出通道。操作便捷，易于掌握。強(qiáng)大的通信能力。豐富的擴(kuò)展模塊。（2）S7-200的CPUS7-2

25、00的核心部件是CPU，實(shí)際的控制運(yùn)算就在CPU中進(jìn)行。西門(mén)子生產(chǎn)幾種型號(hào)的S7-200CPU，每種CPU擁有不同的I/O點(diǎn)數(shù)和特殊功能。目前提供的S7-200CPU有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226。本次課題選用的CPU型號(hào)為CPU226。 （3）S7-200擴(kuò)展模塊S7-200CPU為了擴(kuò)展I/O點(diǎn)和執(zhí)行特殊的功能，可以連接擴(kuò)展模塊（CPU221除外）。擴(kuò)展模塊主要有如下幾類(lèi)：數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊。數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊包括：數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊EM221、數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊EM222、數(shù)字量輸入/輸出模塊EM223。模擬量I/O擴(kuò)展模塊。模擬量I/O

26、擴(kuò)展模塊包括：模擬量輸入模塊EM231、模擬量輸出模塊EM232、模擬量輸入/輸出模塊EM235。通信模塊。通信模塊包括：PROFIBUS-DP從站通信模塊EM227、調(diào)制解調(diào)器通信模塊EM241、工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊CP243-1/CP243-1IT、AS-Interface主站模塊CP243-2。 特殊功能模塊。3.3 I/O接線圖接線圖如圖3-1所示。 圖3-1-1 卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)PLC接線圖 圖3-1-2 卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)變頻器接線圖四、軟件設(shè)計(jì)4.1 S7-200PLC程序設(shè)計(jì)本課題利用西門(mén)子V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3軟件編寫(xiě)。本軟件采用了主程序與子程序的方法編寫(xiě)。4.1.1 主程序主程序是由：電源（Power）、指示燈（Lights）、電磁抱閘（Electromagnetic brake）、正常運(yùn)行（Nomal）和檢修狀態(tài)（Maintenance）五個(gè)子程序組成，主程序起到一個(gè)組織與控制這五個(gè)子程序的功能和作用。圖4-1-1主程序圖4-1-2主程序圖4-1-3主程序4.1.2 電源（Power）電源子程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)的上電圖4-2-1電源上電圖