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基于PLC的變頻器液位設計
在本系統(tǒng)中，為了實現能源的充分利用和生產的需要，需要對電機進行轉速調節(jié)，考慮到電機的啟動、運行、調速和制動的特性，采用ABB公司變頻器，系統(tǒng)中由PLC完成數據的采集和對變頻器、電機等設備的控制任務�；赟7 200 PLC的編程軟件,采用模塊化的程序設計方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開發(fā)和維護。利用對PLC軟件的設計,實現變頻器的參數設置、故障診斷和電機的啟動和停止。
關鍵詞：PLC 變頻器 變頻調速
隨著電力電子技術以及產業(yè)自動控制技術的發(fā)展，使得交流變頻調速系統(tǒng)在產業(yè)電機拖動領域得到了廣泛應用。另外，由于PLC的功能強大、輕易使用、高可靠性，經常被用來作為現場數據的采集和設備的控制。本設計就是利用變頻器和PLC實現水池水位的控制。
變頻器技術是一門綜合性的技術，它建立在控制技術、電子電力技術、微電子技術和計算機技術的基礎上。它與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機進行調速控制，有很多優(yōu)點，如節(jié)電、輕易實現對現有電動機的調速控制、可以實現大范圍內的高效連續(xù)調速控制、實現速度的精確控制。輕易實現電動機的正反轉切換，可以進行高額度的起停運轉，可以進行電氣制動，可以對電動機進行高速驅動。完善的保護功能:變頻器保護功能很強，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障種別（如電網瞬時電壓降低，電網缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機短路等），并立即封閉輸出電壓。這種“自我保護”的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機不易損壞。
PLC特點：第一，可靠性高、抗干擾能力強，均勻故障時間為幾十萬小時。而且PLC采用了很多硬件和軟件抗干擾措施。第二，編程簡單、使用方便目前大多數PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很輕易被操縱職員接受。一些PLC還根據具體題目設計了如步進梯形指令等，進一步簡化了編程。第三，設計安裝輕易，維護工作量少。第四，適用于惡劣的產業(yè)環(huán)境，采用封裝的方式，適合于各種震動、腐蝕、有毒氣體等的應用場合。第五，與外部設備連接方便，采用同一接線方式的可拆裝的活動端子排，提供不同的端子功能適合于多種電氣規(guī)格。第六，功能完善、通用性強、體積小、能耗低、性能價格比高。
在應用PLC系統(tǒng)設計時，應遵循以下的基本原則，才能保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定。
（1）最大限度地滿足被控對象的控制要求；
（2）系統(tǒng)結構力求簡單；
�。�3）系統(tǒng)工作要穩(wěn)定、可靠；
�。�4）控制系統(tǒng)能方便的進行功能擴展、升級；
�。�5）人機界面友好。
本系統(tǒng)中，為了實現能源的充分利用和生產的需要，需要對電機進行轉速調節(jié)，考慮到電機的啟動、運行、調速和制動的特性，采用ABB公司的ABB ACS800變頻器，系統(tǒng)中由S7-200系列PLC完成數據的采集和對變頻器、電機等設備的控制任務�；赟7-200 PLC的編程軟件,采用模塊化的程序設計方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開發(fā)和維護。系統(tǒng)利用對PLC軟件的設計,實現變頻器的參數設置、故障診斷和電機的啟動和停止。
1 本設計的控制要求：
1）系統(tǒng)要求用戶能夠的直觀了解現場設備的工作狀態(tài)及水位的變化；
2）要求用戶能夠遠程控制變頻器的啟動和停止；
3）用戶可自行設置水位的高低，以控制變頻器的起停；
4）變頻器及其他設備的故障信息能夠及時反映在遠程PLC上；
5）具有水位過高、過低報警和提示用戶功能；
2 本設計控制結構：
由于現場有一臺電機作為被控對象，可以使用單臺PLC進行單個對象的控制，只要適當的選用高性能的PLC,完全能夠勝任此功能。系統(tǒng)控制結構如圖1所示。
系統(tǒng)控制結構
PLC采集傳感器、監(jiān)控電機及變頻器等有關的各類對象的信息。本系統(tǒng)中，對電機采用一臺變頻器來進行頻率的調節(jié)控制。采用PLC輸出的模擬量信號作為變頻器的控制端輸進信號，從而控制電機轉速大小，并且向PLC反饋自身的工作狀態(tài)信號，當發(fā)生故障時，能夠向PLC發(fā)出報警信號。由于變頻調速是通過改變電動機定子供電頻率以改變同步轉速來實現的，故在調速過程中從高速到低速都可以保持有限的轉差功率，因此具有高效率、寬范圍、高精度的調速性能。
3 設備的選型
�。�1）PLC及其擴展模塊的選型：
目前，存在著種類繁多的大、中、小型PLC，小到作為少量的繼電器裝置的替換品，大到作為分布式系統(tǒng)中的上位機，幾乎可以滿足各種產業(yè)控制的需要。另外，新的PLC產品還在不斷的涌現，那么，如何選擇一個合適PLC？
本系統(tǒng)有一臺電機、一個液位傳感器、一個變頻器、五個繼電器，共有十八個I/O點，它們構成被控對象。綜合分析各類PLC的特點，終極選西門子公司的S7系列PLC。
由于CPU226集成24輸進/16輸出共40個數字量I/O 點，完全能滿足控制要求。此PLC可連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。26K字節(jié)程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很輕易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸進/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能。
根據上述分析，參照西門子S7-200產品目錄，選用主機為CPU226 PLC一臺、另加上一臺模擬量擴展模塊EM235。
�。�2）變頻器模塊的選型：
目前，市場上存在各種各樣的變頻器，本設計采用ABB公司的ABB ACS800變頻器。ACS800系列傳動產品最大的優(yōu)點就是在全功率范圍內同一使用了相同的控制技術，例如啟動向導，自定義編程，DTC控制，通用備件，通用的接口技術，以及用于選型、調試和維護的通用軟件工具。內含啟動引導程序，令您調試易如反掌；自定義編程：內置可編程模塊，如同PLC令您發(fā)揮自如；體積小巧：內置濾波器，斬波器及電抗器、性能卓越。
4 系統(tǒng)的控制流程：
（1）程序設計前預備工作：了解系統(tǒng)概況，形成整體概念，熟悉被控對象、編制出高質量的程序，充分利用手頭的硬件和軟件工具。
�。�2）程序框圖設計：這步的主要工作是根據軟件設計規(guī)格書的總體要求和控制系統(tǒng)具體要求，確定應用程序的基本結構、按程序設計標準繪制出程序結構框圖，然后在根據工藝要求，繪制出各功能單元的具體功能框圖。
�。�3）編寫程序：編寫程序就是根據設計出的框圖逐條地編寫控制程序，這是整個程序設計工作的核心部分。
�。�4）程序測試和調試：程序測試和調試不同，軟件測試的目的是盡可能多地發(fā)現軟件中的錯誤，軟件調試的任務是進一步診斷和改正軟件中的錯誤。
�。�5）編寫程序說明書：程序說明書是對程序的綜合說明，是整個程序設計工作的總結。
下面是系統(tǒng)設計流程圖：
PLC水位控制流程圖
圖2 PLC水位控制流程圖
5 程序結構：
本程序分為三部分：主程序、各個子程序、和中斷程序。邏輯運算及報警處理等放在主程序中。系統(tǒng)初始化的一些工作及液位顯示放在子程序中完成，用以節(jié)省時間。利用定時中斷功能實現PID控制的定時采樣及輸出控制。在本系統(tǒng)中，只用比例積分控制，確定增益和時間常數為：增益Kc=0.25；采樣時間Ts=0.1S；積分時間Ti=30S；微分時間Td=0S。
6 PLC編程軟件
本設計使用的是軟件是STEP7-Micro/WIN,該軟件主要協助用戶開發(fā)應用程序，除了具有創(chuàng)建程序的相關功能，還有一些文檔治理等工具性功能，還可直接通過軟件設置PLC的工作方式、參數和運行監(jiān)控等。
該軟件可以工作于聯機和離線兩種工作方式，所謂聯機是指直接與PLC連接，答應兩者之間進行通訊，如上裝或下載用戶程序和組態(tài)數據等。離線則是指不直接與PLC聯系，所有程序及參數暫時存進磁盤，聯機后再下載至PLC。
基于PLC的液壓脈沖試驗機控制系統(tǒng)設計
1 引言
在汽車、飛機和工程機械等設備上的液壓傳動系統(tǒng)的管路受到不同工況的振動沖擊。隨著人們對產品可靠性要求的提高，以及各種行業(yè)發(fā)展的需要，管路的抗沖擊和抗撓曲性能將越來越受到重視，因而管路的抗沖擊性能成為反映其質量和可靠性的重要指標。隨著我國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，需要液壓脈沖設備來進行檢測軟管在不同環(huán)境和工況下的性能。
液壓脈沖試驗機用于汽車剎車管、燃油管、轉向管、冷卻水管、散熱軟管和暖風軟管等軟管脈沖壓力的壽命試驗，該試驗機能方便、穩(wěn)定的檢測出設備所用的軟管是否符合標準的要求。
液壓脈沖試驗機控制系統(tǒng)是基于plc的二級混合控制系統(tǒng)，下位機采用rockwell automation的slc500作為核心處理器的實時控制器，上位機ipc利用labview軟件編寫的人機界面具有易于操作，便于維護等特點。通過以太網將上位機和下位機連接，使該脈沖試驗機具有很好的實時性，抗干擾性強，更加穩(wěn)定可靠。
2 試驗系統(tǒng)要求
該試驗系統(tǒng)要求試驗樣管在-40～160℃，壓力10～30mpa的不同環(huán)境條件下進行壽命試驗，將新樣管通過壓力沖擊和撓曲試驗直至爆破來測試產品是否符合相關標準要求。
液壓脈沖試驗機是主要通過液壓伺服系統(tǒng)來控制壓力和脈沖波形。波形誤差、壓力施加方式、響應時間和精度直接影響試驗系統(tǒng)的準確性，相關標準對要求波形的控制絕對誤差為2％。由于采集和處理的數據需要實時上傳到上位機，這就要求控制系統(tǒng)數據傳輸速度快、抗干擾能力強，從而保證試驗系統(tǒng)具有很好的實時波形曲線。在試驗過程中，試驗樣管會因為變形、膨脹引起管徑和液壓伺服系統(tǒng)參數的變化，控制系統(tǒng)如何根據這些變量來調節(jié)，其硬件和軟件設計具有較高的難度。
3 試驗方法
脈沖試驗機主要有壓力沖擊和撓曲試驗兩種方法，兩種方法同時進行試驗，很好地模擬了不同環(huán)境和工況條件下，汽車行駛的實際路面狀況。
3.1 壓力沖擊
液壓脈沖試驗機壓力通過控制脈沖波形來實現�？刂撇ㄐ沃饕痔菪尾�、凸字波、正弦波和方波四種。控制系統(tǒng)可以根據試驗工藝需要從上位機選擇預定的脈沖波形來達到試驗的目的，用戶可以根據液壓伺服系統(tǒng)結構自由選擇間隔卸壓。對存在間隔卸壓的波形，如梯形波和凸字波，在脈沖的波谷的時候開啟卸壓閥使介質可以在試驗樣管中流動。波形的具體要求如圖1所示。
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圖1 梯形波曲線要求
(1) 梯形波(方波、三角波)。梯形波(方波、三角波)參照德國標準tl82415要求為在t1段升壓速率要求在1mpa/s～300mpa/s之間可調；在t2段要求保壓時間在0～ns可設，n為大于0的任意值；在t3段要求與t1段基本對稱；在t4段要求保壓時間在0～ns可設，n為大于0的任意值；pmin控制在0～10%pmax；pmax根據不同的管有不同的要求，目前不會大于60mpa。
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圖2 凸字波形曲線要求
(2) 凸字波。參見圖2，凸字波的要求是在t1段升壓速率要求在100mpa/s，t1=2s；在t2段要求保壓時間在0～ns可設，n為大于0的任意值，一般也設定為2s；在t3段要求與t1段基本對稱；在t4段要求保壓時間在0～n s可設，n為大于0的任意值，一般也設定為4s；pmin=0；第一個壓力臺階=0.35mpa；最高壓力=1.05mpa。
(3) 正弦波(半正弦或完整正弦)。正弦波比較難實現，在實際試驗中主要是通過plc的專用凸輪指令產生凸輪波形來模擬間隔的正弦半波。完整正弦波是指在封閉狀態(tài)下做的。頻率要求為1s畫出一個完整的正弦波，波峰值最大60mpa，波谷值為0。半正弦波按照0.5s畫完一個半正弦，其他0.5s為卸壓時間來設計，卸壓時壓力為0。
3.2 撓曲試驗
控制系統(tǒng)控制一個伺服油缸y方向的上下振動，利用變頻器控制電動機帶動試驗樣管旋轉，控制x方向撓曲速度和角度，形成振動和撓曲的二維組合。撓曲試驗的頻率最大為17hz，最大振幅為±35mm，在最大振動頻率時的振幅為±4mm。
4 控制系統(tǒng)硬件設計
控制系統(tǒng)由上位機(ipc)、下位機(plc)和外部電路控制組成，通過以太網將上位機和下位機連接，完成液壓伺服系統(tǒng)。環(huán)境條件變化由儀表控制，通過rs485與上位機通信，控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。
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圖3 液壓脈沖試驗機控制系統(tǒng)框圖
4.1 壓力變送器和ad模塊
壓力變送器位于增壓器出口，量程0～30mpa，輸出4-20ma，頻響200hz。壓力變送器的精度為滿量程的0.75％，為了得到更高的滿量程精度，液壓系統(tǒng)采用了切換兩個壓力變送器的組合方式。所有傳感器的采樣頻率為500hz，壓力采樣相對變送器每個周期有3-5個16位數據，使于平滑處理，提高測量精度，以保證±2%的絕對誤差要求。
系統(tǒng)采用4路差分輸入16位ad模塊，輸入電流4-20ma，全部轉換時間600μs，上傳時間1ms，采樣頻率相當于500hz；2路電壓/電流輸出，輸出±10v，全部轉換時間600μs，下傳時間1ms。伺服閥按100hz進行調節(jié)即為10ms，pid調節(jié)算法時間約為0.6ms，pid指令執(zhí)行時間少于400μs，即可實現5次pid調節(jié)，實時性和穩(wěn)定性有保證。
4.2 液壓伺服系統(tǒng)控制
液壓伺服系統(tǒng)的響應頻率和調節(jié)精度完全取決于系統(tǒng)的固有頻率和諧振頻率，伺服系統(tǒng)仿真分析將成為伺服系統(tǒng)設計的關鍵。限于篇幅，本文省略液壓伺服系統(tǒng)的相關內容。
控制系統(tǒng)通過ao模塊輸出0～10v的電壓信號，經過伺服放大器放大來控制伺服閥的開度，伺服閥開度的大小決定了液體的流量，從而來控制試驗樣管所受壓力大小。液壓伺服系統(tǒng)是使系統(tǒng)的輸出量如位移、速度或力等，能自動地、快速而準確地跟隨輸入量的變化而變化，與此同時，輸出功率被大幅度地放大。液壓伺服系統(tǒng)以其響應速度快、負載剛度大、控制功率大等獨特的優(yōu)點。
伺服控制采用ad-da方法，使用壓力變送器作反饋元件。伺服刷新周期1000μs。伺服系統(tǒng)兩個伺服閥控制方法相同，僅壓力不同。
4.3 高速計數器和其它電路
hsc模塊提供4路50khz高速輸入脈沖計數，該模塊與撓曲電動機的編碼器相連。撓曲電動機控制撓曲速度和角度。系統(tǒng)的di和do模塊用于開關量控制，如油泵、液位、液壓閥、變頻器、介質的溫度與攪拌、液壓系統(tǒng)保護和報警等控制。
4.4 以太網
slc500/l533處理器自帶有以太網口，相對于rs232/rs485以太網具有較高的可靠性而且傳輸速率快，數據傳輸速率達到10～100mbps，因此本系統(tǒng)通過以太網將上位機和下位機連接，減少數據傳輸遲滯對波形曲線的影響，使脈沖試驗機具有很好的實時性，抗干擾性強，更加穩(wěn)定可靠。
5 控制系統(tǒng)軟件設計
軟件設計的主要難點就是實時脈沖波形曲線的控制，即始終要保證實際波形曲線要處在給定波形曲線的上下允許誤差范圍內，如圖4所示。
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圖4 實時波形曲線
5.1 上位機軟件
整個控制系統(tǒng)采用labview來編程實現人機界面，通過以太網實現通信，將試驗指令下傳給下位機，然后接受下位機的上傳數據。labview是一種圖形化的編程語言，它是一個開放性的環(huán)境，用于快速創(chuàng)建靈活的、可升級的測試、測量和控制應用程序。通過labview可以很方便地采集到實際信號，并對其進行分析得出有用信息，然后將測量結果通過直觀化的顯示、報告和網絡實現共享。
上位機負責整個控制軟件的界面設計，包括動態(tài)顯示溫度、壓力、振幅、轉速等數據，以數值和曲線形式顯示。試驗數據保存在數據庫中，包括設備硬件信息(液壓系統(tǒng)能力，增壓器比例，伺服閥型號等)，當前試驗信息(試驗標準，試件規(guī)格、試驗參數)。用戶可以將保存在數據庫中的數據提取出來，將測量的試驗數據生成報表輸出。所有波形全部保存在相應的波形圖文件，波形數據中包含介質溫度、環(huán)境溫度、給定壓力波形和實際壓力波形數據。軟件可以實現歷史曲線的重放并可以改變重放的速度，以便用戶迅速瀏覽脈沖的歷史曲線�？刂葡到y(tǒng)還實現了報警功能，若監(jiān)測油箱溫度、介質溫度、環(huán)境溫度、液位浮球、破裂浮球、過濾器堵塞、缸到頭，出現報警立即輸出報警信號。上位機負責采用rs485通信協議與環(huán)境儀表控制連接，環(huán)境溫度用獨立的環(huán)境箱控制，上位機可以寫入溫度控制值或者溫度控制曲線，實時讀取環(huán)境箱溫度。
5.2 下位機軟件
下位機負責整個控制軟件的實時伺服控制和邏輯控制設計，包括接收上位機的給定壓力波形曲線、撓曲試驗的振動頻率、振幅和撓曲的速度和角度，完成兩個伺服油缸和撓曲電動機三個閉環(huán)控制系統(tǒng)的調節(jié)，以及開關量的邏輯控制。此處省略邏輯控制功能。
由于系統(tǒng)響應時間至少要4個系統(tǒng)時間常數，下位機根據給定壓力波形曲線通過控制伺服油缸和增壓器，保證壓力上升斜坡時間小于50ms，調節(jié)周期5-10ms，界面波形顯示滯后約1個實時波形。
脈沖給定壓力曲線與伺服信號調節(jié)受到試驗壓力大小、試驗樣管膨脹量大小、增壓器比例、伺服閥放大器增益大小等因素影響。下位機應根據前述影響因素自動改變給定壓力曲線和放大器增益，通過控制伺服閥和增壓器實現對脈沖壓力的控制。通過ad模塊采樣頻率和伺服閥響應頻率的最佳匹配，以保證實際壓力曲線和設定壓力曲線絕對誤差不超過2%。通過以太網將控制系統(tǒng)實時數據上傳上位機，實現壓力波形曲線的實時監(jiān)控，保證了控制系統(tǒng)的實時性、高可靠性。
6 結束語
由于此試驗系統(tǒng)比較復雜，控制系統(tǒng)和液壓伺服系統(tǒng)先在實驗室進行實物仿真，然后在試驗系統(tǒng)聯調時解決系統(tǒng)的機電耦合問題。目前控制系統(tǒng)實驗室實物仿真已取得初步成果，初步解決ad模塊采樣頻率和伺服閥響應頻率的匹配、分級改變給定壓力曲線和放大器增益等問題，還有待于試驗系統(tǒng)聯調時檢驗實際壓力曲線和設定壓力曲線誤差是否符合相關標準要求。
基于PLC與工程型變頻器的漿紗機張力控制 引言
漿紗機的張力大小直接影響產量。舊式漿紗機采用機械式傳動機構，張力調節(jié)范圍較窄。隨著設備的老化機械零件的磨損，張力逐漸下降。更換機械零件不便及費用的居高不下促使企業(yè)下決心對其進行改造。
(1)改造對象：漿紗機——大雅興業(yè)股份有限公司生產。
(2)改造思路：改造漿紗機織軸張力控制系統(tǒng)由變頻器控制，使其張力大小易于調節(jié)；改造控制系統(tǒng)，使其半自動化，更易控制、方便監(jiān)視、減少維修量。
2 改造方案
將漿紗機織軸張力控制系統(tǒng)由原來的機械張力控制改為由艾默生plc、變頻器td3300系統(tǒng)集成控制。拆除漿紗機織軸的機械傳動裝置，將原漿紗機動力電機(22kw)經新增傳動減速裝置直接拖動漿紗機織軸，新增一普通電機(11kw)取代原動力電機拖動原系統(tǒng)的其他部分(精軸、錫林、壓輥等)。保留漿紗機上的一次傳感器。電控系統(tǒng)改造方案如圖1所示。主要新增設備如表1所示。
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3 方案實施
3.1 砂漿機工藝參數
大雅漿紗機設備及工藝參數：車速(線速度)2~60米/分。一般正常車速38米/分。張力2000~5000牛/米�？椵S空芯卷徑116mm、220mm兩種�？椵S最大卷徑(滿軸)小于500mm。主電機 y系列普通電機 4極 11kw�？椵S電機 y系列普通電機 4極22kw。
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圖1 變頻張力控制系統(tǒng)
3.2 傳動參數設計
(1)計算張力電機到織軸的減速比：減速比<=織軸空芯卷徑×3.14×電機額定轉速/最大車速(線速)=(0.116×3.14×1460)/60=8.87
(2)復核電機功率：電機功率>=(最大張力×電機額定轉速×最大織軸半徑)/(傳動比×9549)=(5000×1460×0.25)/(8.87×9549)=21.5kw
(3)確定參數：經計算減速比應確定為8.8左右。廠方在改造時受自身條件影響，決定將減速比提高到13.15。最大車速=織軸空芯卷徑×3.14×電機額定轉速/減速比=(0.116×3.14×1460)/13.15=40.46經廠方確認最大車速滿足工藝要求。隨確定減速比為13.15。速度編碼器選用600線旋轉編碼器，一并交廠方安裝。(建議旋轉編碼器選用600線以上產品，太低影響系統(tǒng)性能；安裝時要小心不要對其實施太大的沖擊，以免損毀。)
(4)主變頻器參數設定(如表2)：根據漿紗機實際情況張力控制系統(tǒng)的主機變頻器選擇無速度反饋開環(huán)矢量控制方式的td3000-t40110g變頻器。變頻器采用端子控制。
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表2 主變頻器參數設定表：(未涉及的參數采用出廠設定)
(5)張力變頻器參數設定(如表3)：張力變頻器(td3300-4t0300g)采用開環(huán)張力轉矩模式(f3.06=3)，線速度采于主變頻器的運行頻率輸出�？刂品绞酵瑯硬捎枚俗涌刂品绞�。
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表3 張力變頻器參數表：(未涉及的參數采用出廠設定)
3.3 觸摸屏組態(tài)
觸摸屏選用hitech pws6600-s屏。為了提高系統(tǒng)的時效性能，plc與其交換數據的地址盡量選擇一組連續(xù)的plc地址。
4plc編程設計
4.1 接口硬件
如圖1所示，plc是整個控制系統(tǒng)的中樞，由于漿紗機無現場模擬量輸入輸出故選用一臺主機即可。本案選ec20-3232bra。其主要任務為控制兩臺變頻器的動作并通過rs485通訊端口與變頻器交換數據(考慮到通訊的延遲及準確性，開關量不采用通訊方式。數據交換采用周期讀取模式并控制在1秒內)。
開關量包括主變頻器運行停止動作(按鈕控制)；主變頻器升降速動作(按鈕控制)；張力變頻運行停止動作(保持型按鈕控制)；張力變頻張力使能(為檢修特設)；張力變頻卷徑復位(按鈕控制)；確定打印輸出。
通訊數據根據光電開關計算的車速(現速度)；計算總長；計算匹長；計算匹數；讀取張力變頻器張力值；讀取張力變頻器計算的卷徑值；改變張力變頻器張力設定；改變張力變頻器初始卷徑；長度、匹數清零；確定系統(tǒng)所處的狀態(tài)。
4.2 編程設計
大雅漿紗車車頭裝有一個測量行車長度的光電開關。經檢測其輸出脈沖為10公分一個脈沖。對于測量匹長完全滿足工藝要求，但用于測量車速其刷新速度必然很慢。因此增加一個外部中斷檢測兩個脈沖的間隔時間，換算出行車速度。
變頻器td3300通訊，讀取張力、卷徑數值，如圖3所示。
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5 張力變頻器調試
5.1 參數設置
為保證參數的準確性，將艾默生td3300-4t0220g工程型矢量變頻器參數初始化，恢復出廠設置。控制方式選擇 f0.02=1(閉環(huán)矢量控制)檢查編碼器是否正常。fb.00=600；按運行鍵，查看運行是否正常。如果變頻器只在2hz左右工作或啟動過流，顯示電流很大。則可能是編碼器接線錯誤、每轉脈沖錯誤、編碼器的方向反等原因；如果是低速運行正常，高速過流則可能是編碼器的聯軸器松動高速打滑的原因。設定機械傳動比：
f1.00=13.15(一定要準確)。電機調諧：按照電機名牌設定電機參數。電機調諧時必須斷開電機與負載的連接。調諧過程是自動完成的，如果調諧時電機長時間不能轉動起來，說明電機參數嚴重不符或電機有故障。重新輸入電機參數或更換電機。電機方向確認：一般定義為fwd控制時電機的運行方向為實際需要的方向。慣量調諧：將電機與負載(減速系統(tǒng))斷開(空載)調諧。
首先用默認參數調諧。完畢后將加減速時間1設為20秒，慣量自學習轉矩設定1設定為10%，慣量自學習轉矩2設定為20%，再進行調諧。完畢后，參數自動保存在fc.09——fc.12中。記錄fc.09——fc.12的參數值，然后將fc.09——fc.12參數清零，待初調系統(tǒng)穩(wěn)定后再輸入。
5.2 張力控制試車
不掛紗測試整車按鈕動作是否正常，并排除故障。通過觸摸屏輸入初始卷徑、設定張力；查看觸摸屏顯示數值是否與變頻器顯示的數據一致。上紗。設定張力值為1000；啟動主變頻低速運行；上軸；手動將紗線繞軸一周并繃緊紗線；啟動張力變頻。查看張力是否合適。停車。修改設定張力。重復3至5步。直到滿足工藝要求(注意：修改張力一定要停車)。
5.3 輸入參數fc.11材料慣量補償系數
fc.11用來補償系統(tǒng)加減速過程中克服材料轉動慣量所需的額外轉矩，設定參數應為材料密度與卷軸長度的乘積，材料密度的單位為千克/米，卷軸長度單位為米。實際操作時輸入計算值的1/3，并根據系統(tǒng)運行情況調整。本系統(tǒng)輸入fc.11=200.
注意：此參數輸入后有可能導致卷軸反轉，手動調整此參數可避免反轉。
5.4 調試中出現的問題
(1)慣量調諧電機不轉：慣量自學習轉矩設定1與慣量自學習轉矩設定2數值偏小，適當加大即可。
(2)系統(tǒng)低速時抖動：漿紗機開車過程中在操作工整理紗線、換軸時不準停車，而是運行在一個特定的爬行速度。此速度主變頻運行在2hz以下。此時張力變頻器工作在開環(huán)張力轉矩模式不滿足張力變頻器工作條件。由于速度很低紗線行走長度有限，經用戶確認不影響整體工藝要求。
(3)換軸時加張力繃斷紗線：此故障為操作工操作不當引起。換軸沒有按規(guī)定按下卷徑復位按鈕。
6 結束語
漿紗是棉紡織廠整理車間的重要工序。合理的漿紗張力對織布、印染等后續(xù)工序影響巨大。隨著企業(yè)的發(fā)展及市場的變化，石家莊常山紡織集團第五分公司根據自身的工藝要求，提出了對舊式的大雅漿紗機改造的要求，項目實施取得預期效果。
基于西門子S7-200PLC的八層電梯控制系統(tǒng)設計
緒論
隨著城市建設的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經濟和生活中有著廣泛的應用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已于人們的日常生活密不可分。實際上電梯是根據外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫時隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式：一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設定，實現電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種是用可編程控制器(PLC)取代微機實現信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大區(qū)別。國內廠家大多是采用第二種方式，其原因在于生產規(guī)模較小，自己設計和制造微機控制裝置成本較高，但PLC可靠性高，程序設計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩(wěn)定等特點，所以現在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現。本設計正是采用西門子S7-200系列PLC控制的。
2 控制電梯的優(yōu)點
1、在電梯控制中采用PLC，用軟件實現對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。
2、去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結構簡單，外部線路簡化。
3、PLC可實現各種復雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。
4、PLC可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。
5、用于群控調配和管理，并提高電梯運行效率。
6、更改控制方案時不需改動硬件接線。
3. VS-616G5型通用變頻器電梯調速系統(tǒng)
通用變頻VS-616G5可直接控制交流異步電動機的電流，使電動機保持較高的輸出轉矩；它適合用于各種應用場合，可以低速下實現平穩(wěn)起動并且極其精確地運行，其自動調整功能可使各種電動機達到高性能的控制。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。
VS-616G5變頻器用在電梯調速系統(tǒng)中時，必須配PG卡及旋轉編碼器，以供電動機測速及反饋。旋轉編碼器與電動機同軸連接，對電動機進行測速。旋轉編碼器輸出A、B、兩相脈沖，當 A相脈沖超前B相脈沖90°時，可認為電動機處于正轉狀態(tài)。當A相脈沖滯后于B相脈沖90°時可認為電動機處于反轉狀態(tài)，旋轉編碼器根據AB相脈沖的相序，可判斷電動機旋轉方向，并根據AB脈沖的頻率測得電動機的轉速。旋轉編碼器將此脈沖輸出給PG卡，PG卡再將此反饋信號送給616G5內部，以便進行運算調節(jié)。AB兩相脈沖波形圖如圖所示。
VS-616G5用在電梯調速系統(tǒng)中時，還必須配置制動電阻。當電梯減速運行時，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能。這時同步轉速下降，交-直-交變頻器的直流部分電壓升高，制動電阻的作用就是消耗回饋電能。抑制直流電壓升高。
VS-616G5 在設計中參數設置如表4.2所示：
表 VS-616G5參數設置
A1-0 1=4
存取級別為ADVANCED
A1-0 2=3
帶PG的矢量控制
B1-0 1=0
主速來自D1-01
C1-0 1=3s
加速時間3s
C1-0 2=3s
減速時間3s
C2-0 1=0.8s
加速開始時的S曲線特性時間
C2-0 2=0.8s
加速完成時的S曲線特性時間
C2-0 3=0.8s
減速開始時的S曲線特性時間
C2-0 4=0.8s
減速完成時的S曲線特性時間
C5-0 1=5
速度環(huán)比例，舒適感不好時在5~40間調整
C5-0 2=1s
速度環(huán)積分，舒適感不好時在0.5~5s間調整
D1-0 2=50Hz
快車速度
D1-0 3=6Hz
爬行速度
D1-0 9=10Hz
慢車速度
E1-0 1=380V
輸入電壓
E1-0 4=50Hz
最高輸出頻率
E1-0 5=380V
最大電壓輸出
E2-0 1=24.4A
電動機的額定電流（按電動機銘牌輸入）
E2-0 4=6
電極極數（按電動機銘牌輸入）
H2-0 1=37
變頻器輸出端子9-10為運轉中2
H3-0 5=1F
選D1-02不選端子16輸入
L3-0 4=0
失速防止無效
L6-0 1=4
過轉矩檢出動作選擇
L6-0 3=10s
過轉矩檢出時間1
L6-0 4=4
過轉矩檢出動作選擇2
L6-0 5=200
過轉矩檢出標準2
L6-0 6=2s
過轉矩檢出時間2
L8-0 1=1
制動電阻過熱
L8-0 5=1
輸入缺相
L8-0 7=1
輸出缺相
F1-0 1=600
PG脈沖數
F1-0 5=1/0
編碼器方向出錯時更改
其他參數按變頻器出廠時的設定值
變頻器容量及制動電阻參數的計算
變頻器的功率可根據曳引機電機功率、電梯運行速度、電梯載重與配重進行計算。設電梯曳引機電機功率為P1，電梯運行速度為V，電梯自重為W1，電梯載重為W2，配重為W3，重力加速度為g ，變頻器功率為P。在最大載重下，電梯上升所需要曳引功率為P2，P2=[(W1+W2+W3)g+F1] V，其中F1＝=(W1+W2+W3)g+σ，為摩擦力，σ可忽略，電動機功率P1，變頻器功率P應接近電機功率P2，相對于P2留有安全裕量，可取P=1.52P2 。
（二）制動電阻參數的計算
由于電梯為位能負載，電梯運行過程中產生再生能量，所以變頻器調速裝置應具有制動功能。帶有逆變功能的變頻調速裝置通過逆變器雖然能夠將再生能量回饋電網，但成本太高，采用能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻Rz上，成本較低而且具有良好的使用效果，能耗制動電阻的大小應使制動電流Iz的值不超過變頻器額定電流的一半，即：
式中UO為額定情況下變頻器的直流母線電壓
制動電阻的功率：
4 電梯控制系統(tǒng)的設計
4.1 信號控制系統(tǒng)
電梯信號控制基本由PLC軟件來實現，電梯信號控制系統(tǒng)如圖5.1所示，輸入到PLC的控制信號有運行方式選擇、運行控制、轎內指令、層站外呼召喚、安全保護信息、旋轉編碼器、開關門、門區(qū)和平層信號等。
4.2 電梯控制系統(tǒng)實現的功能
（1）開始時，電梯處于任意一層。
（2）當有外呼電梯信號到來時，轎廂響應該呼梯信號，達到該樓層時，轎廂停止運行，轎廂門打開，當沒有人員進出時，延時5秒后自動關門，或者按關門按鈕關門。
（3）當有內呼電梯信號到來是，轎廂響應該呼梯信號，達到該樓層時，轎廂停止運行，轎廂門打開，當沒有人員進出時，延時5秒后自動關門，或者按關門按鈕關門。
（4）在電梯轎廂運行過程中，即轎廂上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信號均不響應，但如果反方向外呼梯信號前方再無其他內、外呼梯信號時，則電梯響應該外呼梯信號。
（5）電梯具有最遠反向外呼梯功能。
（6）電梯未平層或運行時，開門按鈕和關門按鈕均不起作用。平層且電梯轎廂停止運行后，按開門按鈕轎廂開門，按關門按鈕轎廂關門。
4.3 速度控制及平層控制
電梯作為一種載人工具，在位勢負載狀態(tài)下，除要求安全可靠外，還要求運行平穩(wěn)，乘坐舒適，�？繙蚀_，電梯的運行曲線如圖 5.2所示。但在現場調試時，應使爬行段盡可能短，并要求在各種負載下都大于零為標準來調整減速起始點。
隨著科技的發(fā)展，人們對電梯的要求不斷提高：不僅速度更快、提升高度更高，還要占地少和運營成本低。同時還不能絲毫損失乘客舒適性。乘坐舒適必然要求平穩(wěn)啟動和連續(xù)加速已經柔和制動和準確抵達目的位置，要做到這些的關鍵是準確發(fā)出減速信號和平層信號，在接近層樓面時按距離精確自動矯正速度給定曲線。采用變頻器調速雙閉環(huán)控制可基本滿足要求。利用旋轉編碼器在構成速度閉環(huán)的同時，也可構成位置閉環(huán)控制。
旋轉編碼器的輸出一般為A和A、B和B兩對差動信號，可用于位置和速度測量，A和A、B和B四個方波被引入PG卡，經辨向和乘以倍率后，變成代表位移的測量脈沖，將其引入PLC高速計數端，進行位置控制。本系統(tǒng)采用相對計數方式進行位置測量。運行前通過編程方式將各信號，如換速點位置、平層點位置等所對應的脈沖數，分別存入相應的內存單元，在電梯運行過程中，通過旋轉編碼器檢測、軟件實時計算以下信號:電梯所在層樓位置、換速點位置、平層點位置，從而進行樓層計數、發(fā)出換速信號和平層信號。
電梯運行中位移的計算如下:H=SI 式中S: 脈沖當量 I: 累計脈沖數 H: 電梯位移 S=πλD/Pρ 式中D:曳引輪直徑ρ: PG卡的分頻比 λ:減速器的減速比 P:旋轉編碼器每轉對應的脈沖數
本系統(tǒng)中λ=1/32 D=580mm Ned =1450r/min P=1024 ρ=1/18
設樓層的高度為4m，則各樓層平層點的脈沖數為:1樓為0;2樓為4000;3樓為8000;4樓為12000，5樓為16000，6樓為20000，7樓為24000，8樓為28000.
設換速點距樓層為1.6米，則各樓層換速點的脈沖數為: 上升: 1樓至2樓為2400，2樓至3樓為6400，3樓至4樓為10400，4樓至5樓14400，5樓至6樓18400，6樓至7樓22400，7樓至8樓26400；下降: 8樓至7樓25600，7樓至6樓21600，6樓至5樓17600，5樓至4樓13600，4樓至3樓為9600，3樓至2樓為5600，2樓至1樓為1600。
4.4 I/O點數的分配
I/O點數分配如圖5.3示：
I/O 點數分配圖
4.5 系統(tǒng)電路原理圖
系統(tǒng)電路原理圖如圖：
系統(tǒng)電路原理圖
5.1 各環(huán)節(jié)設計方法
一、開關門環(huán)節(jié)
（一）開門環(huán)節(jié)
(1) 呼梯開門：電梯在某層站待命時，若有人在該層站呼梯則電梯首先開門；電梯在運行過程中，有外呼梯信號時，若順向運行則電梯停層開門，逆行不停層。
（2）自動運行停層時的開門：電梯在停層時，至平層位置，M3.0接通，電梯開門。
（3）關門過程中重新開門：關門過程中重新開門時，按開門按鈕（I0.4）重開；當電梯關門時有東西夾在門上，使I4.4接通，門重開；當電梯超載時，使I4.3接通，門重開。
（4）電梯運行中禁止開門, 電梯檢修時開門均為手動開門，通過開門和關門按鈕進行。
(二) 關門環(huán)節(jié)
（1）電梯開門后計時，5s后自動關門,計時未到5s時可用關門按鈕（I0.5）提前關門。
（2）檢修時關門不自鎖,電梯超重時禁止關門。
（三）保護及故障顯示環(huán)節(jié)
（1）電梯在關門過程中因各種原因不能關門到位，電梯會重新開門，開門時間到后又會自動關門，關門不到位又重新開門，如此反復開、關門，若不及時處理，門很容易損壞。所以在出現這種情況時，用計數器C0計數，當開、關門動作5次時，電梯停止運行，并0、2交替顯示。當電梯關門到位時，對C0復位。
（2）當電梯安全繼電器斷開時，電梯停止運行，且0、1交替顯示。
二、層樓信號產生與消除環(huán)節(jié)
當電梯位于某一層時，應產生位于該樓層的信號，以控制樓層顯示器顯示樓層所在的位置，離開該層，到達另一層時應顯示新的樓層信號。設計中用VB200存儲樓層信號，當電梯到達各層減速點時，顯示相應樓層的信號。在一樓和八樓分別設置一個強迫開關，用于矯正錯誤顯示，若電梯顯示有誤，只要將電梯開到一樓或八樓就可以顯示正常。
三、 呼梯信號登記、消除、顯示環(huán)節(jié)
（一）內選信號的登記、消除、顯示
通過對轎廂內操作盤上1樓~8樓選層按鈕的操作，選擇欲去的樓層，選層信號被登記，且選層按鈕下的指示燈亮。當電梯到達所選樓層后，停層信號被消除，指示燈也應熄滅。
（二）外呼信號的登記、消除、顯示
通過對電梯每層廳門處外呼按鈕的操作，選擇要上樓或是要下樓，呼梯信號被登記，且相應外呼按鈕下的指示燈亮。當電梯到達該層時，且電梯的運行方向與呼梯目的方向一致時，呼梯滿足要求，呼梯信號應被消除，不一致時，呼梯不滿足要求，呼梯信號保持。
四、電梯定向環(huán)節(jié)
電梯的定向即上行和下行。電梯在處于待命狀態(tài)下，接收到內選和外呼信號時，將電梯所處的位置與內選信號和外呼信號進行比較，確定是上行或下行，且上行指示和下行指示相應指示，一旦電梯定向，內選信號和外呼信號對電梯進行順向運行要求沒有滿足的情況下，定向信號不能消除。檢修狀態(tài)下運行方向直接由上行和下行啟動按鈕確定，不需定向。
五、停層信號產生和消除環(huán)節(jié)
電梯在停車制動前，應首先確定其停層信號，即確定要�？康臉菍�，每一層產生一個停層輔助信號，1樓~8樓的停層輔助分別是M15.0~M15.7。1樓停層條件是電梯下行到1樓，8樓的停層條件是電梯上行至8樓；中間層產生條件是根據電梯的運行方向與外呼信號的位置和內選信號比較后得出。當外呼信號方向與電梯運行方向一致時，產生停層信號，不一致時不產生停層信號，外呼信號被登記；當到達內選信號產生要去的樓層時，產生停層信號。電梯在到達需停層的樓層3s后，消除該層的停層信號。
六、啟動加速、穩(wěn)定運行、制動環(huán)節(jié)
（一）啟動加速：電梯啟動的條件是運行方向已確定，門已關好。
（二）穩(wěn)定運行：電梯在經3s加速后達到快車速度（50Hz），進入穩(wěn)定運行階段。
（三）停車制動：停層信號產生后，電梯就減速階段，接收到爬行信號，經3s減速后達到爬行速度（6Hz）。當電梯行進至平層位置時，撤去爬行信號并停車制動、自動開門。
（四）檢修時，接通檢修開關I0.3，通過上行啟動和下行啟動按鈕，控制電梯上行或下行，門時候關好不影響電梯的運行，此時電梯只能低速運行。
6.2 梯形圖
6.3 小結
本系統(tǒng)主要以PLC為核心，利用PLC的強大的控制功能，實現對電梯的控制。利用變頻器的良好調速功能，對電梯速度進行矢量控制，因而電梯平穩(wěn)、舒適。利用梯形圖程序可以很直觀的看出運行過程。利用可編程控制器控制電梯，具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等優(yōu)點。當建筑的層數增加時，只需改動較少的地方即可。本系統(tǒng)中也有很多不足的地方，如沒涉及到對電梯使用中各種故障所采取的應對措施等。由于本人學習不精，及經驗不足暫時不能完成。文中難免有錯誤的地方，望各位老師指出糾正。
