毕业论文--西门子6RA70直流调速系统的实验研究

毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 --西门子6RA70直流调速系统的实验研究 摘 要 西门子6RA70系列整流器为全数字紧凑型整流器输入为三相电可向变速直流驱动用的电枢和励磁供电额定电枢电流从15A至3000A 关键词直流调速西门子6RA70参数设置功能模块参数自整定 Abstract The series of Siemens 6RA70 rectifier is entire compact digitalthe input is the three-phase ACcan provide the armature and the exciting current which the direct-current drive used output armature electric current from 15A to 3000A All the control of opens and closed loop actuation and the communication is by two function formidable microprocessor realization the realization of actuation control function may through the parameter connect that by the block which provides the software The present situation of the 6RA70 development and the method of research introduced in this thesis the total character style cocurrent velocity modulation system of Simens 6RA70 also introduced including all structure and composition hardware system and software function Introduced the speed and electric current closed loop velocity modulation The logical control system does not have the reversible circulation velocity modulation Integrated control principle of 6RA70 cocurrent velocity modulation system Finally explained the parameter establishment method of the DC velocity modulation system self regulating method of the electric current loop and speed loops parameter special function module and the application method In the end introduced the correlation experiment the connection of wire parameter setting and part of the result about this experimentation KeywordSpeed-adjusting of DC motor Siemens 6RA70 Parameters setting Function module Parameter self-adjusting 目 录 摘 要 I Abstract II 第1章 绪论 1 11 课题背景 1 12 西门子6RA70调速装置的应用现状 2 13课题内容及研究方法 4 第2章 西门子6RA70调速系统概况 5 21 西门子6RA70直流调速系统的组成 5 com 西门子6RA70的总体结构 5 com 西门子6RA70的硬件组成 6 com 西门子6RA70的工作原理 7 第3章 西门子6RA70调速系统的基本原理 9 31 单闭环调速系统 9 32 转速电流双闭环调速系统 10 com 转速电流双闭环调速系统的组成 10 com 双闭环调速系统的稳态结构和静特性 11 com 双闭环调速系统的动态性能 13 33 本章小结 18 第4章 西门子6RA70的主要功能和参数设置 19 41 西门子6RA70主要功能简介 19 42 西门子6RA70部分功能参数设置 20 43 西门子6RA70系统优化技巧 21 43 西门子6RA70特殊功能模块的使用 22 com 合闸分闸使能 22 com 点动爬行安全停车 23 第五章 基于6RA70直流调速系统的实验 26 51 实验室整流器的型号及技术数据 26 com 整流器的型号 26 com 技术数据 26 com 实验室电动机的参数 27 com 实验设备图 27 52 参数设置 28 com 参数类型 28 com 参数设置途径 29 com 相关参数 30 53 电流环和速度环参数自整定 32 54 相关实验举例 34 com 实验内容 34 com 实验结果 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 37 本章小结 38 结 论 39 参考文献 40 附录1 44 附录2 47 附录3 51 附录4 51 致谢 52 第1章 绪论 11 课题背景30多年来由于以下三个方面的原因推动了电力拖动控制系统的迅速发展第一是控制理论的发展出现了最优控制自适应控制智能控制等相应的传动控制系统也在实践中逐步形成第二是电子器件的发展带来了拖动控制系统组成结构的重大变化过去采用旋转变流机组来实现直流电动机的平滑调速而直流发动机的励磁又采用交磁功率放大机磁放大器进行控制在50年代出现了水银整流器静止变流装置60年代出现了晶闸管整流装置它不仅在经济性和可靠性上有所提高而且在技术性能上也显示了很大的优越性另外集成运算放大器和众多的电子模块的出现不断促进了控制系统结构的变化第三是80年代计算机技术和通信技术的发展开创了拖动控制系统蓬勃发展的新时代8位-32位单片机的相继出现并应用于控制系统使其结构更加简单功能更加强大可靠性更高由于直流电动机具有良好的机械特性能在大范围内平滑调速起动制动和正反转等目前在传动领域中应用广泛 从传动系统来讲虽然近几年来交流电机调速技术发展很快在许多方面向直流电机调速技术领域扩展但是直流传动控制系统的一些理论仍然是交流传动的基础对于直流传动系统来说它也在不断地更新和发展如完全数字化的控制装置成功应用于生产以微机作为控制系统的核心部件并具有控制检测监视故障诊断以及故障处理等多功能的电气传动系统正在形成和不断的完善 西门子6RA70是全数字化工业用直流电动机调速驱动器的最新产品具有控制监视保护和串行通讯等功能2台高效能微处理器负责电枢和励磁回路所有的调节和传动控制实现无环流逻辑控制所有运行参数均可由操作控制面板进行选择设定和修改 传统的传动系统一般采用模拟直流调速系统现场粉尘较大由于系统长时间运行经常造成接触器辅助触点接触不良插件板内部元件及线路灰尘积累产生不完全短路的耦合干扰等故障经多年使用元件设备老化技术水平落后故障率高维护困难影响正常的生产和稳定运行选用6RA70系列全数字直流调速装置和西门子S7-300系列小型可编程控制器来完成系统的电传动控制通过两者的结合此系统具有良好的扩展性和很强的适应性可以采用此电传动控制系统的方法进行整体推移技术改造利用成熟的高新技术发挥全数字调速的优越性使调速性能从本质上得到改善 12 西门子6RA70调速装置的应用现状 6RA70是全数字化工业用直流电动机调速驱动器的最新产品具有控制监视保护和串行通讯等功能2台高效能微处理器负责电枢和励磁回路所有的调节和传动控制实现无环流逻辑控制所有运行参数均可由操作面板进行选择设定和修改通过装置的USS接口用随机提供的Drive Monitor软件可以实现PLC与装置的连接更方便地设置监控调节器6RA70的主板 CUD1板 带有4路开关量和2路模拟量输入用于接收启动信号和控制信号2路开关量和2路模拟量输出用于控制外围设备和仪表各开关量和模拟量输入输出都可以通过参数设置来接入调节器的不同结合点实现不同功能6RA70的最大特点在于应用了基于自由连接技术的软件结构系统中所有重要的量都以连接器来表示模拟量使用模拟量连接器以Kxxxx表示数字量使用开关量连接器以Bxxxx表示调速器的控制程序是以模块式相连接的通过对软件模块输入对应的参数来选择不同的连接器号模块之间可以重新排列组合从而满足不同的工艺要求6RA70的参数分为电机数据组功能数据组和BICO数据组功能数据组参数具有4个变址通过开关量连接器可以选择哪组 参数有效这样1台装置最多可以交替控制4台不同的电机每台电机可以有不同的电机参数给定源反馈源调节器增益和积分时间常数等BICO数据组有2个变址可以通过控制字进行转换即可选择在结合点哪些连接器量值有效这样就可使调节器结构或控制量灵活匹配 西门子6RA70直流调速系统具有良好的传动技术耐用高效能和物美价廉的特点根据使用情况直流传动通常是成本较低的传动解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 它具有性能可靠操作舒适和运行平稳等优点因此由于某些技术和经济的因素直流传动应用于许多工业领域 ,成本较低的四象限运行 ,转速较低时的持续运转 ,既使在转速较低时也能提供全部转矩 ,较高的启动转矩 ,在恒功率时有较大的调速范围 ,较小的占地面积 ,高可靠性 西门子6RA70 直流调速系统能适合各种需要可以提供经济的解决方案SIMOREG DC-MASTER系列整流器具有顶尖的性能和集成技术运行可靠和高使用价值用于世界范围内许多领域 ,印刷机的主传动 ,橡胶和塑料工业 ,起重机械中的移动和提升机构的传动 ,电梯和索道传动 ,在造纸工业 ,钢铁工业中剪床驱动装置 ,轧机传动 ,卷取机传动 ,用于电机涡轮机或减速机试验台 SIMOREG DC-MASTER是一个完整的家族SIMOREG DC-MASTER家族包括各种型号功率范围63kW1900kW用于电枢和励磁馈电单双或四象限传动并且SIMOREG DC-MASTER具有高动态性能电流或转矩上升时间大大低于10 ms因此无论在任何情况都能满足需要它们最重要的特性为 ,完全集成在每个自动化领域内 ,完全的模块扩展能力 ,从 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 应用到高性能解决方案 ,冗余传动方案可达12000A通过智能化的并联电路完成 ,额定输入电压400V830V ,通过全电子化的参数设置快速简单的启动 ,统一的操作体系 经过研究 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 出全数字控制的电传动控制系统该系统电动机能够可逆运行具有点动和爬行功能逻辑控制环节由一台小型PLC实现由于设备较多内部联锁复杂控制性能要求高实时性强要求系统快速可靠选用6RA70系列全数字直流调速装置和西门子S7300系列小型可编程控制器来完成系统的电传动控制通过两者的结合此系统具有良好的扩展性和很强的适应性 13课题内容及研究方法 本课题所要研究的内容是熟悉西门子调速系统的总体结构和组成了解掌握西门子6RA70直流调速装置的原理和参数设置等使用方法直流调速系统电流环和速度环的参数自整定方法及进行相关实验研究了解和掌握特殊功能模块的应用方法 掌握电力拖动控制系统中关于直流调速系统的知识充分理解转速电流双闭环调速系统的组成及其静态特性和稳态特性查阅大量关于西门子6RA70直流调速装置的资料充分熟悉本系统的调速原理在此基础上通过实验室调速系统说明书等资料来掌握怎样进行参数设置及速度环和电流环的参数自整定方法最后在熟知以上知识的基础之上反复进行实验研究理论结合实践实践验证理论最后达到所要求的目标 第2章 西门子6RA70调速系统概况 21 西门子6RA70直流调速系统的组成 6RA70系列调速装置有可控的电枢励磁晶闸管整流模块及全数字调节系统组成其中全数字调节系统包括控制板软件程序2部分还可增加扩展控制板对系统功能进一步扩展本系统采用双闭环直流调速系统其一是由6RA70内置的电枢电流调节器和电流互感器构成的电流环其二是由6RA70内置速度调节器和安装在直流电机轴上的光电脉冲编码器构成的速度环速度环为主环电流环为副环速度调节器和电流调节器实现串级连接由速度调节器驱动电流调节器再由电流调节器去控制触发电路触发晶闸管控制电机进行调速 com 西门子6RA70的总体结构 6RA70 SIMOREG DC MASTER 系列整流器以其紧凑和节省空间的结构为特色由于各个的部件容易接近其紧凑式设计使他们特别容易保养与维护电子板箱包含基本电子板和任何附加板 所有SIMOREG DC MASTER 装置均配备一个安装在整流器门上的简易操作面板PMU面板由一个5位7段显示作为状态显示三个LED和三个参数设置键组成PMU 还具有根据RS232或RS485 标准同USS 接口的连接器X300操作面板提供了为了启动整流器所需进行的调整和设定及测量值显示的所有工具 OP1S整流器选件操作面板既可以安装在整流器门上又可外部安装例如在柜门上因此他可以通过一根5米长电缆连接如果有一个独立的5V电源可以使用则电缆可长至50米OP1S可以作为一个经济的测量仪器安装在控制柜用来显示一定数量的物理测量值它提供一个4×16字符的LCD以简单文字显示参数名称可以选择德语英语法语西班牙语和意大利语作为显示语种为了容易地下载参数到其他 装置OP1S可以存储参数组通过基本单元上的串行接口应用适当的软件标准的PC机也可以对整流器进行参数设置这个PC接口可用在启动停机维护和运行诊断过程中此外整流器的软件升级可通过这个接口装载存储到闪存中 单象限工作的整流器电枢由三相全控桥B6C供电四象限工作整流器通过两个三相全控桥 B6 A B6 C无环流反并联连接电路供电励磁供电采用2 脉冲单相半控桥方案B2HZ电枢和励磁的供电频率可以不相同 在45至65Hz 范围之内 工作在扩大的频率范围23Hz到110Hz需询问电枢回路的供电相序不要求 对于额定直流电流为15到850A 在400V电源电压时1200A 的整流器电枢和励磁的功率单元采用独立晶闸管模块结构散热器是绝缘的对于高于上述额定电流的整流器电枢回路的功率单元由平板式晶闸管和散热器构成 晶闸管组件 其外部是带电的机箱和电源联接处的端子盖为在附近工作的操作人员提供意外触电保护所有的接线均位于正面功率单元的冷却系统通过温度传感器来监控 com 西门子6RA70的硬件组成 1 组成装置的电路板 电子板上面包括CPU程序存储器EEPROMRAM 简易操作面RS232口RS485口 以及其它一些外围接口 触发板有脉冲变压器负载电阻 分流电阻稳压电源等 功率扳有可控硅电流互感器等 2 电源部分 主回路电源由1Ul1V11W1端接入主回路电源进线电抗器接入装置单独使用一台整流变压器时 可不用进线电抗器主回路电源电压有以下四个等级3AC 4OOV3AC 575V3AC 690V3AC 830V 电流等级30A到2000A 励磁电流3-40A电枢回路电动机连接端子为1C1ID1 装置的工作电源根据接线端子5N1 5Wl 5UI的不同可接交流4O0V或230V的电源装置的工作电源无相序要求端子3U13W1为交流励磁侧电源为单相交流400V对应的励磁直流侧输出端子为3C3D装置采用强迫风冷 3 速度信号 速度信号既可以是模拟信号也可以是数字信号 4 模拟信号输入端输出端 有四路模拟信号输人端口(其中2路输人信号既可为O到正负lOV的电压信号也可为420mA的电流信号四路模拟信号输出端口输出的信号为O到正负10V的电压信号 最大2mA的电流信号 5 输入端子输出端子开关量端口可分两大类 固定功能的开关量端子和可设置的开关量功能可设置的开关量端都有一参数来定义该端子的功能 com 西门子6RA70的工作原理 6RA70在其内部有两台高效能的微处理器承担电枢和励磁回路所有的调节和传动控制功能调节功能在软件中通过参数构成的程序模块来实现它含有连接器开关量连接器结合点参数组的转换BICO数据组的转换 系统包括两个环内环是电流控制环外环是转速控制环每一个环都含有一个调节器 速度环ASR和电流凋节器ACR 它们是比例一积分 PI 环节或比例一积分一微分 PID 环节电流控制环在系统中是一个从属环速度调节器输出的最大值通常与系统允许最大工作电流值相适应从而在突加给定时起动电流保持在最大值并使系统有最大的加速度起动时间最短由于电流控制环中不包括电动机机械惯量因此其快速性较好当电网电压发生突变或机械负载突然发生很大变化时能很快进行控制恢复时间较短当负载电流超出允许最大电流值电流调节器使变流器的输出迅速下降电动机进入堵转状态起到限流保护作用这种双环系统的缺点是在电枢电流断续时机械特性变软系统放大系数急剧降低电流调节器动态品质恶 化可能会使转速凋节环不能正常工作 调堆调磁独立控制系统是指在这种系统中电动机的励磁受电动机电枢的控制这种方案一般多用在由直流发电机供电的晶闸管励磁系统中独立控制系统例系统由发电机电枢电压调节和电动机励磁电流调节两个独立的闭环系统组成而用一个给定积分器GI给出转速信号并通过速度分配器BVD来实现先升压后弱磁和先增磁后降压的加减速过程负载调节是将电流截止反馈信号通过BC2入到转速给定积分器中去从而保证了当负载过大时先使电动机增磁 当工作在高于基速时 后降低发电机电压以充分利用电动机的过载能力 电压闭环由电压调节器AUR发电机励磁电流调节器AMCR可逆晶闸管励磁装置直流装置直流发电机及相应的反馈和检测环节构成电动机励磁电流闭环由磁通凋节器AMR晶闸管励磁装置及相应的反馈和控制环节组成这两个闭环彼此独立速度分配器有两个输出信号一个作为电压调节器的给定信号另一个则输到磁通调节器作为弱磁信号在基速以下弱磁信号为零电动机磁场电流保持在额定值实现基速以下只改变发电机电枢电压来调速当速度给定值高十基速时BVD输入到电压调节器的给定值处与饱和状态但同时向磁通凋节器输入一个弱磁信号使电机励磁电流下降以实现基速向高速的恒功率调速制动过程与上述过程相反磁通变换器BM是一台函数发生器它的特性除了要考虑电机磁化曲线中励磁电流与电机磁通的非线外还要考虑电机转速与电机磁通的双曲线6RA70系列整流装置出厂时已经做了参数设定选用自优化过程可支持调节器的设定通过专门的关键参数进行自优化选取例如电流调节器的优化转速调节器的优化等等6RA70还有一系列故障诊断程序(模拟量及开关量输入输出以及支持USS通信协议装置对装置一通信协议章 PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实 现转速无静差在单闭环调速系统中只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的但它只是在超过临界电流值以后靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击并不能很理想地控制电流的动态波形带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图2-1a 所示当电流从最大值降低下来以后电机转矩也随之减小因而加速过程必然加长 对于象龙门刨床可逆轧钢机那样经常正反转运行的调速系统尽量缩短起制动过程的时间是提高生产率的重要因素为此在电机最大电流 转矩 受限的条件下希望充分利用电机的允许过载能力最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大植使电力拖动系统尽可能的用最大的加速度起动到达稳态转速后又让电流立即降低下来使转矩马上与负载相平衡从而转入稳态运行这样的理想起动过程波形示于图2-1b 这时起动电流呈方波而转速是线性增长的这是在最大电流受限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程 a 带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 b 理想快速起动过程 图2-1 调速系统起动过程的电流和转速波形 实际上由于主电路电感的作用电流不能突跳图2-1b 所示的理想波形只能得到近似的逼近不能完全实现为了实现在允许条件下最快起动关键是要获得一段使电流保持在最大值的恒流过程按照反馈控制规律采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变那么采用电流负反馈就应该能得到近似的恒流过程 32 转速电流双闭环调速系统 com 转速电流双闭环调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用在系统中设计了两个调节器分 别调节转速和电流二者实行串级联接如图2-2所示这就是说 图2-2 转速电流双闭环调速系统 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置从闭环结构上看电流调节环在里面叫内环转速调节环在外边叫做外环这样就形成了转速电流双闭环调速系统 图2-3 双闭环调速系统的电路原理图 为了获得良好的动静态性能双闭环调速系统的两个调节器一般都采用PI调节器其原理图示于图2-3在图上标出了两个调节器输入输出电压的实际极性它们是按照触发装置GT的控制电压为正电压的情况标出的并考虑到运算放大器的倒相作用 两个调节器的输出都是带限幅的转速调节器ASR的输出限幅 饱和 电压是它决定了电流调节器给定电压的最大值电流调节器ACR的输出限幅电压是它限制了晶闸管整流器输出电压的最大值 com 双闭环调速系统的稳态结构和静特性 为了分析双闭环系统的静特性必须先绘出它的稳态结构图如图2-4它可以很方便地根据图2-3的原理图画出来只要注意用带限幅的输出特性表示PI调节器就可以了分析静特性的关键是掌握这样的PI调节器的稳态 α-转速反馈系数 β电流反馈系数-4 双闭环调速系统稳态结构图 特征一般存在两种状况饱和输出达到限幅值不饱和输出未达到限幅值当调节器饱和时输出为恒定值输入量的变化不再影响输出除非有反向的输入信号使调节器退出饱和换句话说饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系相当于使该调节环开环当调节器不饱和时PI作用使输入偏差电压在稳态时总是零实际 上在正常运行时电流调节器是不会达到饱和状态的因此对于静特性来说只有转速调节器饱和与不饱和两种情况 1 转速调节器不饱和 这时两个调节器都不饱和稳态时它们的输入偏差电压都是零因此 αn β 由第一个关系可得 n α 2-1 从而得到图3-5静特性的n0-A段与此同时由于ASR不饱和 从上述第二个关系式可知 这就是说n0-A段静特性从 0 理想空载状态 一直延续到 而一般都是大于额定电流的这就是静特性的运行段 图2-5 双闭环调速系统静性 2 转速调节器饱和 这时ASR输出达到限幅值转速外环呈开环状态转速的变化对系统不再产生影响双闭环系统变成一个电流无静差的单闭环系统稳态时 β 2-2 式中最大电流是由设计者选定的取决于电机的容许过载能力和拖动系统容许的最大加速度式 2-2 所描述的静特性是图2-5中的A-B段这样的下垂特性只适合n 的情况因为如果n则ASR将退出饱和状态 双闭环调速系统的静特性在负载电流小于时表现为转速无静差这时转速负反馈起主要调节作用当负载电流达到后转速调节器饱和电流调节器起主要调节作用系统表现为转速无静差得到过电流的自动保护这就是采用了两个PI调节器 分别形成内外两个闭环的效果这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好然而实际上运算放大器的开环放大系统并不是无穷大特别是为了避免零点漂移而采用图2-5那样的准PI调节器时静特性的两段实际上都略有很小的静差如图2-5中虚线所示 com 双闭环调速系统的动态性能 1 动态数学模型 在单闭环调速系统动态数学模型的基础上考虑双闭环控制的结构 图2-3 即可绘出双闭环调速系统的动态结构图如图2-6所示图中和分别表示转速和电流调节器的传递函数为了引出电流反馈电动机的动态结构图中必须把电枢电流显露出来 图2-6 双闭环调速系统的动态结构图 前面已经指出设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程 图2-1b 因此在分析双闭环调速系统的动态性能时有必要首先探讨它的起动过程双闭环调速系统突加给定电压由静止状态起动时转速和电流的过渡过程示于图2-7由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和饱和退饱和三个阶段整个过渡过程也就分成三段在图中分别标以??和? 第?阶段0是电流上升的阶段突加给定电压后通过两个调节器的控制作用使都上升当后电动机开始转动由于机电惯性的作用转速的增长不会很快因而转速调节器ASR的输入偏差电压 数值较大其输出很快达到限幅值强迫电流迅速上升当?时?电流调节器的作用使不再迅猛增长标志着这一阶段的结束在这一阶段中ASR由不饱和很快达到饱和而ACR一般应该不饱和以保证电流环的调节作用 是恒流升速阶段从电流升到最大值开始到转速升到给定值 即静特性上的 为止属于恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段在这个阶段中ASR一直是饱和的转速环相当于开环状态系统表现为在恒值电流给定作用下的电流调节系统因而拖动系统的加速度恒定转速呈线形增长 图7 与此同时电动机的反电动势E也按线形增长对电流调节系统来说这个反电动势是一个线形增的扰动量图6 为了克服这个扰动和也必须基本上按线形增长才能保证Id恒定由于电流调节器ACR是PI调节器要使它的输出量按线形增长其输入偏差电压 必须维持一定的恒值也就是说应略低于此外还应指出为了保证电流环的这种调节作用在起动过程中电流调节器是不饱和的同时整流装置的最大电压也须留有余地即晶闸管装置也不应饱和这些都是在设计中必须注意的 图2-7 双闭环调速系统启动时的转速和电流波形 第?阶段t2以后是转速调节阶段在这阶段开始时转速已经达到给定值转速调节器的给定与反馈电压相平衡输入偏差为零但其输出却由于积分作用还维持在限幅值所以电动机仍在最大电流下加速必然使转速超调转速超调以后ASR输入端出现负的偏差电压使它退出饱和状态其输出电压即ACR的给定电压立即从限幅值降下来主电流也因而下降但是由于仍大于负载电流在一段时间内转速仍继续上升到 时转矩 则 0转速n达到峰值t 此后电动机才开始在负载的阻力下减速与此相应电流也出现一段小于的过程直到稳定设调节器参数已调整好在这最后的转速调节阶段内ASR与ACR均不饱和同时起调节作用由于转速调节在外环ASR处于主导地位而ACR的作用则是力图使尽快地跟随ASR的输出量或者说电流内环是一个电流随动系统 随着ASR的饱和与不饱和整个系统处于完全不同的两种状态当ASR饱和时转速环开环系统表现为恒值电流调节的单闭环系统当ASR不饱和时转速环闭环整 个系统是一个无静差调速系统而电流内环则表现为一个电流随动系统在不同的情况下表现为不同结构的线性系统这就是饱和非线性控制的特征决不能简单地应用线性控制理论来分析和设计这样的系统可以采用分段线性化的方法来处理分析过渡过程时还必须注意初始状态前一阶段的终了状态就是后一阶段的初始状态如果初始状态不同即使控制系统的结构和参数都不变过渡过程还是不一样的 ? 准时间最优控制 起动过程中最只要的阶段是第?阶段即恒流升速阶段它的特征是电流保持恒定一般选择为允许的最大值以便充分发挥电机的过载能力使起动过程尽可能最快这个阶段属于电流受限制条件下的最短时间控制或称时间最优控制但整个起动过程与图2-1b 的理想快速起动过程相比还有一些差距主要表现在第??两段电流不是突变不过这两段的时间只占全部起动时间中很小的成分已无伤大局所以双闭环调速系统的起动过程可以称为准时间最优控制过程如果一定要追求严格最优控制控制结构要复杂得多所取得的效果则有限并不值得 ? 转速超调 由于采用了饱和非线性控制起动过程结束进入第?段即转速调节解答后必须使转速调节器退出饱和状态按照PI调节器的特性只有使转速超调ASR的输入偏差电压Δ为负值才能使ASR退出饱和这就是说采用PI调节器的双闭环条速系统的转速动态响应必然有超调在一般的情况下转速略有超调对实际运行影响不大如果工艺上不允许超调就必须采取另外的控制措施 图2-8 双闭环调速系统空载起动的断续电流波形8 从而加剧了转速的振荡使过渡过程拖长这是又种非线性因素造成的 一般来说双闭环调速系统具有比较满意的动态性能 ? 动态跟随性能 如上所述双闭环调速系统咱起动和升速过程中能够在电流受电机过载能力约束的条件下表现出很快的动态调速性能在减速过程中由于主电路电流的不可逆性跟随性能变差对于电流内环来说在设计调节器时应强调有良好的跟随性能 ? 抗扰性能 ? 负载扰动 负载扰动作用在电流环之后只能靠转速调节器来产生抗扰作用因此在突加减 负载时必然会引起动态速降升 为了减少动态速降 升 必须在设计ASR时要求系统具有较好的抗扰性能指标对于ACR的设计来说只要电流环具有良好的跟随性能就可以了 电网电压扰动和负载扰动在系统动态结构中作用的位置不同系统对它的动态抗扰效果也不一样例如图2-9a 的单闭环调速系统中电网电压扰动和负载电流扰动都作用在被负反馈包围的前向通道上仅就静特性而言系统对它们的抗扰效果是一样的但是从动态性能上看由于扰动作用的位置不同还存在着及时调节上的差别负载扰动作用在被调量n的前面它的变化经积分后就可被转速检测出来从而在调节器ASR上得到反映电网电压扰动的作用点则离被调量更远它的波动先要受到电磁惯性的阻挠后影响到电枢电流在经过机电惯性的滞后才能反映到转速上来等到转速反馈产生调节作用晚在双闭环调速系统中由于增设了电流内环 9b 这个问题便大有好转由于电网电压扰动被包围在电流环之内当电压波动时可以通过电流反馈得到及时的调节不必等到影响到转速后才在系统中有所反应因此在闭环调速系统中由电网电压波动引起的动态速降会比单闭环系统中 小多 单闭环调速系统 b 双闭环调速系统 图2-9 调速系统的动态抗扰作用 ? 两个调节器得作用 综上所述转速调节器和电流调节器在双闭环调速系统中的作用可以归纳如下 I 转速调节器的作用使转速n跟随给定电压变化稳态无静差对负载变化起抗扰作用其输出限幅值决定允许的最大电流 II 电流调节器的作用对电网电压波动起及时的抗扰作用起动时保证获得允许的最大电流在转速调节过程中使电流跟随其给定电压变化当电机过载甚至于堵转时限制电枢电流的最大值从而起到快速的安全的保护作用如果故障消失系统能够自动恢复正常 33 本章小结 本章以介绍转速电流双闭环调速系统为重点说明了多闭环控制的特点和控制规律首先介绍这种系统的组成及其静特性阐述它的动态数学模型并就起动和抗扰两个方面分析转速电流两个调节器的作用并介绍了逻辑控制的无环流可逆调速系统的组成及其工作原理 第4章 西门子6RA70的主要功能和参数设置 41 西门子6RA70主要功能简介 1 转速实际值可选择功能 1 模拟测速机测速发电机对应最大转速的输出电压允许在8-270V范围内 2 脉冲编码器脉冲编码器的类型每转的脉冲数及最大转速由参数设定 3 具有反电动势控制的无测速机系统 本系统采用 反电动势控制不需要测速装置只需测量SIMOREG的输出电压测出的电枢电压经电机内阻压降补偿处理补偿量的大小在电流调节器优化过程中自动确定 4 自由选择转速实际值信号在这种工作方式下可任选一个连接器编号作为转速实际值信号 2 斜坡函数发生器调节功能斜坡函数发生器使跳跃变化的给定值输入变为一个随时间连续变化的给定信号加速时间和减速时间可以分别设定另外斜坡函数发生器在加速时间开始和终了有效情况下可设定开始圆弧和终了圆弧斜坡函数发生器的所有时间可分别设定 3 转速调节器调节功能转速调节器将转速给定值与实际值进行比较根据它们之间的差值输出相应的电流给定值送电流调节器 4 转矩限幅功能通过参数设定可分别设定正负转矩极限最小设定值总是作为当时转矩限幅 5 电流限幅功能在转矩限幅器之后的可调电流限幅器用来保护整流装置和电机最小设定值总是作为电流限幅 6 电流调节器功能电流实际值通过三相交流侧的电流互感器检测经负载电阻整流再经模拟数字变换后送电流调节器电流限幅器的输出作为电流给定值 电流调节器负责调节电枢电流使电流实际值等于给定值 7 参数优化功能通过参数设定可对电流调节器转速调节器等单元进行参数优化 8 监控与诊断功能装置运行状态及调节系统信号均可显示每个故障信号都有一个编号此外对于故障信息存储了事件发生的时间以便能尽快找出故障原因另外还有电机过热电机传感器传动装置等的报替信号以确保系统安全运行 9 输入和输出口功能装置还设有模拟盘和开关量输入输出口以引出或输入相关信号 42 西门子6RA70部分功能参数设置 在电子板电源电压被接通后PMU 要么在运行显示状态并且指示SIMOREG 6RA70 当前的运行状态 例如o70 要么就在故障,报警状态并显示一个故障或报警号 例如F021 1要从运行显示状态 例如o70 进到参数号状态按P 键然后按上升键或下降键选择各个参数号 2 从参数号到变址参数 对于变址参数 按P 键然后按上升或下降键选择各个变址参数当显示的是一个非变址参数时如果按P 键将直接进到参数值 3 从变址参数 对于变址参数 进到参数值状态按P 键 4 在参数值状态通过按上升或下降键改变设定参数的数值OFF2 断电 OFF2 信号是低电平有效 逻辑0状态 断电 可能的运行方式如下 P648 9控制字1中的控制位为输入位串行OFF2是由从P655P656 和P657 所选择的开关量连接器间通过与操作产生的 P648?9由P648选择的连接器被作为控制字1来使用这个字的第1 位则控制OFF2 功能 2 OFF3 快速停车 OFF3 信号是低电平有效 逻辑0状态 快停 可能的运行方式如下 P648 9控制字1中的控制位为输入位连续输入OFF3是由从P658P659和P660所选择的开关量连接器间通过与操作产生的 P648?9由P648选择的连接器被作为控制字1来使用这个字的第2位则控制OFF3功能 6RA70直流调速装置实验板图如下 3 合闸分闸 ON OFF 端子37 合闸分闸功能是通过ONOFF1合闸指令控制的端子37 如图 的信号与由参数P654所选择的开关量连接器信号之间与并且连接器的第0位在P648中选择为控制字 可能的运行方式如下 P648 9控制字1中的控制位为位连续输入ONOFF是ONOFF1 合闸指令控制的 P648?9由P648 选择的连接器被作为控制字1 来使用这个字的第0 位与ONOFF1 合闸指令与以产生ONOFF指令 ON 只在两个信号均为逻辑1 P445 0ONOFF1 合闸指令是由端子37 来的信号和由P654 中选择的开关量连接器通过与操作而生成 0 分闸1 合闸 P445 1ONOFF1 合闸指令的沿触发在0至1转换时存储合闸指令在P444 中选择的开关量连接器必须为逻辑1状态当这个开关量连接器转换到逻辑0状态时 存储器复位 4 运行使能端子38 使能信号是搞电平有效 逻辑1 使能 可能的运行方式如下 P648 9控制字1中的控制位为位连续输入运行使能指令是由端子 P649?9在P648 中选择的连接器用做控制字1这个连接器的第3 位与由P648 9 生成的信号与而产生运行使能信号 com 点动爬行安全停车 点动功能可以通过由参数P435的变址01至08选择的开关量连接器来设置或通过控制字1的第8和第9位设置 当选择使用控制字时以下为可能的运行模式P648 91中的控制位为位连续输入由P668和P669选择的开关量连接器定义了控制字1的第8位和第9位因而作为点动指令的输入P648?9P648选择的连接器作为控制字1这个字的第8位和第9位控制了点动指令的输入点动功能只在有分闸和运行使能指令时才可以执行点动指令当一个或多个指定的源 开关量连接器控制字位 变为逻辑1状态时输入在这种情况下在参数P436 中选择的给定被分配给每一个源如果点动指令同时由二个或二个以上的源输入则点动给定设为0 参数P437可以作为定义每一个可能的点动指令的源的设置不论如何斜坡函数发生器必须旁路当斜坡函数发生器旁路后他以上升下降时间为0运行 输入点动指令的操作顺序 如果输入了点动指令通过进线接触器闭合继电器使进线接触器合闸点动给定通过斜坡函数发生器施加 撤消点动指令的操作顺序 n 后调节器禁止并且在0到60s的参数延时 P085 到达后 运行状态070或更高 进线接触器打开当驱动装置在参数延时周期 最大600s 时间到时仍处在运行状态013 爬行功能可在运行状态o7下激活并且有运行使能信号进入运行状态当由P440选择的一个或多个开关量连接器转换到逻辑1时输入爬行指令一个由参数P441选择的给定分配给每一个开关量连接器如果爬行指令是通过多个开关量连接器同时输入给定值是叠加关系 限制到?200 参数P442可以作为定义每一个可能的爬行指令的源 开关量连接器 的设置不论如何斜坡函数发生器必须旁路当斜坡函数发生器旁路后他以上升下降时间为0运行 输入爬行指令的操作顺序 o7输入爬行指令通过进线接触器闭合继电器使进线接触器合闸爬行给定通过斜坡函数发生器施加如果在运行状态下输入爬行指令驱动装置通过斜坡函数发生器从工作速度减速到爬行速度 如果所有对于爬行功能有效的位均转换到逻辑0在n 到达后调节器禁止进线接触器断开 运行状态o70或更高 如果所有对于爬行功能有效的位均转换到逻辑0并且运行状态运行的条件仍然满足则驱动装置通过斜坡函数发生器从设置的爬行给定速度加速到运行速度 E-STOP功能使控制主接触器的继电器接点 端子109110 在约15ms时间内断开而与半导体器件和微处理器 主电子板 的功能状态无关当主电子板工作正常时经由调节系统在I 0时输出命令使主接触器在电流为零时断开启动E-STOP后 传动装置自由停车下列几种方法可用于使E-STOP功能激活 - 开关操作接在端子105106之间的开关断开使E-STOP功能激活 - 按钮操作接在端子106107之间的常闭接点断开使E-STOP功能激活并带停车保持接于端子106108之间的常开接点闭合使该功能复位当E-STOP功能复位后传动系统处于启动封锁状态必须通过操作停车功能例如断开端子37进行复位 44 本章小结 本章介绍了西门子公司产品,SIMOREG DC Master 6RA70系列给出了其硬件组成和主要参数设置重点说明了它的几种特殊模块 第五章 基于6RA70直流调速系统的实验 51 实验室整流器的型号及技术数据 com 整流器的型号 订货号 1P6RA7013-6DV62-O-Z 序列号 K01G95S00K00K11 工厂编号 SZYR21505600003 电枢输入 3AC 400V 13A 5060HZ 电枢输出 DC -420420 15A 负载等级 Class? Class? 134A 励磁输入 2AC 400V 3A 5060HZ 励磁输出 DC 325V 3A 冷却方式 自冷 com 技术数据 电枢额定电压 V 3AC 400 15-20 电枢额定输入电流 A 13 电子电路电源额定供电电压 V 2AC 380 -25 460 15 In 1A或1AC 190 -25 230 15 In 2A -35 1分钟 励磁额定电压 V 2AC 400 15-20 额定频率 Hz 4565 额定直流电压 V 420 额定直流电流 A 15 过载能力 最大为额定电流的180 额定输出 Kw 63 额定直流电流下的功耗 大约 W 117 励磁额定直流电压 V 最大325 励磁额定直流电流 A 3 运行环境温度 ? 045 额定 自冷 安装海拔高度额定直流电流下?1000m 控制精度Δn 0006的电机额定转速是对于脉冲编码器和数字给定而言 Δn 01的电机额定转速是对于模拟测速机和模拟给定而言 环境等级 DIN IEC 721-3-33K3DIN EN 60529IP00 H×W×D mm385×265×239 重量 约 kg 11 com 实验室电动机的参数 型号 ZD 20020-200 额定功率 200W 额定电压 220V 额定转速 2000rmin 额定电枢电流06A 等级 E级 com 实验设备图 图5-1 实验室设备图 图5-2 6RA70调速装置内部结构实物图 52 参数设置 com 参数类型 参数化是通过操作面板更改设定值 参数 激活整流器功能或显示测量值的过程基本整流器的参数称为PRUFB或K参数P参数为设定参数可读可写R参数为只读参数用于观察实时数据U参数为自由功能模块如乘法器门电路等F参数为故障参数用以显示故障状态B参数为开关量连接器表示逻辑状态如01K参数为连接器用以连接各种功能块基本整流器参数首先显示在PMU上然后显示工艺板 如果已装入 的参数根据参数P052设置值不同仅显示若干参数号 显示参数用作当前量的显示例如主给定值电枢电压速度调节器的给定与实际值偏差等等显示的参数值为只读数值并不能修改设定参数既作为显示量又作为改变量例如电动机额定电流电动机热时间常数及速度调节器的P增益等等变址参数既作为显示量又作为改变赋值给同一参数编号的几个参数值的量 com 参数设置途径 1 通过PMU面板设置 在电子板电源电压被接通后PMU要么在运行显示状态并且指示SIMOREG 6RA70当前的运行状态 例如o70 要么就在故障,报警状态并显示一个故障或报警号 ? 要从运行显示状态进到参数号状态按P键然后按上键或下降键选择各个参数号 ? 从参数号到变址参数 对于变址参数 按P键然后按上升或下降键选择各个变址参数当显示的是一个非变址参数时如果按P键将直接进到参数值 ? 从变址参数 对于变址参数 进到参数值状态按P键 ? 在参数值状态通过按上升或下降键改变设定参数的数值 ? 手动移位如果5位7段显示器不足以显示一个参数值显示器首先只显示 5位为了显示隐藏在这个窗口的左侧或右侧的数左侧或右侧的位闪烁通过按P键 下降键或P键上升键可以将窗口移位到参数值的其他位 发光二极管的功能 准备准备运行在等待允许运行状态亮 运行在允许运行状态亮 故障在出现故障信号状态亮在报警信号闪亮 2 通过串行接口由PC的DriveMonitor软件设置 为了通过PC启动装置和诊断随机提供相应的软件DriveMonitor通过基本装 置的USS接口实现PC与SIMOREG的连接软件提供下列功能 - 菜单索引的参数存取 - 参数组读及写 - 将现有的参数组复制到同系列的其它装置上 - 打印参数组 - 通过控制字进行操作 开关量命令如开关命令 及施加给定值 - 通过状态字进行监控 整流器工作状态反馈信号 及读出实际值 - 读出故障信号和报警信号 - 读出跟踪缓冲存储器中的内容 SIMOREG 中的示波器功能 com 相关参数 1 访问授权 P051 0参数不能更改 40参数可以改变 P052 0只显示不是工厂设定值的参数 3显示所有参数 2 调整整流器额定电流 整流器额定电枢直流电流必须通过设置参数P076001 百分数 或参数P067 来调整整流器额定励磁直流电流 必须通过设置参数P076002 百分数 来调整 3 调整实际整流器供电电压 P078001 电枢回路供电电压 单位伏 P078002 励磁回路供电电压 单位伏 4 输入电动机数据 在下列参数中电动机数据必须按电动机铭牌的规定写入 P100 电枢额定电流 A P101 电枢额定电压 V P102 励磁额定电流 A P104 速度n1 rpm P105 电枢电流I1 A P108 最大运行速度n3 rpm P109 1和速度有关的电流限幅激活 P114 电动机热时间常数 min 5 实际速度检测数据 ? 使用模拟测速机 P083 1速度实际值由主实际值通道 K0013 提供 端子XT103XT104 P741 最高转速时的测速机电压 –27000V至27000V ? 使用脉冲编码器 P083 2速度实际值由脉冲编码器提供 K0040 P140 选择脉冲编码器类型 脉冲编码器类型见下面 0 无编码器或用脉冲编码器检测速度功能未选用 1 脉冲编码器类型1 2 脉冲编码器类型1a 3 脉冲编码器类型2 4 脉冲编码器类型3 P141 脉冲编码器的脉冲数 脉冲数转 P142 设置脉冲编码器的信号电压 0 编码器输出5V信号电压 1 编码器输出15V信号电压 P143 设置脉冲编码器的最大运行速度 转分钟 参数中设置的速度相当于实际速度 K0040 的100 ? 无测速机运行 EMF 控制 P083 3速度实际值信号由EMF 实际值通道 K0287 提供但用P115 计值 P115 最高速度时的EMF 6 励磁数据 ? 励磁控制 P082 0内部励磁没有使用 P082 1励磁回路与主回路接触器一起合闸 P082 2在达到运行状态o7或更高时在P258参数化的延时到达后由 P257设置的停机励磁自动接入 P082 3励磁电流恒定接入 ? 励磁减弱 P081 0无与速度或EMF有关的弱磁功能 P081 1励磁减弱运行被看做为一个内部EMF控制功能因此在励磁减弱范围 中即速度在电动机额定速度 阈值速度 之上时电动机的EMF恒定维持在给定值 7 基本工艺功能的选择 ? 电流限幅 P171 在转矩方向I的电机电流限幅 为P100的百分数 P172 在转矩方向II的电机电流限幅 为P100的百分数 ? 转矩限幅 P180 在转矩方向I的转矩限幅1 为电动机额定转矩的百分数 P181 在转矩方向II的转矩限幅1 为电动机额定转矩的百分数 ? 斜坡函数发生器 P303 加速时间1 单位为秒 P304 减速时间1 单位为秒 P305 初始圆弧1 单位为秒 P306 最终圆弧1 单位为秒 53 电流环和速度环参数自整定 1 驱动装置必须在运行com 停机 2 通过键参数P051选择下列之一的优化运行 P051 25电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化运行 P051 26速度调节器的优化运行 3 SIMOREG整流器转换到运行状态o74几秒钟然后进入com待合闸和运行使能输入输入合闸和运行使能指令PMU 简易操作控制面板 上的运行状态显示的十位闪烁预示在合闸指令后将执行一个优化运行如果在30秒时间内没有合闸指令输入这个等待状态终止并显示故障信息F052 4 当整流器达到运行状态 o10 运行 时执行优化运行在PMU上出现一个活动的显示包括二个2位数由一个上下移动的条分开这二个数表明当前的优化运行状态 P051 25电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化运行 持续大约40s 电流调节器优化运行也可以在电机轴上没有负载时执行必要时要将电机机械锁住以下参数被自动设置P110P111P112P155P156P255P256P826在执行优化运行过程中永磁电动机 和剩磁过大的电动机 必须机械锁在电流调节器优化过程中电流限幅不起作用75的电动机额定电枢电流将流过大约07秒此外个别情况下将产生大约120电动机额定电枢电流的电流尖峰 P051 26速度调节器的优化运行 持续大约6秒 用P236选择速度调节回路动态响应的程度在此小值将产生一个软的调节器设定在速度调节器优化之前设定P236并将影响到P225P226和P228的设定对于速度调节器的优化在电机轴上必须接上最后有效的机械负载因为所设定的参数同所测量的转动惯量有关以下参数被自动设置P225P226和P228速度调节器的优化运行只有在参数P200中设置了速度调节器实际值滤波才可执行如果P083 1主实际值的滤波在参数P745中设置当P200 20毫秒时P225 增益 被限制在3000速度调节器优化运行将参数P228 速度给定滤波 设置成与P226 速度调节器积分时间 相同 为了在给定有突变时获得最佳控制响应 在速度调节器执行优化运行过程中电动机将以大约 45的额定电枢电流加速电动机可能达到大约20的最大电动机速度 P051 27励磁减弱的优化运行 过程持续大约1分钟 这个优化运行仅能在无机械负载下执行以下参数被自动设置P117到P139P275和P276 P051 28摩擦和转动惯量补偿的优化运行 根据需要 过程持续大约40秒 以下参数被自动设置P520P530P540在这个优化运行完成后必须通过手动设置P223 1使摩擦和转动惯量补偿功能有效当运行模式通过P170从电流控制切换到转矩控制时摩擦和转动惯量补偿的优化运行必须重做 P051 29具有摆动机构的传动系统的速度调节器优化 过程持续大约10分钟 以下参数被自动设置P225P226P228在这个优化运行中记录调节系统对频率1100Hz的频率响应 5 在优化运行结束时P051在操作面板上显示驱动装置转换到运行状态o72 对于具有特定运行轨迹的驱动励磁减弱的优化运行 P051 27 在第一个弱磁测量点绘制出来前不能通过分闸指令中断同样地摩擦转矩和转动惯量补偿的优化运行 P051 28 在10的最大速度测量点被确定前不能通过分闸指令中断在这二种情况下过早的中断将导致故障信息F052当二者之一的优化运行 P051 27或P051 28 被再次启动后他将从一个更高的点做起有了这种方法对于特殊的运行即使是特定运行轨迹的运行也可以通过几个步骤来完成如果当优化运行正在执行过程中出现一个故障信息或是在优化运行重新启动前电子板电源断电或是选用与前一个功能数据组不同的设置或是当一个优化运行正在进行时启动了另外一个优化运行则在一个再启动后将彻底完成各自的优化运行功能数据组选择的参数在每一种情况下都是最优的当优化运行正在执行时功能数据组选择一定不 要改变否则将出现一个故障信息优化运行应按以上规定的次序来执行 预控制和电流调节器速度调节器励磁减弱控制摩擦转矩和转动惯量补偿 所确定的参数与电动机的温度有关当电动机处于冷态时自动设置的参数值可以作为有效的缺省值对于动态性能较高的驱动优化运行P051 25在驱动带载运行后应重新执行 即在电动机热态时 54 相关实验举例 com 实验内容 1 实验板和仪器 1 电压给定板B9607 2 数字量给定板B9608 3 接触器板B9601 4 直流调速装置 EFAT-DC004装置板 EFAT-DC0041主回路接口板 EFAT-DC00411调节回路接口板 5 直流电动机组 6 万用表 7 示波器 8 专用电缆线 J1J2J3YD1YD2 2 设定额定参数 1 6RA70全数字直流调速装置 电枢 输入 400V 5060HZ 13A 输出 DC? 420V 15A 磁场 输入 2AC 400V 5060HZ 3A 输出 DC 325V 3A 2 直流电动机 电枢电压220V 电枢电流16A 磁场电流011A 转速 2000rm 3 测速发电机 转速2000rmin 3 接线图如5-4 接线 QS1选用主控板上三相电源开关QS2选用主控面板上单相电源开关将RW1电 位器旋转到中间位使其在通电后的输出电压为0置SB14SB17为断开状态 参数设定 合上QS1空气开关接通三相电源装置面板上显示运行状态070 进到参数化状态 置 P051 21 恢复出厂设置 P051 40 受权给使用人员的参数设置权 P052 3 显示所有参数 ? 输入电动机参数 P1001 16A 电枢电压额定值 P1011 220V P1021 011A P1141 10S ? 调整整流器额定电流 P0761 20 使整流器电枢额定直流与电动机相匹配 P0762 10 使整流器励磁额定直流电流与电动机相匹配 ? 调整实际整流器供电电压 P0781 380V 电枢回路实际供电电压 P0782 380V 磁场回路实际供电电压 ? 模拟测速机反馈 P083 1 测速机反馈 P741 10V 最高转速时的测速机电压 P200 10 反馈时间常数10ms ? 磁场控制 P082 2 弱磁 P2571 20 减为原来电流的20 P2581 2S 2S后自动减弱 ? 电流转矩限幅 P1711 100 转矩方向I的电流限幅 P1721 100 转矩方向II的电流限幅 P1801 100 转矩方向I的转矩限幅 P1811 100 转矩方向II的转矩限幅 ? 斜波函数发生器 P3031 10S 加速时间 P3041 10S 减速时间 P3051 2S 初始圆弧 P3061] 2S 最终圆弧 ? 定义点动方式 P4351 10 选择36号端的SB14闭合时为点动运行 P4363 5 定义点动运行速度为50的额定转速 ? 模拟量输出口信号监视 P750 190 选择模拟量输出端子 P752 1000ms 信号滤波时间 P753 10 输出规格化 -10v-10v P754 0 偏置为0 ? 开关量输出口信号检测 P7701 0 端子49的开关量输出不反号 P771 12 监视37号端子的状态 4 最优化运行合上QS2空气开关 1 设置P051 25 电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化运行按下P键 驱动装置运行状态在070按下SB15KM合闸驱动装置显示11按下SB16自动进入 最优化运行最优化运行后P110P111P112P155P156P255P256被自动设置 2 设置P051 26速度调节器的优化运行操作方法同上最优化运行后 P225P226P228 被自动设置若最优化运行失败后则以上参数该用人工设置 5 速度控制器运行 空气开关QS1QS2均已经合上在显示070状态下按下SB15按钮主接触器KM 动作状态显示为11按下SB16按钮调节系统使能状态显示为1或11系统等待启动正转旋转RW1电位器逐渐增加给定电压电动机反向升速经参数优化后调节器参数已设定适当调整转速调节器参数可以改变系统的 动态响应点动按下SB14断开SB15系统为点动运行 com 实验结果记录 1 直流调速装置实验板上的1213接线端子测得的值为电动机实际电枢电流值1415接线端子为电动机实际电枢电压值 2 空气开关QS1QS2均已经合上在显示070状态下按下SB15按钮主接触器KM动作状态显示为11按下SB16按钮调节系统使能状态显示为1或11系统等待启动正转旋转RW1电位器逐渐增加给定电压电动机反向升速经参数优化后调节器参数已设定适当调整转速调节器参数可以改变系统的动态响应点动按下SB14断开SB15系统为点动运行 3 经过动态相应优化的6RA70装置在机组速度进行升速降速等动态变化时各装备的速度实际反馈曲线基本能够确保动态相应平滑无滞后跟随特性好图5-6为动态相应优化前后的速度给定值和实际速度反馈值的动态相应曲线由于普通示波器无法测取实际波形故用摄像机以固定间隔拍摄并读取电压给定值从控制面板获得和反馈值 由万用表测得 数据图5-5为部分实际拍摄的照片 图5-5 部分数据测取图 图5-6 动态相应优化前后的速度给定值和实际速度反馈值的动态相应曲线 本章小结 本章作为本片论文的核心部分主要介绍了实验室整流器的型号以及它的技术参数电动机的参数在第二节介绍了西门子6RA70直流调速装置的参数类型以 及三个参数设置途径及设置方法还有一些常用参数设置对应的参数号第三节说明了电流环和速度环的参数自整定方法过程等内容在最后一节举实验研究过程中的实例及其实验结果进一步说明西门子6RA70直流调速装置的使用方法和功能的实现 结 论 本文介绍了西门子6RA70全数字式直流调速装置并介绍了相关实验该装置中使用了1000多个参数及连接量使得装置的控制功能十分强大装置内除了常见的速度调节器电流调节器反电动势调节器外还有工艺调节器电动电位计摩擦和转动惯量补偿以及内容丰富的自由定义功能块 由于该装置具有自动优化功能在调试时只需输入一些必要的参数如装置的铭牌数据电机的铭牌数据等即可其它数据在自动优化过程中本装置进行自动优化设置当自动优化设置失败时可以进行手动设置相关参数自动优化包括以下几部分电流调节器及电流前馈控制的自动优化速度调节器的自动优化弱磁优化摩擦和转动惯量的补偿以及具有摆动机构的传动系统的速度调节器优化 在实验研究中开环和闭环控制电子模板C98043-A7001是全数字调速装置的核心硬件内置微处理器主要完成?电枢回路磁场回路的开环及触发脉冲的控制?速度给定速度反馈?装置运行的使能控制?可组态的输入输出控制端 电流调节器和速度调节器通过自动优化得到调节器的相关PI参数弱磁的优化运行可得到电动机的磁化曲线通过选择斜坡上升下降过渡圆弧等时间来实现起制动加速度的s曲线过渡减少因速度突变而引起的电流过大现象和机械冲击现象有利于延长电器和机械寿命 参考文献 1 邓燕妮孙勇 S7300PLC与6RA70直流调速器间通信的实现 武汉理工大学学报?信息与管com37-43 2 6RA70系列直流调速装置的应用 齐齐哈尔大学学报2004104-107 3 周应霞 SIEMENS 6RA70直流传动装置应用实践 南方金属200555-57 4 西门子电气传动有限公司 6RA70系列全数字直流调速装置6KW-2500 KW使用说明书 北京陆通科技有限公司承制2004 5 王振臣蔡满君 电器控制及PLC 燕山大学电气工程学院自动化系2005 6 陈伯时 电力拖动自动控制系统 北京机械工业出版社 2005 7 王华马利军 6RA70在直流传动系统中的应用 com112-113 8 邓健 西门子6RA70型直流调速器在岸桥上的应用 港口装卸20052 24-26 9 周宇明李德平 SIMOREG DC-MASTER 6RA70整流设备的应用 冶金丛刊2004230-32 10 郝晓弘 6RA70全数字直流调速装置在材轧机电控系统中的应用 电工com27-30 11 Man Meibo Application of 6RA70 and s7-400PLC in the Digitization Reconstruction for the Excitation System of the Synchronous Motor Mechatcom74-78 12 H YajimaH Wakiwaka Design of linear DC motor for high-speed positioning Sensors and Actuacom281-284 13 熊金生 直流调速系统的应用 com16-18 1 张登山 可靠性与灵活性的完美结合-SIEMENS 新型直流驱动装置 SIMOREG DC MASTER 6RA70 com62-63 1 H GhassemiS Vaez Zadeh A very fast direct torque control for interior permanent magnet ynchronous motors start up Energy Conversion and Management 200546715-726 16 Abdullah MAl-Garni Low speed calibration of hot-wire anemometers Flow Measurement and Instrumentacom95-98 17 吴刚 西门子6RA70系统在马钢高线改造中的运用 com 71-74 陈昌宇孙德宝 西门子6RA70全数字直流调速装置的2种扩容方法 com51-55 廖旭志 西门子6RA70全数字直流调速装置在舞钢的应用 com 4 30-33 O GundogduK Erenturk Fuzzy control of a dc motor driven four-bar mechanism Mechatrocom423-438 21 史江华梅瑾烨 直流装置6RA70在板材冷轧机的应用 冶金自动化 2006S2336-337 2 邓林峰 6RA70在临钢滚切式定尺剪的调试及应用 临钢中厚板厂486-487 2 Kin YeungJie Huang Development of a remote-access laboratory-a dc motor control experiment Computers in Inducom305-311 24 崔新孟欣侯林 6RA70系列直流调速装置的应用技巧 一重技术2003 220-21 2 韩钢 PLC及直流调速系统在龙门刨床中的应用 com29-30 2 王光友 利用西门子PLC与6RA70装置改造无刷励磁系统 冶金动力 2005489-92 柳建波 6RA70全数字直流调速装置动态速度响应的调整 莱钢科技 2004360-67 附录1 附录2 一个带增益调度控制的PLC热过程的研究H-X Li SK Tso 本文介绍了热过程对一个模糊的PLC系统的实际执行情况的个案研究理论制的过程围绕一个参考点差的表现往往是由因苏决议引起的模糊推理梯逻辑的限制无法支持决议改善复杂的算法一个简单的增益适应这里介绍的方法以实现平稳模糊控制可以很容易地在一个PLC系统实施实时的上一热工艺实验表明该方法以及作为模糊控制器的鲁棒性对于时变过程的特点1999埃尔塞维尔科学运输署保所有权利介绍在工业自动化应用梯形逻辑编程语言运行在所谓逻辑可编程控制器埃里克森1996年通常用于离散事件控制对于连续控制要么bangbang式控制或PID型控制器更经常地就业 1974年模糊控制应用程序出现曼丹尼1974年从那时起模糊逻辑控制联合体已被作为首选方法设计甚至动力系统在九十年代初越来越多的成功工业自动化应用的潜力被证明模糊逻辑模糊到PLC系统来市场这些系统紧密结合模糊逻辑与传统的工业自动化技术模糊- PLC系统许多应用程序已报告火电厂对环境非常敏感变化并要求性能非常强劲温度控制由于线性控制器可能无法强劲足够的时间就变性能的过程中模糊逻辑控制联合体好候选人时模糊PLC系统可用另一方面可能有其他问题线性控制器没有实际实验显示下周围的参考解放阵线表现点部分原因是复杂的决议要求对于复杂的过程第二组的成员功能基本解法查找表它可以提供控制被用在一些模糊系统以取代表内预置错误时属于解法限制李和刘1989廖和王1991然而这种方法并不适用于模糊PLC系统由于系统和复杂调整一个简单但方法需要在实践中提高性能本文介绍了一个实用的方法是使用增益调度这种方法可以适应只有通过调整缩放要求 收益使用的PLC梯形图逻辑正确设计模糊电脑控制系统然后非常成功的控制具有时变特征热电厂 2处理器和模糊逻辑推理 模糊推理由几个操作如图所示推理虽然模糊逻辑推理模块的PLC进行了模糊推理的运作在一个单独的软件工具一个电脑程序的知识为基础的需要推论该软件工具是联系在一起的模糊的PLC由一个标准的串行电缆RS232的系统通过该开发人员下载设计知识基础模糊- PLC系统模糊推理变成一个函数被调用时由阶梯逻辑需要一个模糊变量由会员设置功能基本解法对于一个给定的MF是支持的设置分在该地区的高档k是积极的决议取决于中频级K的分布对其的支持既然有一个转换模糊推理的决议在很大程度上取决于双方的模糊决议输入和输出变量一个模糊变量取决于中频设计不当基本解法的模糊变量可能会丢失一些输入信息造成贫穷的决议理论上一个中频应配合其信息传播域达到最佳的决议该条款可以用来描述模糊变量或它的好坏一个大型信息领域需要一个广泛分布的MF可以作为一个粗中频考虑同时一小信息领域需要一个狭窄的分散的MF可以作为一个中频认为没有脆变或类似问题的决议操作这里介绍的热过程是一个非线性随时间变化的过程中随着温度的控制变量非线性性质的热过程需要二控制器的状态在短暂的时期因此有必要大错误控制需要粗输入输出变量而在稳态期间小错误需要控制这需要输入输出变量这一决议要求没有线性控制器但可能刚果解放阵线等系统因之间的不匹配的基本解法和传播的信息领域有人建议应该使基本解法第二组与狭窄传播以改善稳态性能期间李和刘1989但是这种类型的变量中频系统是设计和调整也是不适合的模糊PLC系统的应用假设为单号决议由基本解法如图 而不是多分辨率描述了非均匀支持基本解法 输入和输出的单分辨率的隶属函数变量虽然模糊PLC系统结合模糊 与PLC的逻辑这样做增加了传统的范围工业自动化应用梯形逻辑不支持复杂的算法这可能会限制性能一个模糊的PLC系统由于该决议模糊变量使用基本解法模糊变量可能不能满足决议所要求的控制为条件随着增益调本文提出的策略控制决议适应可以通过使用多个收益而不是多分辨率的好坏当时主要的设计和调试工作以获得设计和转移调整这个方法该方法简便一个模糊PLC系统适合可以提高控制性能一个与新设计的模糊PLC系统算法取得了令人满意的表现实验示范在一般情况下模糊系统可实现更强劲的性能复杂如植物非线性时变过程这是希望本文的成功示范将推动更广泛包括刚果解放阵线的应用模糊的PLC工业自动化系统 摘要 第1章 绪论 第2章 西门子6RA70 调速系统概况 第3章