《毕业论文行星内圆磨床控制系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文行星内圆磨床控制系统设计.doc（46页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、毕业论文题 目: 行星内圆磨床控制系统设计 院系名称：电气工程 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 摘 要传统的行星内圆磨床电气控制采用继电器逻辑控制，故障率较高，自动化水平低，精度差。而本论文设计的行星内圆磨床系统采用可编程序控制器PLC取代原系统的全部逻辑控制。采用手动、自动功能相结合的方式，以满足行星内圆磨床的工艺及操作要求;采用变频控制功能以提高行星内圆磨床的精度。照此方式设计出的行星内圆磨床系统提高了行星内圆磨床的精度及自动化水平，从而提高了生产效率，保证了加工精度。而且由于PLC的应用降低了机床的故障率，增加了机床的柔性，也大大地降低了维护费用。 本课题设计的
2、行星内圆磨床电气控制系统中PLC的软件设计是配合其硬件设置的，进而来完成机床的各种控制功能。在此基础上尽量利用PLC软件编程的灵活性，来增强机床的控制功能，使其达到日臻完美的地步。关键词：可编程序控制器PLC；变频调速器；行星内圆磨床Title The System Design of The Planet Inner-round Grinder AbstractThe Planet Inner-round Grinder of Tradition adopts the overall logic control of the Programmable Logic Controllers re
3、placing electric relay system, which is against the disadvantages, for instance, high fault rate, low level in automation, poor precision and so on. In this paper, to meet the needs of the technology and operation of the planet inner-round grinder, it adopts a way to connect the artificial function
4、with the auto one. Also,it adopts variable frequency control function, in case of improving the precision of the planet inner-round grinder. The system design of the planet inner-round grinder improves its precision and the level of automation. Accordingly, the productivity is improved and the manuf
5、acture precision is ensured. Whats more, the application of PLC has decreased the fault rate of the machine tool, increased the flexible of the machine tool, as well as decreased the maintenance cost. using PLC electrical control system of the software design The planet inner-round grinder is in lin
6、e with its hardware settings, and then to complete a variety of machine control functions. Based on these to make full use of the flexibility of software programming, to enhance the control machine to reach the point of becoming more perfect.Keywords: programmable logic controllers; frequency conver
7、ter; planet inner-round grinder 目 录1 引言11.1 论文选题的目的和意义11.2 有关磨床的历史、现状和前沿发展情况11.3 行星内圆磨床的工作原理21.4 本课题研究的主要思路31.5 本课题研究的主要内容32 PLC及变频器在工业中的应用42.1 PLC的发展和特点42.2 变频调速的发展和特点102.3 变频调速原理112.4 变频器的运行功能112.5变频器的保护、显示和预置123 行星内圆磨床的硬件设计183.1行星内回磨床基本功能的设置183.2行星内圆磨床中PLC的使用193.3行星内国磨床中变频器的使用223.4 电路设计244 行星内圆磨床
8、的软件设计274.1微动功能的实现274.2 自动循环功能的实现295 PLC及变频器的调试375.1 PLC的调试375.2变频器的调试38结论40致谢41参考文献421 引言1.1 论文选题的目的和意义 传统的行星内圆磨床电气控制采用继电器逻辑控制，有故障率较高，自动化水平低，精度差等缺点。故本论文设计出的行星内圆磨床系统采用可编程序控制器PLC取代原系统的全部逻辑控制。采用手动、自动功能相结合的方式，以满足行星内圆磨床的工艺及操作要求;采用变频控制功能以提高行星内圆磨床的精度。照此方式设计出的行星内圆磨床系统提高了行星内圆磨床的精度及自动化水平，从而提高了生产效率，保证了加工精度。而且由
9、于PLC的应用降低了机床的故障率，增加了机床的柔性，也大大地降低了维护费用。1.2 有关磨床的历史、现状和前沿发展情况 磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。 正在精磨轧辊的大型磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。 十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨
10、料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。 1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。 1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如20世纪初，先后研制出加工气缸体的行星
11、内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。 自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，研磨机和超精加工机床等相继制成使用；50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60年代末又出现了砂轮线速度达6080米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。 能做镜面磨削的精密磨床随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨
12、床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。 外圆磨床是使用最广泛的磨床，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。不过外圆磨床的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。 内圆磨床的砂轮主轴转速很高，可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。普通内圆磨床仅适于单件、小批生产。自动和半自动内圆磨床除工作循环自动进行外，还可在加工中自动测量，大多用于大批量的生产中。 平面磨床是工件一般夹紧在工作台上，或靠电磁吸力固定在电磁工作台上，然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床；无心磨床通常指无心外圆磨床，即工件不用顶尖或卡盘定心和支
13、承，而以工件被磨削外圆面作定位面，工件位于砂轮和导轮之间，由托板支承，这种磨床的生产效率较高，易于实现自动化，多用在大批量生产中。大型曲轴磨床工具磨床是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有万能工具磨床、钻头刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲线磨床等，多用于工具制造厂和机械制造厂的工具车间。砂带磨床是以快速运动的砂带作为磨具，工件由输送带支承，效率比其他磨床高数倍，功率消耗仅为其他磨床的几分之一，主要用于加工大尺寸板材、耐热材料和大量生产的平面零件等。专门化磨床是专门磨削某一类零件，如曲轴、凸轮轴、花键轴、导轨、叶片、轴承滚道及齿轮和螺纹等的磨床。除以上几类外，还有研磨机、坐标磨床和钢坯磨床等多种类型。
14、1.3 行星内圆磨床的工作原理行星内圆磨床磨削时，工件固定不转，砂轮除了绕其自身轴线高速旋转实现主运动外，同时还绕着被磨内孔的轴线作公转运动，即圆周进给运动。纵向往复运动由砂轮或工件完成，周期横向进给运动通过周期地改变砂轮与被磨内孔轴线的偏心距，即增大砂轮公转运动的旋转半径来实现。行星式内圆磨床主要适用于磨削大型工件或形状不对称、不便于旋转的工件。1.4 本课题研究的主要思路本课题设计的行星内圆磨床系统采用可编程序控制器PLC及变频调速技术提高了它的可靠性和自动化水平。1.5 本课题研究的主要内容（1）应用可编程序控制器PLC取代继电器的逻辑控制；（2）应用变频器实现工作台调速；（3）设置整个
15、工作过程的自动循环功能。2 PLC及变频器在工业中的应用2.1 PLC的发展和特点2.1.1 PLC的定义PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生
16、产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 2.1.2 PLC的发展过程 虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段： （1）早期的PLC（60年代末70年代中期） 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小
17、规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指示，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。 （2）中期的PLC（70年代中期80年代中，后期） 在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样，使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加
18、了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。（3）近期的PLC（80年代中、后期至今） 进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。我国对PLC的研究和应用始于70年代中期。
19、在1974年我国首先仿制美国生产的第二代PLC，由于水平不高及器件的原因，未能推广应用。1977年我国又采用了美国MOTOROLA公司一位机MC14500集成芯片，研制成了我国第一台具有实用价值的PLC，不仅有了批量的产品，而且开始应用于工业生产控制。日前，我国仍以消化吸收和二次开发国外产品为主，同时也积极引进国外的PLC生产线，建立一些合资企业，并开发我国自己的产品。但由于受国内技术和设备的限制，仍以生产小型PLC为主。2.1.3 PLC的特点 为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：（1） 可靠性高，抗干扰能力强 工业生产对控制设备的可靠性要求：平均故障间隔时间长；故
20、障修复时间（平均修复时间）短。 1) 任何电子设备产生的故障，通常为两种： 偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。 永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故
21、障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。 2）硬件措施： 主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。a 屏蔽对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。b 滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。c 电源调整
22、与保护对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。d 隔离在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。e 采用模块式结构这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。3）软件措施： 有极强的自检及保护功能。a故障检测软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。b信息保护与恢复当偶发性故障条件出现时，不破坏P
23、LC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。c设置警戒时钟WDT（看门狗）如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。d加强对程序的检查和校验一旦程序有错，立即报警，并停止执行。e对程序及动态数据进行电池后备停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。 PLC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲宽度为1S的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万上千
24、万小时；制成系统亦可达45万小时甚至更长时间。（2）通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。（3）功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。（4）编程简单，容易掌握目前，大多
25、数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。（5）减少了控制系
26、统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。（6）体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；
27、而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24128点。2.1.4 PLC的应用范围 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 （1）开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水
28、线等。 （2）模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 （3）运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、
29、电梯等场合。 （4）过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 （5）数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能
30、传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 （6）通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.1.5 PLC未来展望 21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进
31、一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组成构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业
32、以外的众多领域发挥越来越大的作用。2.2 变频调速的发展和特点上世纪50年代末，由于晶闸管（SCR）的研究成功，电力电子器件开始运用于工业生产，可控整流直流调速便成了调速系统中的主力军。但由于直流电机结构复杂，造价比交流电机高，直流电动机在运行中，炭刷接触产生炭粉而易引起环火，须经常维护，而且直流调速系统线路复杂，维修十分不便。因而便促进了世界各国对交流调速技术的开发和研制。 20世纪80年代中期，随着第三代电力电子器件，如门极可关断晶闸管(GTO）、大功率晶体管（GTR）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等全控型电力电子器件的研制成功，以及电力电子器件从电流驱动型到电压驱动型全控器件等的发展，
33、日本等国已先后研制开发出了功率等级不同的把控制、驱动、检测、保护及功率输出集于一体的变频调速产品。从而使交流变频调速的关键装置逆变器性能优良，主电路简单，驱动方便，工作可靠。同时随着控制理论、微电子技术和计算机技术的发展，使交流电机变频调速技术取得了突破性进展，并以其优越的调速性能和良好的节能效果逐渐取代了直流调速系统和其他的调速方式，如变极调速、串级调速、滑差电机调速、整流子电机调速等。 随着全球能源短缺趋势的加剧以及交流变频技术及变频器产品的性能和功能日趋完善，使其越来越广泛地应用在工业生产的各个领域中。据有关资料介绍，1994年日本生产100kW以下的中小功率变频器已达100万台。除日本
34、外，欧美等发达国家目前已形成了较完整的变频器技术产业体系。变频器采用正弦波脉冲宽度调制，内部采用微处理器实现全数字化控制。可选择采用按转子磁场定向的矢量控制技术，即使不安装测速发电机或编码器也能得到很宽的调速范围、平滑的调速特性及快速的动态响应。主电路采用不可控整流简化了结构，使电网功率因素的大小与逆变器输出电压的大小无关且接近于1。中间环节采用电容器实现电压耦合。逆变器功率器件采用IGBT可提高载波频率，使输出波形更接近正弦波。为了提高制动性能可选加制动单元，当变频器处于制动状态时，吸收由电机回馈主电路直流环节的能量。变频器控制部分主要由电源板、控制板、操作面板构成。编码器和现场总线接口可根
35、据需要选用，可用PC机进行参数设定。2.3 变频调速原理 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。 它的主电路都采用交直交电路。（1）JP6C-T9/J9 系列低压通用变频器工作电压为：380690V，功率为0.75800kW，工作频率为0400Hz；（2）JP6C-YZ 系列中压通用变频器工作电压为：11402300V，功率为371000kW，工作频率为0400Hz；（3）JCS 系列高压变频器工作电压为：3KV / 6KV / 10KV，功率为28020000kW，工作频率为 060Hz； 从理论上我们可知，电机的转速N 与供电频率f 关系如式3.1所示
36、. （3.1）式中： p电机极数 S转差率由式3.1可知，转速n 与频率f 成正比，如果不改变电动机的极数，只要改变频率f 即可改变电动机的转速，当频率f 在050Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。2.4 变频器的运行功能2.4.1 工作频率的给定 给定频率与给定信号对应的频率。给定信号不变，给定频率也不变。频率的给定方法:(1) 面板给定利用面板上键盘的数字增加键和数字减小键来进行频率的数字量的给定和调整。(2) 预置频率通过程序预置的方法预置给定频率。起动时，按运行键(RU N或 F WD或
37、REV键)，变频器即自行升速至预置的给定频率为止(3) 外接给定从控制接线端上，引入外部的电压或电流信号，进行频率给定 。这种方法常用于远程控制。2.4.2 与工作频率有关的功能（1）基本频率和最高频率1)基木频率fb 当变频器的输出电压等于额定电压时的最小输出频率，称为基本频率。通常以电动机的额定频率fn作为fb的设定值。2)最高频率fmax 当频率给定信号为最大值时，变频器的给定频率。这是变频器最高工作频率的设定值，将根据工作需要进行设定。（2） 上限频率和下限频率 根据拖动系统的工作需要，变频器可设定上限工作频率和下限工作频率。（3） 点动频率 生产机械在调试过程中，以及每次新的加工过程
38、开始前，常常需要“点一点、动一动”，以便调整各部位的运转状况。如果每次在点动前后，都要进行频率调整的话，既比较麻烦，又浪费时间。因此，变频器可以根据生产机械的特点和要求，预先一次性地设定一个“点动频率”，每次点动时，都在该频率下运行，而不必变动已经设定好了的给定频率。2.5变频器的保护、显示和预置2.5.1 变频器自身保护及维护（1） 过电流保护功能变频器中， 过电流保护的对象主要指带有突变性质的、电流的峰值超过了变频器的容许值的情形。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，迄今为止，已发展得十分完善。过电流的原因1) 工作中过电流即拖动系统在工作过程中出现过电流。
39、其原因大致来自以下几个方面:a 电动机遇到冲击负载，或传动机构出现“卡住”现象，引起电动机电流的突然增加。b 变 频 器的输出侧短路，如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路，或电动机内部发生短路等。c 变频器自身工作的不正常，如逆变桥中同一桥臂的两个逆变器件在不断交替导通的工作过程中出现异常。例如由于环境温度过高，或逆变器件老化等原因，使逆变器件的参数发生变化，导致在交替过程中，一个器件已经导通、而另一个器件却还未来得及关断，引起同一桥臂的上、下两个器件间的“直通”使直流电压的正、负极间处于短路的状态。2) 升速中的过电流当负载的惯性较大，而升速时间又设定得太短时，将产生过电流。这是因为，升
40、速时间太短，意味着在升速过程中，变频器的工作频率上升太快，电动机的同步转速迅速上升，而电动机转子的转速则因负载惯性较大而跟不上去，导致转子绕组切割磁力线的速度太快(等于转差太大)，结果是升速电流太大。3) 降速中的过电流当负载的惯性较大，而降速时间设定得太短时，也会引起过电流。因为，降速时间太短，同步转速迅速下降，而电动机转子的转速则因负载惯性较大，仍维持较高的转速，这也同样使转子绕组切割磁力线的速度太快而产生过电流。.变频器对过电流的处理在实际的拖动系统中，大部分负载都是经常变动的。因此，不论是在工作过程中，还是在升、降速过程中，短时间的过电流总是难免的。所以，对变频器过电流的处理原则是，尽
41、量不跳闸，为此而配置了防止跳闸的自处理功能(也称防止失速功能);只有当冲击电流的峰值太大，或防止跳闸措施不能解决问题时，才迅速跳闸。过载保护功能过载保护功能主要是保护电动机的。常规的电动机控制电路中，是用具有反时限特性的热继电器来进行过载保护的。在变频器内，由于能够方便而准确地检测电流，并可通过精密的计算来实现反时限的保护特性，大大提高了保护的可靠性和准确性。由于它能实现和热继电器类似的保护功能，故称为电子热保护器或电子热继电器。（2） 电压保护功能1）过电压保护产生过电压的原因a 电源过电压;b 降速时因反馈能量来不及释放而形成的再生过电压;c 在SPWM调制方式中，电路是以系列脉冲的方式进
42、行工作的。由于电路中存在着绕组电感和线路分布电感，所以在每一个脉冲的卜升和下降过程中，可能产生峰值很大的脉冲电压。这个脉冲电压将叠加到直流电压上去，形成具有破坏作用的脉冲高压。2）过电压的保护措施a 电源过电压对于电源电压的上限，一般规定不能超过额定电压的10%,当电源线电压为380V时，其上限值为420V.由于电源电压过高，将直接反应在整流后的直流电压上;同时，再生过电压也直接反映在直流电压上，所以，进行电压保护的“取样电压”总是从主回路的直流电路中取出。b 再生制动时的防止跳闸功能和升速过程中过电流时的防止跳闸功能一样，在降速过程中出现的过电压，也可以采取暂缓降速的方法来防止它跳闸。c 脉
43、冲过电压的保护对于由线路电感引起的脉冲过电压，采取常规的“检测一判断一保护”的方式是来不及保护的，通常采用吸收的方法来解决。常见的吸收装置有压敏电阻吸收和阻容吸收电路等。3）欠电压保护产生欠电压的原因a 电源方面b 电源电压过低;c 电源缺相。4）电路方面a 整流器件损坏，如果六个整流二极管中有部分因损坏而断路，则整流后的电压将下降。b 限流电阻未“切出”电路。该电阻是在电源刚合闸时，用以限制滤波电容的充电电流 的。如果由于某种原因，电阻在电源刚合闸后不能及时切出，负载电流将得不到及时的补充，导致直流电压的下降。5）关于欠电压保护 对于电源方面引起的欠电压，变频器设定的动作电压一般都较低，显得
44、不够严格。这是因为:a 欠电压的后果之一，是电动机的转矩下降，而新系列的变频器都有各种补偿功能，使电动机能够继续运行。b 欠电压的另一个后果是电动机的电流增大，而变频器又具有完善的过载保护功能。对于整流器件和晶闸管的损坏，应注意检查，及时更换。（3） 瞬时停电的处理1) 突然停电对变频器的影响和对策逆变器件的特点和工作禁区逆变器件的特点是，击穿电压很高，最大允许电流也很大，但允许功耗却很小。所以它只能工作在开关状态，而绝对不允许工作在放大状态。一旦工作在放大状态，逆变管将迅速损坏。所以，逆变器件在工作过程中，绝不允许在放大区停留。变频器内直流电源的类型及突然停电后的状态变频器内的直流电源大致有
45、三种类型a 主回路的直流电源当突然停电后，如逆变管继续工作，其电压的下降是较快的，但要将到零，也需要若干秒。b 控制电路的直流电源控制电路对电源电压的稳定度要求很高，因此，电路中的储能元件的容量往往很大。停电后，一般可继续工作达数十秒之久。c 驱动电路的直流电源主要特点是:6个逆变管中，3个和直流电源的“+”端相连，另3个和直流电源的“一”端相连，又分别属于不同的相。所以，除与“一”极相连的3个可共用一个直流电源外，与“十”极相接的3个驱动电路的电源是各自独立的。逆变管由截止状态转为导通的瞬间，要求驱动电路能提供较大的基极电流(GT R)或栅极电压(IGBT)，以利于迅速饱和。导通之后，又希望
46、适当地减小基极电流或栅极电压，减轻饱和程度，以利于切换时能迅速退出饱和状态。所以，驱动电路中，电源的储能元件的容量很小。停电时 ，如逆变管为GTR，则由于驱动电路提供的基极电流较大，其电源电压下降得较快。如逆变管为IGBT，因驱动电路消耗的功率不大，电源电压下降较慢。2) 突然停电的后果a 当逆变器件是GTR时，主要矛盾是驱动电路的电源电压及所提供的基极电流下降得较快，将可能使GTR因进入放大状态而迅速烧坏。b 当逆变器件是IGBT，由于驱动电路功耗甚微，故1GBT进入放大状态的可能性不大，但由于变频器的输出电压不断下降，将引起电动机的过电流。3) 保护措施a 逆变器件是GTR时，一旦停电，控
47、制电路将立即停止向驱动电路输出信号，使驱动电路和GTR全部停止工作。电动机将处于自由制动状态。b 逆变器件是GBT时，在停电后，将允许变频器继续工作一个时间T。当停电时间超过T时，控制电路立即停止输出信号，使电动机处于自由制动状态2.5.2变频器的显示功能（1）运行数据的显示变频器在运行过程中，可以自行测量各种运行数据，如频率(可转换成转速或线速度)、电流、电压、功率、负荷率等，并在显示屏上显示其测量结果。 LED显示屏每次只能显示一种数据，LCD显示屏则一次可以显示若干个数据。显示内容可以比较方便地进行切换，以便用户了解运行情况。不同变频器能够显示的内容不尽一致，显示内容的切换方法也很不相同。（2）输入、输出端子的状态显示变频器的显示
