变频调速在刨床主拖动系统中的应用.docx
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变频调速在刨床主拖动系统中的应用
课程
电力拖动控制线路与技能训练
项目四变频器的应用
授课日期
任务三变频调速在刨床主拖动系统中的应用
授课班级
教学方法
讲授、启发、演示、对比总结相结合
教具
触控一体机
课时
40课时
教学目的
知识目标:
了解刨床主拖动系统的电气控制要求及MICROMASTER420系列变频器的多段速参数;掌握变频器的选择与维护方法。
能力目标:
正确应用变频器进行刨床主拖动系统的改造;正确进行正确选择变频器,并进行变频器的日常维护。
情感目标:
培养学生严谨认真的工作作风,增强学生的主动意识,提高学生学习的主动性。
教学重点
刨床主拖动系统的电气控制要求及MICROMASTER420系列变频器的多段速参数。
教学
难点
利用变频器进行刨床主拖动系统的改造。
任务分析
本任务主要学习MICROMASTER420系列变频器与多段速相关参数的设置,以及如何应用变频器与PLC配合实现对龙门刨床主拖动系统的改造。
学情分析
知识结构:
具备一定的理论基础知识,缺乏实践经验和对各学科知识的综合运用能力。
技能结构:
具备一定的变频器安装基本技能操作。
心理特征:
缺乏自信心,处于叛逆心理较重的青春期。
教学过程
备注
【任务引入】:
本任务主要学习MICROMASTER420系列变频器与多段速相关参数的设置,以及如何应用变频器与PLC配合实现对龙门刨床主拖动系统的改造。
如图3-10所示,其生产工艺主要是刨削(或磨削),加工大型、狭长的机械零件。
【任务分析】:
龙门刨床电气控制系统主要是控制工作台的自动往复运动和调速,也称为主拖动系统。
龙门刨床的主拖动系统以直流发电机-电动机系统和晶闸管-电动机系统为主。
以A系列龙门刨床为例,其采用电磁扩大机作为励磁调节器的直流发电机-电动机系统,通过调节直流电动机电压来调整输出速度,并采用两级齿轮变速箱变速的机电联合调节方法。
但是,传统的控制方式中电动机较多,控制电路繁杂,维护和检修困难。
随着工业自动化的发展,变频器、PLC在工厂设备改造中被广泛应用。
龙门刨床的主运动为刨台频繁的往复运动,在往复一个周期中,对速度的控制有一定的要求,如图3-11所示。
工作台运行速度示意图
具体频率变化要求是:
1)慢速切N前进减速为25Hz。
2)高速前进为45Hz。
3)高速后退为-50Hz。
4)惶速后退为-20Hz。
通过分析龙门刨床主拖动系统的控制要求可知,在加工过程中工作台经常处于起动、加速、减速、制动、换向的状态,也就是说工作台在不同的阶段需要在不同的速度下运行,为了实现该控制要求,大多数变频器都提供了多段速的控制功能。
多段速控制是通过几个开关的通、断组合来选择不同的运行频率。
而这些开关的动作由安装在龙门刨床床身一侧的前进减速/换向行程开关SQi/SQ3与后退减速/换向行程开关SQ2/SQ4,以及安装在同侧的撞块A、C与压杆AB、CD相碰发出信号而动作的。
如图3-12所示,A、B、B'与压杆AB在同一平面内,C、D、D'与压杆CD在另一平面内。
这些信号都作为PLC的输入量,经梯形图程序进行逻辑处理后,PLC的输出量按各种变化组合控制变频器的输出频率,从而控制工作台的运动速度。
刨台撞块与行程,并关位置
【相关知识】
一、MICROMASTER420系列变频器的参数设置
1.数字输入1的功能(P0701)
参数P0701用于选择数字输入l的功能,缺省值为1。
1)0——禁止数字输入。
2)l——0N/0FFl(接通正转/停祝命令1)。
3)2——0Nreverse/OFFl(接通反转/停机命令1)。
4)3——OFF2(停机命令2,即按惯性自由停机)。
5)4——OFF3(停机命令3,即按斜坡函数曲线快速降速停机)。
6
6)9——故障确认。
7)10——正向点动。
8)11——反向点动。
9)12——反转。
10)13——MOP升速(通过电位器增加频率)。
11)14——MOP降速(通过电位器减少频率)。
12)15——固定频率设定值(直接选择)。
13)16——固定频率设定值(直接选择+ON命令)。
14)17——固定频率设定值(BCD码选择+0N命令)。
15)21——机旁/远程控制。
16)25——直流注入制动。
17)29——由外部信号触发跳闸。
18)33——禁止附加频率设定值。
19)99——使能BIC0参数化。
2.数字输入2的功能(P0702)
参数P0702用于选择数字输入2的功能,缺省值为12。
3.数字输入3的功能(P0703)
参数P0703用于选择数字输人3的功能,缺省值为9。
4.数字输入4的功能(P0704)
参数P0704用于选择数字输入4的功能,缺省值为0。
5.固定频率1(P1001)
参数P1001用于定义固定频率1的设定值,缺省值为0,参数范围为一650.00~650.00Hz。
选择固定频率的方法有以下三种:
(1)直接选择(P070l=P0702=P0703=15)在这种操作方式下,一个数字输入端选择一个固定频率。
如果有几个固定频率输入同时被激活,选定的频率是它们的总和。
例如,FFl+FF2+FF3。
需要说明的是,在直接选择的操作方式下,还需要一个0N命令才能使变频器投入运行。
(2)直接选择+ON命令(P0701=P0702=P0703=16)选择固定频率时,既有选定的固定频率,又有0N命令,把它们组合在一起。
在这种操作方式下,一个数字输人端选择一个固定频率。
如果有几个固定频率输入同时被激活,选定的频率是它们的总和。
例如,:
FFl+。
FF2+FF3。
(3)BCD码选择+ON命令(P0701=P0702=P0703=17)使用这种方法最多可以选择7个固定频率,频率设定见下表。
频率设定表
6.固定频率2(P1002)
参数P1002用于定义固定频率2的设定值,缺省值为5.00,参数范围为一650.00~650.00Hz。
7.固定频率3(P1003)
参数P1003用于定义固定频率3的设定值,缺省值为10.00,参数范围为-650.00~650.00Hz。
8.固定频率4(P1004)
参数P1004用于定义固定频率4的设定值,缺省值为15.00,参数范围为-650.00~650.00Hz。
9.固定频率5(P1005)
参数P1005用于定义固定频率5的设定值,缺省值为20.00,参数范围为-650.00~650.00Hz。
10.固定频率6(P1006)
参数P1006用于定义固定频率6的设定值,缺省值为25.00,参数范围为-650.00~650.00Hz。
参数P1007用于定义固定频率7
11.固定频率7(P1007)的设定值,缺省值为30.00,参数范围为-650.00~650.00Hz。
为了使用固定频率功能,除按控制要求设定好不同的频率值以外,还需要设置P1000=3,来选择固定频率的操作方式。
【任务准备】
一、识读刨床主运动控制要求
刨床工作台循环运动控制要求见下表。
二、准备元器件和材料
根据电动机的规格选择工具、仪表和器材,并进行质量检验。
【任务实施】
一、PLC的L/0分配
根据任务分析,对PLC的输入/输出量进行分配。
PLC的输入/输出量分配表
二、绘制变频器、PLC硬件接线
根据控制要求及I/O分配,绘制变频器与PLC硬件接线,如图3—13所示。
变频器与PLC硬件接线
三、设计顺序功能图和梯形图
根据控制要求绘制刨床主拖动系统顺序功能图并设计梯形图,如下图:
刨床主拖动系统顺序功能图
图3-15刨床主拖动系统梯形图
图3—15刨床主拖动系统梯形图(续)
四、设置变频器参数
首先恢复出厂设置,如果需要,可根据电动机铭牌改变电动机参数进行快速调试。
根据控制要求,其参数设置见表3—13。
【检查评价】
检查评价表
一级评价指标
二级评价指标
评价内容
配分
自我
评价
小组评价
行为
指标
安全文明生产
是否遵守维修电工操作规程
5分
是否按安全规程正确操作,无仪表、元器件损坏
5分
工作岗位清洁、物品摆放有序
5分
良好的工作习惯
5分
专业能力指标
工作过程中理论知识的运用
查阅资料的能力
5分
观察分析问题的能力
5分
解决问题的方法和效果
5分
对安装工艺要求的理解程度
5分
工作过程中技能水平的展现
完成工作的积极性
5分
完成工作的工艺与方法的掌握
10分
所采用的方案是否合理
10分
所采用的方案是否可行
10分
理论与实际相结合的综合分析
5分
工具、仪表的正确使用与维护保养
5分
情感
指标
综合运用能力
团队协作能力
5分
工作效率
知识或技能拓展能力
合计
100分
教师综合评价
【知识拓展】
一、变频器的选择
1.变频器种类的选择
(1)简易通用型变频器一般采用U/f控制方式,主要用于风机、泵等平方降转矩负载,其节能效果显著,成本较低。
(2)多功能通用变频器随着工厂自动化的不断深入,自动仓库、升降机、搬运系统等的高效率化、低成本化以及小型CNC机床、挤压成型机、纺织机械等的高速化、高效率化、高精密化已日趋重要,多功能变频器正是适应这一要求的驱动器。
(3)高性能通用变频器经过多年的发展,在钢铁行业的处理流水线和造纸设备等加工设备中,以矢量控制的变频器代替直流电动机达到实用化阶段。
笼型异步电动机具有优良的可靠性、易维护和适应恶劣环境的性能,以及进行矢量控制时具有转矩精度高等优点,被广泛用于需要长期稳定运行的多种特定场合。
2.产品样本的规格指标
在选择变频器时,生产厂家会提供各种类型变频器的产品样本。
这些样本向客户介绍其变频器的系列代号、特点、功能及性能指标。
客户应根据所得到的产品介绍进行比较、筛选,以确定所需要的变频器。
(1)型号一般为厂家自定的系列名称,其中还包括电压级别和可适配电动机功率(或为变频器输出容量),作为订购变频器的依据。
(2)电压级别由于各国的工业标准和用途不同,所以其电压级别也各不相同。
在选择变频器时,首先应注意其电压级别是否与输入电源和所驱动的电动机电压级别相适应。
(3)最大适配电动机在最大适配电动机一栏中通常给出最大适配电动机的功率(kW)。
(4)额定输出容量额定输出容量包含变频器的额定输出容量和额定输出电流两方面的内容,其中额定输出容量为变频器在额定输出电压和额定输出电流下的三相视在输出功率。
(5)电源变频器对电源的要求主要有电压/频率、允许电压波动率和允许频率波动率三个方面。
其中,电压/频率指输入电源的相数(即单相、三相),电源电压的范围和频率要求(50Hz、60HZ)。
允许电压波动率和允许频率波动率为电压幅值和频率的允许波动范围,前者一般为±10%左右,而后者一般为±5%左右。
3.控制特性
变频器控制特性方面的指标较多,通常包括以下内容:
(1)主电路工作方式主电路的工作方式由整流电路与变频电路的连接方式所决定,可分为电压型和电流型两类。
(2)变频器的的工作方式变频器的变频电路工作方式分为PWM和PAM。
PWM是脉宽调制方式的简称,是通用变频器普遍采用的控制方式;PAM是脉幅调制的简称,一般用于低噪声和高频调速的场合。
(3)频率设定方式一般普遍采用变频器自身的参数设定方式设定频率,或者通过设定电位器设定频率,以及其他规格为0一IO+V(0~5v)、4~20mA的外部输人信号进行频率设定。
高性能变频器还可选用数字(BCD码、二进制码)输入以及上位机发送的RS232和RS485等运转信号。
(4)u/f特性u/f特性是指在频率可变化的范围内,变频器输出电压与输出频率的比值。
一般的变频器都具备有一确定的多种,如转矩增强、平方降负载用节能特性等,以适应不同负载的需要。
(5)制动方式变频器的电气制动一般分为能耗制动、电源回馈制动和直流制动三种。
(6)控制方式作为变频器必备的功能,应具有标准的、由外部端子控制的启动、停止、正转、反转输入,同时还可以对停止的方式进行设定,如减速停止、自由停止、直流制动停止等。
此外,变频器通常都还具有多级调速运转和点动运转功能。
4.保护功能
变频器的保护功能很多,通常反映在产品样本上的主要有以下几点:
(1)变频器欠电压保护欠电压是指变频器的电源电压在规定值(通常为额定电压的10%)以下的状态。
为防止控制电路的误动作或主电路元件工作异常,此时变频器将停止输出。
(2)变频器过电压保护电源电压过高或电动机急速减速以及起重机、电梯等场合,当直流电路的电压超过规定值时,为防止主电路元件因过电压而损坏,变频器将停止输出。
(3)变频器过电流保护由于电动机直接起动或变频器输出侧发生相问短路或接地等故障时,变频器输出电流会瞬间急剧增大,所以为保护主电路元件不被损坏,将关闭主电路元件,停止输出。
过电流保护通常设定在额定输出电流的200%。
(4)变频器防失速功能加速过程中的失速是指u/f控制的变频器,在电动机加速时,瞬间急剧提高转速使得变频器输出频率与电动机的运转频率之差很大,而变频器的输出电流有受到限制,造成电动机得不到足够的转矩加速而维持原状的现象。
为了避免加速或减速过程中变频器陷入这种状态,通常根据过电流状况采取暂时延长加速或减速时间,已达到防失速、无跳闸的效果。
二、变频器的维护
(1)检查安装地点、环境是否异常;冷却风路是否畅通;风机是否正常吹风;变频器、电动机、变压器、电抗器等是否过热有异味;电动机声音是否正常;变频器主电路和控制电路的电压是否正常;滤波电容是否漏液、开裂、异味、显示部分是否正常;控制按键和调节旋钮是否失灵。
(2)打开变频器机盖前应停止变频器运行,确认主电路电容放电完毕。
清扫风机进风口、散热片和空气过滤器上的灰尘、脏物,使风路畅通;用吹具吹去印制电路板上的积尘,检查各螺钉紧固件是否松动,特别是通电铜条的大电流连接螺钉必须拧紧,有的因铜条发热弹性垫圈退火或断裂变形失去弹性必须更换后拧紧;察看绝缘物是否有腐蚀、过热、变色变形的痕迹;用绝缘电阻表测绝缘电阻应在正常范围内(一般低压变频器使用500V绝缘电阻表,测量时要判断进线端压敏电阻是否动作,防止误判)。
(3)易损件到一定使用周期要进行更换,主要易损件有风机、滤波电解电容等;用万用表确认各控制电压正确性,检查调节范围并作保护动作实验,确定保护有效;通电测量变频器输出电压的不平衡度;测量输入输出线电压是否在正常范围内。
(4)变频器长时间不使用要做维护,电解电容不通电时间不能超过3~6个月,因此要求间隔一段时间通电一次,新买来的变压器如离出厂时间超过半年至一年,也要先通低压空载,经过几个小时,让电容器恢复过来再使用。
(5)变频器的维护人员应经培训合格,在接触变频器对静电敏感的元器件时,应可靠消除自身所带的静电。
三、变频器的故障报警
1.利用基本操作面板(BOP)排故
如果面板上显示报警码AxⅪ()(或故障码F)(xxx,请查阅报警和故障信息。
如果“0N”命令发出后电动机不起动,请检查以下各项:
1)检查是否P0010=O。
2)检查给出的“0N”信号是否正常。
3)检查是否PO700=2或PO700=1。
4)根据设定信号源(P1000)的不同,检查设定值是否存在或输入的频率设定值参数是否正确。
如果在改变参数后电动机仍然不起动,请设定P0010=30和P0970=1,并按下P键,这时,变频器应复位到工厂设定的缺省值。
2.MICROMASTER420系列变频器的故障信息
若出现故障情况时,变频器跳闸,同时显示屏上出现故障码。
为了使故障码复位,可以采用以下三种方法中的一种。
1)重新给变频器加上电源电压。
2)按下BOP上的键。
3)通过数字输入3(缺省值置值)。
变频器常见故障信息见表3—14。
变频器常见故障信息
故障
引起故障可能的原因
故障诊断和应采取的措施
F0001
过电流
1.电动机的功率与变频器的功率不匹配
2.电动机的连接导线太短
3.接地故障
1.电动机的功率必须与变频器功率相对应
2.电缆的长度不得超过最大允许值
3.电动机电缆及电动机内部不得有短路或接地故障
4.输入变频器的电动机参数必须与实际使用的电动机参数相对应
5.定子电阻值必须正确无误。
6.增加斜坡上升时间
7.减少“提升”的数值
8.电动机的冷风通道必须通畅,电动机不得过载
F0002
过电压
1.直流电路的电压(r0026)超过了跳闸电平(P2172)
2.由于供电电源电压过高,或者电动机处于再生制动方式下引起过电压
3.斜坡下降过快,或者电动机由于大惯性负载带动选择而处于再生制动状态下
1.电源电压(P0210)必须在变频器铭牌规定的范围内
2.直流电路电压控制器必须有效(P1240),而且正确进行了参数化
3.斜坡下降时间(P1121)必须与负载的惯量相匹配
F0003
欠电压
1.负载电源故障
2.冲击负载超过了规定的限定值
1.电源电压(P0210)必须在变频器铭牌规定的范围内
2.检查电源是否短时断电或者有瞬时的电压降低
F0004
变频器过温
1.冷却风机故障
2.环境温度过高
1.变频器运行时冷却风机必须正常运转
2.调制脉冲的频率必须设定为缺省值
3.冷却风道的入口和出口不得阻塞
F0005
变频器
I2t过温
1.变频器过载
2.工作/停止间歇周期时间不符合要求
3.电动机功率(P0307)超过变频器的负载能力(P0206)
1.负载的工作/停止间歇周期时间不得超过指定的允许值
2.电动机的功率(P0307)必须与变频器的功率(P0206)相匹配
F0080
ADC输入信号丢失
1.断线
2.信号超出限定值
检查输入的接线
F0085
外部故障
由端子输入信号触发的外部故障
封锁触发故障的端子输入信号
3.变频器常见报警信息
故障
引起故障可能的原因
故障诊断和应采取的措施
A0501
电流限幅
1.电动机的功率与变频器的功率不匹配
2.电动机的连接到线太短
3.接地故障
1.电动机的功率必须与变频器功率相对应
2.电缆的长度不得超过最大允许值
3.电动机电缆及电动机内部不得有短路或接地故障
4.输入变频器的电动机参数必须与实际使用的电动机参数相对应
5.定子电阻值必须正确无误
6.增加斜坡上升时间
7.减少“提升”的数值
8.电动机的冷风通道必须通畅,电动机不得过载
A0502
过电压限幅
1.电源电压过高
2.负载处于再生发电状态
3.斜坡下降时间太短
1.检查电源电压(P0210)应在允许范围内
2.增加斜坡下降时间
A0503
欠电压限幅
1.供电电源太低
2.供电电源电压短时中断
检查电源电压(P0210)应保持在允许范围内
A0504
变频器过温
变频器散热器的温度(P0614)超过了报警电平
1.环境温度必须在规定的范围内
2.负载状态和“工作-停止”周期时间必须适当
3.变频器运行时冷却风机必须运行
A0505
变频器
I2t过温
变频器温度超过了报警电平;如果已参数化(P0610),将降低电流
检查“工作-停止”周期的工作时间应在规定范围内
A0920
ADC参数设定不正确
ADC的参数不应设定为相同的结果,因为这样将产生不合乎逻辑的结果
各个模拟输入的参数不允许设定为彼此相同的数值
A0922
变频器没有负载
1.变频器没有负载
2.有些功能不能像正常负载情况下那样工作
1.检查加到变频器上的负载
2.检查电动机的参数是否与实际使用的电动机相符
3.有的功能可能不正确工作,因为没有正常的负载条件
A0932
同时请求正向和反向点动
同时具有向前点动和向后点动的请求信号
确认向前点动和向后点动信号没有同时激活
【课堂练习】
判断题:
()1、起重机属于恒转矩类负载。
()2、变频器基准频率也叫基本频率。
()3、上限频率和下限频率是指变频器输出的最高、最低频率。
()4、跳跃频率也叫回避频率,是指不允许变频器连续输出的频率。
()5、变频器的主电路中,断路器的功能主要是有保护作用。
【作业】:
1、选择固定频率的方法有哪几种?
2、变频器种类的选择有几种方式?
【任务小结】:
本课内容主要是掌握刨床主拖动系统的电气控制要求、了解了MICROMASTER420系列变频器的多段数参数及变频器的选择与维护方法。
能正确应用变频器进行刨床主拖动系统的改造,正确选择变频器,并进行变频器的日常维护。
【教学后记】:
绘制变频器的电路图时,要求学生一定要按国家电气绘图规范及标准来绘制,并写出变频器需要设定的参数。
1课时
3课时
通过任务分析引导学生思考变频器怎样在龙门刨床中得以应用
引入相关知识,正确掌握变频器的参数设置及功能应用
2课时
2课时
25课时
2课时
4课时
1课时
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