直流调速系统课程设计报告.docx
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直流调速系统课程设计报告
自动控制系统课程设计
设计题目:
全数字直流调速系统
班级:
学号:
姓名:
指导教师:
设计时间:
摘要
全数字直流调速系统是当前工业控制领域广泛应用的技术,其操作非常简单,并且不需要专门的编程知识,所有设置均可通过参数设定设备进行。
参数设定也可通过PC的菜单提示进行,以实现快速地投入运行。
本文对SIMOREGDCMaster6RA70系列全数字直流调速装置进行了系统地介绍以及使用方法和功能的说明。
文章主要就几个工业生产中比较基础的控制系统进行了详细介绍,主要包括:
系统的初始参数输入与优化、直流电动机的高、低速调节、直流电动机的点动控制、直流电动机的爬行控制、电枢电流闭环控制、开环调速系统设定调整、单闭环调速系统设定调整等。
使用DriverMon软件对其参数进行修改,并用示波器观察输出波形。
将实验波形与理论波形对比,对实验结果进行分析总结,最终得出结论。
关键字:
6RA70,直流调速,双闭环,DriverMon软件
1.概述
目前,随着交流调速技术的发展,交流传动得到了迅猛的发展,但直流传动调速在诸多场合仍有着大量的应用。
随着计算机技术的发展,过去的模拟控制系统正在被数字控制系统所代替。
在带有微机的通用全数字直流调速装置中,在不改变硬件或改动很少的情况下,依靠软件支持,就可以方便地实现各种调节和控制功能,因而,通用全数字直流调速装置的可靠性和应用的灵活性明显优于模拟控制系统。
目前,以德国SIEMENS公司的6RA70系列通用全数字直流调速装置在中国的应用最为广泛。
本次课程设计,我们组主要针对SIEMENS公司的6RA70系列通用全数字直流调速系统进行了系统的学习和实际操作,针对直流调速系统的几个基本运行方式和状态进行了控制与调节。
如:
系统的初始参数整定,系统的控制参数设定,开环调速系统设定调整,单闭环调速系统设定调整等。
实验中,我们掌握了通过6RA70手册进行查找与电路图分析,最终根据我们的控制目的改变相应的参数,达到实验预期效果,并应用示波器进行观察与分析,得出结论。
在设计实验中,我们组成员互相学习,共同合作,就其中遇到的故障进行了分析、讨论,并找出原因,排除故障,达到预期目的。
本次课程设计,夯实了我们的专业知识,增强了我们的动手能力,让我们掌握了较新的控制方法,使我们更多地接触到实际工业现场的控制操作过程。
2.设计任务及要求
2.1.目的和任务
学会使用SIEMENS直流控制系统装置进行相关的自动控制系统的分析和设计。
确定控制系统方案,画出系统原理电路图和方框图,用SIEMENS直流控制系统完成自动控制系统的设计任务。
2.2.内容与要求
(1)熟悉SIEMENS直流调速系统6RA70的外部接线;
(2)熟悉并学会使用SIEMENS直流控制系统装置;
(3)按照要求确定自动控制系统方案;
(4)画出系统的原理电路图和方框图;
(5)学习DriveMonitor软件的使用方法
(6)掌握SIEMENS直流控制系统装置的各种参数设定方法;
(7)设计出相应的系统配置并完成调试;
(9)撰写课程设计报告。
3.理论设计
3.1系统的连接
全数字直流调速系统是当前工业控制领域广泛应用的技术,其操作非常简单,并且不需要专门的编程知识,所有设置均可通过参数设定设备进行。
参数设定也可通过PC的菜单提示进行,以实现快速地投入运行。
图3.1系统连接图
实验过程中,实验连线默认接成双闭环直流调速系统,通过软件设置不同的参数,实现不同的运行状态。
软件界面如图3.2所示
图3.2软件界面
3.2系统的初始参数输入
打开软件后进行设置,网络连接,连接成功后需要将系统初始化。
步骤如下:
P051=21
P052=3
P076=10
=10
P078=220
=380
P083=3
P100=1.2
P101=220
P102=0.13
P104=1500
修改以上参数后,系统初始化完毕,默认接成双闭环直流调速系统。
3.3系统电流环、转速环参数自动优化
电流环优化:
P051=25
设置成功后要在30秒内闭合使能和人合闸开关,并用手堵转,大约1分钟后,系统显示O7.2,优化成功。
转速环优化:
P051=26
设置成功后要在30秒内闭合使能和合闸开关,不用堵转,大约10秒钟优化完毕。
优化完毕后,从软件表格中可以看出,电流环及转速环的一些参数均以优化完成。
图3.3双闭环直流调速系统原理图
双闭环直流调速系统工作原理:
双闭环调速系统在启动过程中,由于电动机转速小于给定转速n 电动机在最大电流Idm作用下升速,Un增加。 虽然ASR的输入偏差△Un=Un*-Un在减小,但是仍不会使ASR的输出退出限幅状态。 此时,转速环相当于开环,ASR只负责给出一个最大电流给定值U*im由于ASR的输出保持U*im不变,系统加速度恒定,转速呈现性增长。 由于转速的线性增长,使反电动势E成为一个线性渐增的扰动量,它迫使电流减小。 Id的减小迫使△Un=Un*-Un增大,经电流环的调节又使电流上升接近到原来的值Idm。 总之,在恒流升速阶段,转速调节器ASR处于饱和限幅状态,转速环相当于开环。 电流调节器ACR起调节作用,维持接近最大电流不变。 之后的转速超调和电流调节阶段,转速出现超调,使ASR退出饱和状态,即电流给定减小,迫使主回路中Id减小,直到Id=Idl,转速保持稳定。 在这一阶段中,ASR和ACR同时发挥调节作用,速度环的调节作用是主导的,它使转速通过电流环的调节趋近于给定速度,最后使系统稳定。 图3.4双闭环直流调速系统转速输出 3.4电枢电流闭环控制 图3.5电枢电流闭环控制原理图 图3.6电枢电流 3.5直流电动机的高、低速调节 直流电动机的高、低速调节有多种方法。 (1)调节给定电压 手动调节给定电压,即可实现电动机的高低速调节。 (2)通过软件调整P701的值,实现调节输入电压的百分比,进而控制电机转 速。 3.6直流电动机的点动控制 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=9: 控制字1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≠9: 由P648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: 在“点动”指令取消后,开始的运行顺序与“分闸”方式相同,在到达n 当驱动装置在参数延时周期时间到时,仍处在运行状态01.3。 参数: P648=9 P435=1 P436=1 P437=1 输出转速: 图3.7点动转速输出图 3.7方波发生器 图3.8方波发生器功能图 参数: P480=+30 P481=2 P482=-50 P483=5 图3.9方波发生器给定转速输出 3.8斜坡函数发生器 图3.10斜坡函数发生器运行原理 图3.11斜坡函数发生器功能图 参数: 在方波发生器的基础上进行斜坡函数发生器的设置 P303=10 P304=10 P305=5 P306=5 图3.12斜坡发生器 3.9直流电动机的爬行控制 “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。 参数P442可以作为定义每一个可能的爬行指令的源的设置,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。 电平/沿: P445=0: 电平触发 P440选择的开关量连接器=0: 无爬行 P440选择的开关量连接器=1: 爬行 P445=1: 沿触发 当开关量连接器状态由0变1时,“爬行”输入储存。 同时,由P444选择的开关量连接器必须为逻辑“1”。 当随后的开关量连接器改变状态到逻辑“0”时,存储器被复位。 输入爬行指令的操作顺序: 如果在运行状态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“Run”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。 撤消爬行指令的操作顺序: “爬行”有效,但无“合闸”指令: 如果所有对于“爬行”功能有效的位均转换到逻辑“0”,调节器禁止。 在n 从“运行”状态的“爬行”有效: 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“RUN”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。 带沿触发,自动再启动和在制动过程中的电流及转矩限幅的作用。 参数: P440=1 P441=1 P442=1 P445=0 图3.13爬行转速输出 3.10固定值给定 图3.14固定值给定功能图 参数: P431=1 P432.01=1 所谓固定值给定,即固定转速输出值大小,因此,无论怎样调节给定旋钮,转速输出值均不产生变化。 3.11单闭环调速系统 图3.15转速单闭环直流调速系统原理图 转速负反馈直流调速系统组成及工作原理: 转速负反馈单闭环调速系统如图3.15所示,其按照反馈控制原理,增加一个转速检测环节,引出转速负反馈信号,进而构成转速负反馈单闭环调速系统。 转速给定信号,与转速反馈信号进行比较,得到转速偏差信号,该偏差信号经过比例放大器后得到触发器移相控制信号,该信号通过控制触发器的脉冲移相角来控制晶闸管整流器的整流电压,进而控制电机的转速,实现电动机的平滑无级调速。 实验中,系统默认接成双闭环直流调速系统,因此,要断开电流环,并且将电流调节器ACR由PI调节器改为P调节器,因此要去掉ACR中的I分量。 图3.16电枢电流闭环控制功能图 参数: P154=0将ACR中I分量去掉 P602=0断开电流环 运行结果: 图3.17转速单闭环调速系统转速输出 3.12开环调速系统 图3.18开环调速系统原理图 现在主要的直流电动机调速系统都是V-M系统,即晶闸管-电动机调速系统。 开环调速系统不能自已进行转速调节,因此在应用上有较大的限制,只有在控制要求不是很高的情况下,才可以采用开环调速系统。 同时,正是其简单的组成,大大地降低了成本,所以开环调速系统仍有应用前景。 由图3.18可知,开环就是在单闭环直流调速系统的基础上将转速环断开,并适当调节放大器的增益。 同时,还要将速度调节器ASR由PI调节器改为P调节器。 图3.19速度调节器功能图 参数: P624=0断开转速环 P623=0断开转速环 P224=0将I分量去掉 P225=0.3将增益减小 运行结果: 图3.20开环转速输出 4.系统设计 4.1系统简介 1、结构及工作方式 SIMOREG6RA70系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置,其结构紧凑,用于可调速直流电机电枢和励磁供电,装置额定电枢电流范围为15至2000A,额定励磁3到85A,并可通过并联SIMOREG整流装置进行扩展,并联后输出额定电枢电流可达到12000A。 6RA70直流控制器已经广泛应用与各行业,控制器器的核心器件上已经在国内外得到可靠实例的证实,可靠性、安全方面较有保障。 根据不同的应用场合,可选择单象限或四象限工作的装置,装置本身带有参数设定单元,不需要其它的任何阻力。 设备即可完成参数的设定。 所有的控制、调节、监视及附加功能都由微处理器来实现。 可选择给定值和反馈值为数字量或模拟量。 SIMOREG6RA70系列整流装置特点为体积小,结构紧凑。 装置的门内装有一个电子箱,箱内装入调节板,电子箱内可装用于技术扩展和串行接口的附加板。 各个单元很容易拆装使装置维修服务变得简单、易行。 外部信号连接的开关量输入/输出,模拟量输入、输出,脉冲发生器等,通过插接端子排实现。 装置软件存放闪(Flash)-EPPOM,使用基本装置的串行接口通过写入可以方便地更换。 2、功率部分: 电枢和励磁回路 电枢回路为三相桥式电路: (1)单象限工作装置的功率部分电路为三相全控桥B6C。 (2)四象限工作装置的功率部分为两个三相全控桥(B6)A(B6)C。 励磁回路采用单相半控桥B2HZ,额定电流15-800A的装置(交流输入电压400V时,电流至1200A),电枢和励磁回路的功率部分为电绝缘晶闸管模块,所以其散热器不带电。 更大电流或输入电压高的装置,电枢回路的功率部分为平板式晶闸管。 这时散热器是带电的。 功率部分的所有接线端子都在前面。 3、通讯口 下列串行接口可供使用: (1)UX300插头是一个串行接口,此接口按RS232或RS485标准执行USS协议,可用于连接选件操作面板0P1S或通过PC调试SMOVIS。 (2)主电子极端子上的串行接口,RS485双芯线或4芯线用于USS通信协议或装置对装置连接。 (3)在端于扩充板选件端子上的串行接口,RS485双芯线或4芯线,用于USS通信协议或装置对装置连接。 (4)通过附加卡(选件)的PROFIBUS-DP。 (5)经附加卡(选件)SIMOLINK与光纤电缆连接。 4、西门子直流控制器6RA70主从模式参数设定 对直流电机在6RA70装置中首先进行基本参数设定: P100=12.5 P101=220 P102=0.5 P103=0 P104=5000 P105=0.1 P106=5000 P107=0.1 P108=5000 P109=0 P110=1.738 P111=37.96 P112=390 P113=1 P114=10 P083=3 P790=5 P791=5 主调速器设定: P794.01=K6020 P794.02=K167 P794.03=K148 P794.04=K142 P794.05=K170 U117.01=B104 P687=0 P401=15% P433=K401 P654=1 P444=B17 P445=1 从调速器设定: P625=K6002 P500=K6003 P687=B10 P661=K6100 合闸后,当不按B10时,从机速度跟随主机。 4.2实物接线 图4.1实验实物接线图 5.安装调试 5.1安装调试过程 全数字自动控制实验装置接线主要包括供电电路及控制电路。 默认接成双闭环直流调速系统。 6RA70SIMOREGDCMASTER系列整流器为全数字紧凑型整流器,输入为三相电源,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2200A。 紧凑型整流器可以并联使用,提供高至12000A的电流,励磁电路可以提供最大85A的电流(此电流取决于电枢额定电流)。 模拟量输入 模拟量输入口输入的值变换为数字值后可通过参数进行规格化、滤波、符号选择及偏置处理后灵活地输入。 模拟输入量可用作连接器,它不仅可以作为主给定值而且可以作为附加给定值或者极限值。 给定值输入,基准电压 模拟量输出 电流实际值作为实时量在端子12输出。 该输出量可以是双极性的量或是绝对值,并且极性可以选择。 还有可选的模拟量输出可用来输出其它模拟信号,输出量可以是双极性或绝对值。 希望的输出量可通过输入该点的连接器号选择,可输出量值为转速实际值,斜坡函数发生器输出,电流给定值,电源电压等。 模拟量输出端子 开关量输入输出量 为了丰富系统的功能设计,有多路开关量输入、输出量,其中可设置的有2路开关量输入,2路开关量输出。 其它为固定设置。 开关量控制输入端子 使能开关量输入口 •通过端子37启动/停止 •通过端子38发出运行允许命令 还有其它开关量输入端子可用于可选择功能,每个具有控制功能的可设置端子都有一个开关量连接器编号。 开关量输出口 开关量输出端子(发射极开路)具有可选择信号功能,每个端子都可输出任何一个与选择参数相对应的开关量连接器值,输出信号的极性及延时值(0~15s),由参数设定。 开关量控制输出端子 安全停车 E-STOP功能使控制主接触器的继电器接点(端子109/110)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电,启动E-STOP后传动装置自由停车。 一般105和106端子短接。 安全停车端子 电枢电源 电子板电源 励磁回路电源 5.2故障分析 接线后需要老师检查合格后方可进行实验,实验过程中无接线松动现象,因此接线部分无故障,故障主要发生在软件参数设置过程中。 故障信息概要 显示的故障信息 在PMU上: F(故障)加三个数字。 红色LED(故障)亮。 在OP1S上: 工作显示在下一行。 红色LED(故障)亮。 他总是显示一个现实的故障信息,而其他同时存在的故障被覆盖。 多个故障信息仅在一定的工作状态下被激活(见故障信息表)。 当出现一个故障信息,系统做出如下响应: •电枢回路电流减小,触发脉冲被封锁且SIMOREG进入工作状态o11.0(故障) •在操作面板(PMU,OP1S)上显示故障信息 •B0106(=状态字1,位3)置位且抹去B0107(也见特殊故障报警位,如低电压,过热、外部故障等) •修改下列参数 r047(故障诊断存贮器) r049(故障时间) r947(故障存贮器,见第11章,参数表r947) r949(故障值) P952(故障数量) 对每个故障在参数r951中(故障正文表)显示其正文。 这些正文也能显示在OP1S上。 如果在电子板电源断开前故障没有应答,则故障信息F040在电源恢复后又再显示。 实验中遇到故障 F056-重要参数未设置 实验过程中,由于个人疏忽,漏设置某一重要参数,造成显示F056错误。 如: 基本参数设置过程中忘记设置P083=3,系统无法正常工作。 解决办法: 仔细核对所有基本参数,进行改正。 F058-参数设置不协调 实验过程中,由于改动参数后继续进行实验,因此某些参数设置出现不协调,造成系统提示错误。 解决办法: 改动后将系统重置成默认值,重新进行优化,再进行实验。 F038-超速 在做开环直流调速系统实验过程中,由于人为断开电流环及速度环,将PI调节器改为P调节器,增益过大,造成转速过大,大于电动机的最高转速允许值,系统提示F038错误。 解决办法: 通过P225将增益减小,同时减小给定输入电压,将转速控制在允许范围内。 6.结论 所谓全数字直流调速系统,就是通过软件数字调节系统参数,使系统运行在不同状态,实现不同功能。 实验中,我们就日常学习和工作中几种典型系统进行了实验,并用示波器观察其输出波形,与理论波形对比分析,找出实际与理论中的不同,进一步加深我们的理论知识。 图6.1计算机控制系统控制过程 课程设计的过程中,我们组成员按照老师的要求,进行了多组实验,主要对系统的初始参数输入与优化、直流电动机的高、低速调节、直流电动机的点动控制、直流电动机的爬行控制、电枢电流闭环控制、开环调速系统设定调整、单闭环调速系统设定调整等实验进行了系统的设计与实施,得到了满意的结果(见第三章理论设计)。 实验过程中,小组成员之间能够相互配合,共同探讨,认真学习6RA70手册,遇到不懂的问题及时询问指导老师。 我们对每一个实验结果都进行了分析,讨论其与理论上的异同。 对于某些实验,我们得到的结果与理论极其吻合,例如: 双闭环直流调速系统,单闭环直流调速系统等,得到的实验曲线完全与给定值重合,且震荡较小,达到稳态的速度较快;但是,某些实验,我们做了多次,试了许多参数,都很难达到较好的控制结果。 例如: 开环调速系统,电枢电流控制等。 得到的波形不理想,经过我们分析原因是实验环境干扰较大。 经过两周的课程设计,我们组成员对6RA70调速装置有了基本的了解,掌握了其基本的应用以及培养了快速准确地查阅手册能力。 7.使用仪器设备清单 1、SIMOREGDCMaster6RA70系列全数字直流调速装置一台 2、计算机一台 3、直流电动机一台 4、光电编码器一个(测速电机) 5、磁粉制动器一个 6、实验接线若干 8.收获、体会和建议 本次课程设计,我们组有幸在实验室完成了西门子6RA70全数字直流调速系统的学习和实验设计。 我们从21个设计任务选了13个进行了实验设计。 通过了近三周的课程设计,我从中受益匪浅。 课程设计中我接触了新的设备SIMOREGDCMaster6RA70系列全数字直流调速装置。 从开始对6RA70装置的无知到懵懂,再到熟悉,这个渐变过程我学到了很多,学会了查找手册与分析电路,修改参数实现不同的功能以及组态软件、示波器等的使用,一开始接触这个设备时我还不知道该从何下手,不知道该怎样使用这个设备以及这个设备可能实现什么功能,各部分都有什么作用。 通过上网查资料,阅读指导手册,以及与小组成员和指导老师的交流研究,我终于入了门,熟悉了6RA70装置的使用方法,结合电路功能图,在电脑上进行参数设置与修改,最终完成了设计任务。 通过这次课程设计加深了我对直流调速的了解。 以前总是觉得理论不能结合实际,通过这次课程设计使我认识到了理论结合实际的重要性。 同时,短短的三周课程设计也使我认识到了团队的重要性。 团队需要个人,个人也离不开团队,我们必须发扬团结协作的精神。 实验过程中,我们组成员相互帮助,共同努力,积极讨论,认真学习,每个人都为团队贡献自己的力量。 这也是我们能顺利完成设计任务的关键。 团队中只有一个人工作是远远不够的,必须团结一致,否则一个人的错误,就有可能导致整个工作失败。 这次课程设计让我体会到了团队的重要性,同时也让我学会了如何在团队中发挥自己的长处,以及如何与其他队员相处,使团队保持在最佳状态,更好的发挥团队作用。 这也是非常宝贵的。 课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。 很感激学校给了我这次动手实践的机会,让我有了一个共同学习,增长见识,开拓视野的机会。 也感谢老师对我
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