畢業(yè)設計----熱軋機壓下傳動控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　1500mm熱軋機壓下傳動控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 項目的意義</p><p>　　為了進一步提高生產(chǎn)能力，減少設備故障率，優(yōu)化原生產(chǎn)線的工藝設備配置，滿足生產(chǎn)的需要，決定將750mm二輥可逆式軋機極其附屬設備進行適應性改造，并在該軋機系統(tǒng)中實現(xiàn)全數(shù)字直流

2、傳動，經(jīng)過一系列的方案論證工作，軋機主傳動采用了可控硅直流全數(shù)字控制，調(diào)節(jié)單元采用SIEMENS 6RA70控制裝置，輔傳動中最重要的上輥調(diào)整裝置采用電動電動壓。</p><p>　　1.2 本課題研究的內(nèi)容</p><p>　　可逆式熱軋機的工藝特點是：工作時，上軋輥快速、大行程、頻繁的調(diào)整；軋輥調(diào)整時不“帶鋼”壓下。為了適應以上特點，對壓下的要求是：1）采用慣性小的傳動系統(tǒng)，以便頻繁

3、啟動、制動；2）有較高的傳動效率和工作可靠性；3）必須有克服壓下螺絲卡鋼的措施?？紤]投資情況下，系統(tǒng)采用了小功率控制大功率的直流傳動系統(tǒng)。為了提高傳動性能，當壓下操作側和傳動側聯(lián)動時，采用了主從控制方式，眾所周知軋機電動壓下系統(tǒng)是一個典型的快速定位系統(tǒng)，對傳動系統(tǒng)的啟動和制動快速性都有很高的要求，才能滿足不斷加快的生產(chǎn)節(jié)奏的要求，電動壓下系統(tǒng)的傳動性能也是決定壓下電動APC精度和快速性的關鍵，采用直流電機配套直流傳動裝置很容易實現(xiàn)上述要

4、求。</p><p><b>　　機械傳動系統(tǒng)</b></p><p>　　機械傳動系統(tǒng)包括：減速機、制動器、壓下絲桿、壓下絲母、壓下位置指示器（壓下指針）、球面墊塊等。</p><p>　　2.1 電動壓下裝置</p><p>　　電動壓下裝置是由電動機通過圓柱齒輪箱或蝸輪減速機（有時也用行星輪減速箱）傳遞運動的，它

5、可以用于所有的軋機上，如初軋機、板坯軋機、厚板、薄板及熱、冷板帶軋機。其優(yōu)點是移動距離可以達較大的數(shù)值，速度和加速度亦可達到一定的要求，壓下能量較大。缺點是結構復雜、反應時間較長、效率低。</p><p>　　2.2 臥式電動機的快速壓下裝置</p><p>　　臥式電動機的粗軋機壓下的電動機通過與其同軸的小齒輪和中間大惰輪帶動固定在方孔套筒上的大齒輪，使壓下螺絲在螺母中旋轉并實現(xiàn)升降運

6、動，壓下螺絲的方行尾端穿在套筒的方孔中。</p><p>　　為了實現(xiàn)兩個壓下螺絲的同步移動以保持上軋輥的平行升降，兩個中間大惰輪之間用一個小惰輪（離合齒輪）相連。</p><p>　　壓下螺絲的的升降速度為90～180mm/s。其中較高的速度是在大行程時使用（例如在換輥時）。</p><p>　　壓下螺絲的移動距離通過與中間大惰輪同軸的傘齒輪以及單獨的齒輪傳動系統(tǒng)

7、反映在指針盤上，反映壓下螺絲移動距離的機構稱為軋輥位移傳感器。軋輥位移傳感器是一種比較精確地檢測位移移動情況的電器元件，它利用磁環(huán)的電磁作用來檢測位移的變化情況。在這種機構中，既可隨壓下螺絲杠下面的壓臺往復移動，通過程序標定量化，能夠線性的顯示絲杠的實際位移情況，該元件可靠性強，控制精度高。</p><p>　　臥式電動機傳動的壓下裝置由于使用了圓柱齒輪，因此傳動效率高，零件壽命較長，又節(jié)約了有色金屬，近年來新設

8、計的粗軋機已普遍采用這種傳動形式。</p><p>　　2.3 壓下螺絲及其最小斷面直徑</p><p>　　壓下螺絲的機構一般分頭部、本體和尾部三部分。頭部與上輥軸承座接觸，承受來自輥頸的壓力和上輥平衡裝置的過平衡力，為了防止端部在旋轉時磨損并使上軋輥軸承具有自動調(diào)節(jié)性能，壓下螺絲的端部一般都做成球面形狀，并與球面銅墊接觸形成止推軸承。壓下螺絲止推端的球面有凸形和凹形兩種，老式的多為凸

9、形，這種結構形式在使用時使凹形球面銅墊受拉應力，改進后的壓下螺絲頭部做成凹形，這時凸形球面銅墊處于壓應力狀態(tài)，有利于提高強度， </p><p>　　壓下螺絲的尾部是傳動端，承受驅動力矩，一般尾部的形狀有方形、花鍵形和圓柱形三種。當軋輥快速移動時（例如在粗軋機上），通常將它作成鑲可換青銅滑板或補焊青銅的方尾。當速度補快而負荷很重時，例如在四輥板帶軋機上，通常將它作成花鍵形。在輕負荷的調(diào)整機構中，包括手動的在內(nèi)，壓

10、下螺絲的尾部做成帶鍵的圓柱形</p><p>　　壓下螺絲的本體帶有鋸齒形或梯形螺紋，前者傳動效率較高，主要用于粗軋機等快速壓下裝置上；后者強度較大，主要用于軋制負荷較大的軋機（如冷軋帶鋼機）。壓下螺絲多數(shù)是單線螺紋，只有在粗軋機等快速壓下裝置中有時采用雙線或多線螺紋。</p><p>　　壓下螺絲的基本參數(shù)是螺紋部分的外徑d0和t，可按照我國一機部部頒標準選取。</p>&

11、lt;p>　　壓下螺絲的直徑按作用在輥頸上最大可能的壓力決定，因其長度和直徑的比值很小。故部考慮壓下螺絲的縱向彎曲，壓下螺絲最小斷面的直徑d1有下列條件決定：</p><p>　　P=πd12 Rd/ 4 (4-4)</p><p>　　式中 P－作用在輥頸上的最大壓力。P=750*103kg。</p><p>　　通常壓下螺絲用

12、σb＝60～70㎏/㎜2,δ5=16﹪鍛造碳鋼制造。這種鋼的許用應力以n＝6計，取</p><p>　　Rd＝1000～1200㎏/㎜2 所以有 </p><p>　　d12＝4P/1000π</p><p><b>　　d1＝30.9mm</b></p><p>　　2.4 轉動壓下螺絲所需的力矩&

13、lt;/p><p>　　轉動壓下螺絲的靜力矩也就式壓下螺絲的阻力矩，它包括止推軸承的摩擦力距和螺紋之間的摩擦力距。</p><p>　　相應于壓下螺絲移向軋輥及離開軋輥，轉動兩個壓下螺絲所需的力矩等于：</p><p>　　M1＝P〔d3μ/3+dcptg（ρ＋α）/2〕 （4－5a）</p><p>　　M2＝P〔d3μ/3+dcpt

14、g（ρ－α）/2〕 （4－5b）</p><p>　　式中 P——作用在兩個壓下螺絲上的壓力；</p><p>　　d3和dcp——壓下螺絲樞軸的直徑及螺紋中徑；</p><p>　　ρ和α——螺紋中的摩擦角及螺紋導角；</p><p>　　μ——壓下螺絲樞軸的摩擦系數(shù)。</p><p>　　當軋機空轉時轉

15、動壓下螺絲的力P為：</p><p>　　P=Q-G （4－6）</p><p>　　式中 Q和G——平衡力及被平衡件的重量。</p><p>　　核驗粗軋機壓下裝置額傳動功率。</p><p>　　已知：電機功率N＝200～300hp，</p><p>　　轉速為n＝500～750r.p.

16、m，</p><p>　　總傳動比i＝4.5，</p><p>　　圓柱齒輪傳動效率取η＝0.96</p><p>　　1、電動機額定力矩及最大力矩</p><p>　　MH＝716.2N/n＝716.2×300÷750＝280kg-m</p><p>　　Mmax＝2MH＝560kg-m</

17、p><p>　　2、傳動壓下螺絲使其升降所需的力矩 </p><p>　　已知：平衡裝置作用在壓下螺絲上的力</p><p>　　Q＝2×0.4G(G為軋輥、軸承、軸承座、壓下螺絲重量之半)</p><p>　?。?2×0.4×（2＋軋輥總重）/2</p><p><b>　　=7

18、.2t</b></p><p>　　壓下螺絲外徑 d0＝ 280mm ；內(nèi)徑d1＝216mm；平均直徑d平均＝248；</p><p>　　螺距t＝32mm； 端部直徑dn＝240mm（取摩擦系數(shù)μn=0.15）； 螺紋摩擦角ρ＝5º48´（取μρ＝0.1）；螺紋導角α＝2º40´30´´。</p>

19、<p>　?。?）上輥下降時傳動兩個壓下螺絲的力矩</p><p>　　M1＝Q〔d3μ/3+dcptg（ρ＋α）/2〕</p><p>　?。絈〔0.24×0.15÷3+0.124tg（5º48´＋2º40´30´´）〕</p><p>　?。?.0305Q kg-m

20、</p><p>　　=0.0305×7200</p><p><b>　　=220 kg-m</b></p><p>　?。?）上輥上升時傳動兩個壓下螺絲的力矩</p><p>　　M2＝Q〔d3μ/3+dcptg（ρ＋α）/2〕</p><p>　?。絈〔0.24×0.15

21、÷3+0.124tg（5º48´－2º40´30´´）〕0.055</p><p>　?。?.0188Q kg-m</p><p>　　=0.0188×7200</p><p><b>　　=135 kg-m</b></p><p>　　3

22、、由壓下螺絲推算到電機軸上的力矩（靜力矩）</p><p>　　MS=MB/(iη)</p><p><b>　　上輥下降時</b></p><p>　　MS1＝0.0305÷4.5÷0.96Q＝0.0071×7200 kg-m=51 kg-m</p><p><b>　　上輥上

23、升時</b></p><p>　　MS ＝0.0188÷4.5÷0.96Q＝0.0044×7200 kg-m=32 kg-m</p><p><b>　　4、傳動的動力距</b></p><p>　　傳動件的飛輪力矩:電機GD2=100kgm2,聯(lián)軸器及主動齒輪及軸GD2=20 kgm2,中間齒輪GD

24、2=23 kgm2,軸及齒輪的GD2=24kgm2,;壓下螺絲GD2=55kgm2,推算到電機軸上的總飛輪力矩:</p><p>　　GD2Σ=200+20+23/1.342+15/0.6252+(230+55)/4.52≈285.2 kgm2</p><p>　　電機啟動時的角加速度這樣選?。?lt;/p><p>　　當軋輥下降時，ε1＝400 rpm/sec； ε

25、2＝500 rpm/sec。</p><p>　　則啟動時為克服傳動件的慣性所需的動力距為：Md＝∑·ε/375</p><p>　　Md1＝285.2/375×400=304 kg-m</p><p>　　Md2＝285.2/375×500=380.3 kg-m</p><p>　　5、電機軸上最大力矩<

26、/p><p>　　Mmax＝Ms＋Md</p><p>　　Mmax1＝ Ms1＋Md1 =51+304=355 kg-m</p><p>　　Mmax2＝ Ms2＋Md2=32+380.3=412.3 kg-m</p><p>　　電動機額定力矩及最大力矩560kg-m,因而</p><p>　　Mmax電機>M

27、max</p><p><b>　　所以能滿足工藝要求</b></p><p><b>　　電氣控制選擇</b></p><p>　　一個電氣傳動系統(tǒng)由電動機、電源裝置和控制裝置（含計算機控制）組成它們各自有多種設備或線路可供選用。</p><p>　　3.1 電動機的性能比較及其選擇</p

28、><p>　　1.交流電動機和直流電動機的性能比較</p><p>　　交流電動機簡單、耐用、可靠、易維護、價格低，但起動和調(diào)速性能差，輕載時功率因數(shù)低。一般無調(diào)速要求的機械廣泛采用。隨著具有自關斷功能的大功率晶體管（GTR）、可關斷晶閘管（GTO）以及場控晶閘管（SITH）的實用化，以及微型計算機技術的成熟運用，PWM變頻器的應用越來越廣，可實現(xiàn)平滑調(diào)速，但價格昂貴。</p>

29、<p>　　直流電動機調(diào)速性能好，范圍寬，采用電子控制下能充分適應各種機械負載特性的需要，起動轉矩大，過載能力大。缺點是需要直流電源，和維護復雜。但隨著大功率可控硅（SCR）的廣泛運用和數(shù)字化控制裝置的成熟運用，直流電動機目前仍然廣泛。</p><p>　　綜合各項因數(shù)，電動壓下采用直流電動機傳動。</p><p>　　2.直流電動機的選擇</p><p>

30、;　　壓下裝置屬于大型可逆軋機，根據(jù)各類直流電動機的應用范圍，選擇直流電動機的型號為ZKSL-315-41型。</p><p>　　功率計算：P=TMnM/9565</p><p>　　式中P：電動機功率（KW）</p><p>　　TM：電動機轉矩（N.m）</p><p>　　nM: 電動機轉速（r/min）</p><

31、;p>　　P=560*10*500/9565=292（KW）。</p><p>　　查詢直流電動機手冊：壓下電機參數(shù)為：ZKSL-315-41，額定功率150Kw；額定電壓440V；額定電流395A，轉速385/770r/min，勵磁：DC220V 16.3A。</p><p>　　上升最大行程；600mm；工作行程450mm。</p><p>　　壓下升降速

32、度:62r/min~120r/min。</p><p>　　型號：ZD2 49.3/40-8BL，額定功率300Kw；額定電壓220V；額定電流1000A，最大電流為1750A，轉速500-750-1000r/min，勵磁：DC220V 11.11A。</p><p><b>　　主回路裝置選擇</b></p><p>　　主回路裝置選擇包括；

33、整流變壓器、晶閘管變流器、直流濾波電抗器、交直流側過電壓吸收器、過電流保護和快速開關等。</p><p><b>　　整流變壓器</b></p><p>　　二次線電壓UVФ：由于在實際運用中標準變壓器系列已規(guī)定了閥側電壓值，使用時可不必計算查表《國內(nèi)中小功率標準系列》可逆系統(tǒng)，電動機額定電壓為220V的變壓器二次電壓為230V。</p><p&g

34、t;　　二次線電流IVФ：IVФ=KIVIdN =√3*0.408*1000=706.6A</p><p><b>　　二次容量:</b></p><p>　　S2=m2*KIV* Udo*IdN/KuV=6*0.17*2.34*220*1000=525kva</p><p>　　整流變壓器的型號為:</p><p>　

35、　晶閘管變流器裝置選擇</p><p>　　晶閘管額定電壓URRM</p><p>　　考慮到晶閘管在恢復阻斷時所引起的換向過電壓，必須考慮一定的安全電壓，一般取2—3倍之間</p><p>　　URRM≥（2-3）KuTUVФ/nKu</p><p>　　KuT電壓計算系數(shù)取2.45</p><p>　　UVФ電源進

36、線相電壓有效值133V</p><p>　　n:元件串聯(lián)數(shù)等于1</p><p>　　Ku：均壓系數(shù)取0.8</p><p>　　URRM≥1018V。</p><p>　　晶閘管額定電壓URRM取1200V。</p><p>　　（2）晶閘管額定電流IFAV</p><p>　　晶閘管額定電流

37、應該按照所組成裝置的最大負載電流、過載時間、電流波形和所配用的散熱器熱阻，來計算。精確計算十分復雜，通常采用近似計算方法</p><p>　　IFAV≥（1.0-2.0）KITIdmax/KInp</p><p>　　KIT：電流計算系數(shù)：取0.367</p><p>　　np：晶閘管并聯(lián)數(shù)等于1</p><p>　　KI：均流系數(shù)，取0.8

38、</p><p>　　Idmax：最大整流值：1000*1.17=1170A</p><p>　　IFAV≥1073A</p><p>　　晶閘管額定電流IFAV取1200A。</p><p>　?。?）晶閘管接線方式</p><p>　　采用元件對接反并聯(lián)可逆接線方式，將晶閘管直接反并聯(lián)，可以實現(xiàn)環(huán)流內(nèi)部不設環(huán)流電抗

39、器和快速開關，可靈活實現(xiàn)四象限內(nèi)電動機頻繁起、制動和調(diào)速狀態(tài)運轉，快速性好。缺點是對晶閘管有較高要求，現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝已經(jīng)解決了晶閘管的質量問題。</p><p>　　直流回路電抗器的選擇和計算</p><p>　　在無環(huán)流可逆變流器系統(tǒng)中，為了抑制事故狀態(tài)下的短路電流上升率，以及為了使直流快速開關在過流切斷瞬間能與快熔保護協(xié)調(diào)，在直流回路內(nèi)需要附加一定數(shù)量的限流電感（電抗器）。</p

40、><p>　?。?）電動機的電樞電感LM</p><p>　　LM=19.1*103CUMN/2PnMNIMN（mh）</p><p>　　P:極對數(shù)P=4；UMN電動機額定電壓220V；nMN額定轉速500r/min;</p><p>　　IMN額定電流1000A；補償系數(shù)0.4</p><p>　　LM=0.42（mh

41、）</p><p>　　變壓器漏電感折算到二次繞組每相電感為；</p><p>　　LT=KTL*103CUVФ/100ω Idn（mh）</p><p>　　KTL變壓器漏電感系數(shù)，取1.268；</p><p>　　C變壓器短路阻抗：4.5%</p><p>　　ω角頻率0.02；UVФ變壓器二次電壓230V；&l

42、t;/p><p>　　Idn額定整流電流1170A</p><p>　　LT=0.66（mh）</p><p>　　附加電抗器電感Lmd</p><p>　　Lmd=KmdKUVUVФ/ÐIMN- LM-KL LT</p><p>　　Ð：允許電流脈動率10%；KL 變壓器電感折算系數(shù)，取1；</

43、p><p>　　Kmd計算系數(shù)取0.3</p><p>　　Lmd=1.615-0.42-0.66=0.53（mh）</p><p>　　晶閘管裝置過電壓保護</p><p>　　變壓器接通以及空載切斷時可能出現(xiàn)尖峰瞬變過電壓，其峰值可達正常值的8-10倍。必須加以抑制。在晶閘管變流裝置交流側的保護回路有：交流阻容式、整流阻容式、壓敏電阻、靜電感

44、應過電壓保護、換向過電壓用阻容保護。本系統(tǒng)主要選擇交流阻容式保護回路用于抑制開斷進線電壓時產(chǎn)生的階躍過電壓，采用△接法。計算如下：</p><p>　　電容值C： C=KCIO2/fU2 (uF)</p><p>　　KC計算系數(shù)：10000；IO2二次空載電流有效值：25A；f：頻率50Hz；</p><p>　　U2 ：二次電壓230V。</p>

45、<p><b>　　C=22 (uF)</b></p><p>　　為了增大阻尼，在電容器回路中串聯(lián)阻尼電阻R，其阻值R和電阻容量PR為</p><p>　　R=KRU2/IO2 =1.83*230/25=16.84（Ω）</p><p>　　PR=3(KP IO2 )2R=3(0.0625*25 )2*16.84=123.4(W)

46、</p><p>　　晶閘管裝置過電流保護</p><p>　　在調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)內(nèi)設置電流調(diào)節(jié)器，通過檢測電流限制變流裝置的正常工作。為了保護晶閘管，可在每個橋臂上設置快熔（快速熔斷器）。另外在直流側設置快速開關，用于快速切除直流側的短路電流，同時也可避免在過流故障時造成大量快熔熔斷。</p><p>　　3.3 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇</p><

47、;p>　　1、直流電動機的機械特性方程為:</p><p>　　n=U/CeФ-RT/CeCTФ2</p><p>　　此公式也是直流電動機的調(diào)速公式，改變加在電動機電樞回路的電阻R、外加電壓U和磁通Ф中的任何一個參數(shù)，就可以改變電動機的機械特性，從而對電動機進行調(diào)速。由于壓下系統(tǒng)，其負載性質屬于恒轉矩類型，要求調(diào)速范圍寬，對靜差率要求不高，并且其機械特性硬度要求不高，故采用調(diào)壓調(diào)速

48、方法。</p><p>　　直流電動機調(diào)壓調(diào)速方法比較</p><p>　　改變電樞電壓調(diào)速方式屬于恒轉矩類型，并在空載和負載轉矩時也能得到穩(wěn)定轉速，通過電壓正反向變化，使電機能平滑地起動和工作在四個象限，能實現(xiàn)回饋制動，而且控制功率小，效率高，配上各種調(diào)節(jié)器可組成性能指標較高的調(diào)速系統(tǒng)。改變電樞電壓，需要有獨立可變電壓的電源，一般采用的有直流發(fā)電機、汞弧整流器、晶閘管變流器、磁放大器等。

49、</p><p>　　直流發(fā)電機：輸出電流無脈動，帶飛輪的機組對沖擊負荷有緩沖作用，改善功率因數(shù)。但效率低，噪音和振動大，動態(tài)指標差。</p><p>　　汞弧整流器：與晶閘管變流器相似，但效率低，有點弧設備，維護量大，有污染問題，已被晶閘管變流器取代。</p><p>　　磁放大器：靜止，可靠性高，適用于小功率場合，效率及動態(tài)指標均較晶閘管變流器系統(tǒng)低，正被晶閘管

50、變流器取代。</p><p>　　晶閘管變流器；沖擊負荷時對電網(wǎng)沖擊大，功率因數(shù)低，輸出電流有脈動。但由于效率高，噪音、振動小，控制功率小，構成閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)指標好。已被廣泛應用。</p><p>　　第四章 直流電動機數(shù)字化控制調(diào)壓調(diào)磁控制系統(tǒng)方案設計</p><p>　　晶閘管變流器—電動機系統(tǒng)</p><p>　　采用兩組晶閘管變流器裝置

51、供電的邏輯無環(huán)流可逆控制線路（如圖4-1）</p><p>　　邏輯無環(huán)流可逆控制系統(tǒng)是指在電動機運行過程中，兩組反并聯(lián)變流器之間完全沒有環(huán)流可逆系統(tǒng)，可以根據(jù)電動機所需要的電樞電流極性，通過一個邏輯單元來選擇某一組變流器來工作。本圖所示的是一種帶模擬開關的邏輯無環(huán)流系統(tǒng)。系統(tǒng)正向工作時，Ui為負，ASR輸出為正，其中一路送到邏輯裝置的轉矩極性鑒別器，切換邏輯裝置AL電路，使得ACR電流調(diào)節(jié)器輸出為負，電動機正轉

52、。</p><p>　　本系統(tǒng)采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是電流控制環(huán)，外環(huán)是轉速控制環(huán)。每個環(huán)都有一個調(diào)節(jié)器（速度調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR）。它們是PI環(huán)節(jié)或PID環(huán)節(jié)，用來改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性。</p><p>　　由于上述調(diào)節(jié)回路采用模擬量控制，大量采用半導體集成塊，如：LM747、LF347運算放大器、KJ004移相電路、TTL門電路及微型電位器等。受元器件本身性能、溫度、濕

53、度、風機連續(xù)運轉的震動等各種因素的影響，各元器件及電路構成的參數(shù)易發(fā)生漂移、變化，引起系統(tǒng)工作不穩(wěn)定或故障高。調(diào)節(jié)回路采用數(shù)字化控制，產(chǎn)品采用西門子6RA70調(diào)速裝置。</p><p><b>　　調(diào)節(jié)單元數(shù)字化控制</b></p><p>　　采用小功率全數(shù)字直流調(diào)速裝置改造大功率直流傳動系統(tǒng)。</p><p>　　以小推大技術是對西門子6R

54、A70調(diào)速裝置的核心解碼,程序的再編譯,使用西門子全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA7025-6DS22進行拆板改造,推動由國內(nèi)一流廠家生產(chǎn)的大功率可控硅組件,以提高系統(tǒng)的過載能力,同時保留原裝置所有控制功能,這樣就能以較低的價格實現(xiàn)高性能、高精度電控傳動系統(tǒng).</p><p>　　SIMOREG 6RA70系列整流裝置為三相交流電源直接供電的全數(shù)字控制裝置，其結構緊湊，用于可調(diào)速直流電機電樞和勵磁供電裝置。裝置本身帶有參

55、數(shù)設定單元，不需要任何其他的附加設備即可完成參數(shù)的設定。所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視及附加功能都有微處理器來實現(xiàn)。</p><p>　　我們采用小功率全數(shù)字直流傳動裝置為德國西門子公司 6RA2418--6DV62型數(shù)字裝置，其出廠指標：電樞回路額定電流30A；勵磁回路額定電流5A；額定電源電壓400V。主電路為三相全控橋式整流，四象限全數(shù)字閉環(huán)控制，采用兩組三相全控橋反并聯(lián)邏輯控制無環(huán)流方案；勵磁裝置供電回路采用的是

56、單相半控橋方式，電樞和磁場的供電頻率和電樞回路相序不做要求同時，系統(tǒng)還提供了大量可供自由配置的功能塊：加法器、乘法器、工藝調(diào)節(jié)器等。完善的軟硬件配置，能夠確保改造方案中的各個控制環(huán)節(jié)的實現(xiàn)。</p><p>　　4.2.1 電樞回路擴容</p><p>　　由于全數(shù)字裝置額定電樞電流為30A，擴容為控制1000A大電流，關鍵在于修改原裝置的反饋變換系數(shù)。</p><p&

57、gt;　　電流反饋回路如圖所示：</p><p>　　圖中R75、R76、R77、R78為電樞回路負載電阻，T1、T3為電樞回路電流互感器，出廠配置為1000:1。經(jīng)實際測算：</p><p>　　R75 = R76 = 51Ω</p><p>　　R77 = R78 = 100Ω</p><p>　　當裝置工作在額定狀態(tài)即電樞實際輸出電流為

58、30A時，電流反饋折算成電壓形式實際值為：</p><p>　　U1 = R75∥R77*30/1000 = 1.013V</p><p>　　U3 = R76∥R78*30/1000 = 1.013V</p><p>　　由此可以得出如下結論:只要使得電樞回路電流反饋實際值與電樞回路等效負載電阻的乘積近似等于1V,則裝置認為達到額定工作狀態(tài),所以只要根據(jù)實際電流互

59、感器和功率單元額定電流重新配置R75~R78負載電阻就可實現(xiàn)系統(tǒng)擴容。</p><p>　　采用兩級電流互感器，變比分別為1000:5和5:0.1,</p><p>　　相當于采用10000:1的電流互感器;電樞回路額定電流為1000A。由此可反推出電樞負載電阻值：</p><p>　　R75∥R77 = R76∥R78 = 1V*10000/1000 = 10Ω&

60、lt;/p><p>　　依照計算結果重新配置R75~R78負載電阻后，即相當于對全數(shù)字裝置電樞回路進行了擴容。</p><p>　　4.2.2 參數(shù)設置</p><p>　　重新設置有關參數(shù)，如裝置的額定值、電樞電流設定值、轉矩方面的電流極限、轉矩方面的電流限幅值等。</p><p>　　4.2.3 增加觸發(fā)功率</p><

61、;p>　　原系統(tǒng)電樞回路為30A，并且可控硅裝在裝置內(nèi)部，所需觸發(fā)脈沖功率較小，改造后不僅可控硅功率大大提高，而且調(diào)節(jié)裝置與功率裝置傳輸距離大大延長，線路損耗相應提高，為提高系統(tǒng)的觸發(fā)功率，保證1000A兩并可控硅的可靠觸發(fā)，盡量保證兩并可控硅同時導通，我們又在裝置脈沖輸出和可控硅功放之間增加了脈沖放大，其結構如圖所示：</p><p>　　經(jīng)過放大后的信號，不僅滿足了可控硅的觸發(fā)要求，而且在保證兩并可控硅

62、的均流可靠性上大大提高</p><p>　　4.3 電樞回路的調(diào)節(jié)功能</p><p><b>　　1、 轉速給定值</b></p><p>　　采用的由主令控制器經(jīng)相敏橋輸出的0——+/-10V模擬量給定，一般情況下100%（給定值）對應電動機最大轉數(shù)。給定值可由參數(shù)或連接器限制其最大值或最小值。為了能在斜坡函數(shù)發(fā)生器之前或之后輸入附加給定

63、值，通過開關量連接器可選擇“給定值釋放”功能，經(jīng)過參數(shù)設定的濾波（PT1—濾波器）以后，總的給定值作用于轉速調(diào)節(jié)器的給定值輸入端，這時斜坡函數(shù)發(fā)生器有效。我們通過參數(shù)P701進行“主給定值”模擬量輸入的規(guī)格化。</p><p>　　2、轉速實際值（即反饋值）</p><p>　　由于壓下對精度要求不是特別高且不能安裝測速裝置，壓下電機僅工作在基速以下，所以轉速實際值（反饋值）我們采用具有反

64、電勢控制的無測速機系統(tǒng)，反電勢控制不需要測速裝置，只需要測量經(jīng)SIMOREG的輸出電壓，測定的電樞電壓經(jīng)電機內(nèi)阻壓降補償處理（I*R補償）作為反饋信號。補償量的大小在電流調(diào)節(jié)器優(yōu)化過程中自動確定，這種調(diào)節(jié)方式的精度與電樞回路中電阻的溫度系數(shù)有關，約為5%。為了達到更高的精度，重復進行電流調(diào)節(jié)器優(yōu)化過程。</p><p><b>　　3、斜坡函數(shù)發(fā)生器</b></p><p

65、>　　斜坡函數(shù)發(fā)生器使跳躍變化的給定值輸入變?yōu)橐粋€隨時間連續(xù)變化的給定信號。通過P303、P304分別設定加速時間為1.15s和減速時間0.8s。系統(tǒng)的可調(diào)性大大增強，真正實現(xiàn)了電機的起動迅速、制動靈敏可靠，減輕了對機械設備的沖擊。</p><p><b>　　4、轉速調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　轉速調(diào)節(jié)器將轉速給定值與實際值（反饋）進行比較。根據(jù)它們之

66、間的差值輸出相應的電流，給定值送電流調(diào)節(jié)器（原理：帶有電流內(nèi)環(huán)的轉速調(diào)節(jié)）。轉速調(diào)節(jié)器是帶有可選擇的D部分的PI調(diào)節(jié)器，此外對一個可控制的比例范圍能進行參數(shù)設置。調(diào)節(jié)器的所有參數(shù)都可分別設定。（分別設定了P625、P228、P622、P083、P115、P626、P200、P623、P620、P225、P226）Kp值同一個連接器信號（外部或內(nèi)部）相適配。同時，轉速調(diào)節(jié)器的P放大系數(shù)要與轉速實際值，電流實際值給定值-實際值的差值相匹配。

67、</p><p><b>　　5、轉距限幅</b></p><p>　　通過參數(shù)P607、P601設定轉速調(diào)節(jié)器的輸出為轉距或電流給定值。當處于轉距控制時，轉速調(diào)節(jié)器的輸出具有磁通Φ，并作為電流給定值進入電流限幅器。轉距調(diào)節(jié)主要用于弱磁情況下，使最大轉距與轉速無關。</p><p><b>　　6、電流限幅</b><

68、/p><p>　　經(jīng)轉距限幅器之后的可調(diào)電流限幅器用來保護整流裝置和電機。最小設定值總是作為實際電流限幅。通過P171、P172設定了電流的正限幅值和電流的負限幅值。</p><p><b>　　7、電流調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　電流調(diào)節(jié)器是具有相互獨立設計的P放大值和調(diào)節(jié)時間的PI調(diào)節(jié)器。P和I部分可被切斷（純粹的P調(diào)節(jié)器和I調(diào)節(jié)器）。

69、電流實際值（反饋值）通過三相交流側的電流互感器檢測，經(jīng)負載電阻，整流，再經(jīng)模擬、數(shù)字變換后送電流調(diào)節(jié)器電流限幅器的輸出作為電流給定值。</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的輸出為觸發(fā)角，同時作用于觸發(fā)裝置的還有預控制器。電流調(diào)節(jié)回路的預控制器用于改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)響應，因此，電流調(diào)節(jié)電路中的調(diào)節(jié)時間范圍為6—9ms。預控制與電流給定值和電機的EMK有關，并兼顧電流連續(xù)和斷續(xù)工作狀態(tài)以及轉距改變符號時所要求的觸發(fā)角的快

70、速變化。</p><p><b>　　8、觸發(fā)裝置</b></p><p>　　觸發(fā)裝置形成與電源電壓同步的功率部分晶閘管控制觸發(fā)脈沖。同步信號取自功率部分，因此與旋轉勵磁和電子板供電無關。觸發(fā)脈沖在時間上由電流調(diào)節(jié)器和預控制器的輸出值決定。通過參數(shù)設定控制極限。觸發(fā)角的整流固定限幅、觸發(fā)角的逆變固定限幅、自然換向時間點的校正、窄脈沖分別通過P150、P151、P82

71、6、P079這些參數(shù)來設定。</p><p>　　計算機自動化控制設計</p><p>　　可編程控制器（PLC）:PLC系統(tǒng)就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎上設計程序以達到所設計的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應用最為廣泛。采用PLC的控制方式的優(yōu)點是: </p><p>　　PLC的可靠性:進口PLC采用的CP

72、U都是生產(chǎn)廠家專門設計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購買的，經(jīng)過嚴格挑選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗而特別設計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作?！?lt;/p><p>　　PLC的可擴展性:要增加一個功能只要增加相應的模塊和修正對應的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短?！　LC的可維護性:

73、PLC本身有很強的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡單?！?操作:PLC的操作采用人機界面，全屏顯示，上面設計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故

74、障在機器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障。</p><p>　　對比以上控制類型的特點，結合生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，選擇的控制方式為:西門子S7-300可編程控制器（PLC）控制。</p><p>　　第五章 PLC 程序設計</p><p>　　5.1 PLC控制輸入輸出信號表</p><p>　　1、自動化控制部分

75、 </p><p>　　2、壓下傳動裝置控制部分</p><p><b>　　邏輯設計</b></p><p>　　1、自動化系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)通訊</p><p><b>　　2、電樞啟停</b></p><p><b>　　3、速度給定</b><

76、/p><p><b>　　4、封鎖控制</b></p><p><b>　　5、控制與顯示</b></p><p>　　程序語言設計 </p><p>　　1、自動化部程序設計如下：</p><p>　　2、壓下電機的傳動程序設計如下：</p><p&g

77、t;　　第六章 故障顯示和報警</p><p>　　改造后的6RA70數(shù)控裝置有很強的智能化故障報警功能，這大大縮短了查找和處理故障的時間，同時也大大降低了設備故障停機率。</p><p><b>　　當出現(xiàn)故障時：</b></p><p>　　功能設置為“故障”的開關量輸出口輸出低電平。</p><p>　　切斷傳動

78、裝置（調(diào)節(jié)器封鎖、電流為零、脈沖封鎖、繼電器“主 接觸器合”接點斷開。）</p><p>　　故障復位后傳動裝置處于“合閘封鎖”狀態(tài)，“合閘封鎖”將由“停車”（端子37#加低電平信號）操作才能取消。</p><p><b>　　故障分為以下幾組：</b></p><p>　　電網(wǎng)故障：缺相、勵磁回路故障、欠壓、過壓、電源頻率故障<

79、/p><p>　　接口故障：基本裝置或附加板接口故障。</p><p>　　傳動系統(tǒng)故障：對轉速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器等的監(jiān)控已經(jīng)響應，傳動系統(tǒng)封鎖，無電樞電流。</p><p><b>　　電機過載保護</b></p><p><b>　　超速故障</b></p><p><

80、b>　　啟動過程故障</b></p><p><b>　　電子板故障</b></p><p>　　晶閘管元件故障：這組故障只有通過相應參數(shù)激活了晶閘管檢查功能時才會出現(xiàn)，檢查晶閘管能否關斷及能否觸發(fā)。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　主機、壓下等直流傳

81、動系統(tǒng)均選用西門子6RA70全數(shù)字調(diào)速裝置，模塊化結構，配有CBP2通訊板與PLC進行通訊。采用光電編碼器反饋穩(wěn)態(tài)速度控制精度可達到±0.1%，動態(tài)時±0.3%。全數(shù)字式調(diào)速裝置與模擬電路整流裝置相比，控制精度高，抗干擾性好，運行可靠，不受元件老化和溫度漂移的影響，能長期保持穩(wěn)定的控制精度。具有較強的自診斷處理功能、維護方便。</p><p>　　通過調(diào)速裝置可以方便靈活地給出各種速度，包括點

82、動、升速、保持、降速、停車等功能，通過裝置配置的CBP2通訊板和PLC可編程序控制器的通訊，可傳送、接受各種信號以實現(xiàn)主機的自動控制功能。系統(tǒng)設有正常停車、一般停車及事故情況下緊急停車等功能，保證設備良好運行。</p><p><b>　　英文翻譯</b></p><p><b>　　一：英文原文部分</b></p><p&g

83、t;　　Programmable Logic Controllers (PLC)have been widely used in industry including manufacturing systems, transportation systems, chemical process facilities, and many others. At that time, the PLC replaced the hardwir

84、ed logic with soft-wired logic or so-called relay ladder logic (RLL), a programming language visually resembling the hardwired logic, and reduced thereby the configuration time from 6 months down to 6 days. </p>&

85、lt;p>　　Although PC based control has started to come into place, PLC based control will remain the technique to which the majority of industrial applications will adhere due to its higher performance, lower price, and

86、 superior reliability in harsh environments. Moreover, according to a study on the PLC market, an increase of the annual sales volume to 15 million PLCs per year with the hardware value of more than 8 billion US dollars

87、has been predicted, though the prices of computing hardware is steadil</p><p>　　Though PLCs are widely used in industrial practice, the programming of PLC based control systems is still very much relying on

88、trial-and-error. Alike software engineering, PLC software design is facing the software dilemma or crisis in a similar way. Morley himself emphasized this aspect most forcefully by indicating. </p><p>　　If h

89、ouses were built like software projects, a single woodpecker could destroy civilization.” </p><p>　　Particularly, practical problems in PLC programming are to eliminate software bugs and to reduce the mainte

90、nance costs of old ladder logic programs. Though the hardware costs of PLCs are dropping continuously, reducing the scan time of the ladder logic is still an issue in industry so that low-cost PLCs can be used. </p&g

91、t;<p>　　In general, the productivity in generating PLC is far behind compared to other domains, for instance, VLSI design, where efficient computer aided design tools are in practice. Existent software engineering

92、 methodologies are not necessarily applicable to the PLC based software design because PLC-programming requires a simultaneous consideration of hardware and software. The software design becomes, thereby, more and more t

93、he major cost driver. In many industrial design projects, more than SO0/a o</p><p>　　In addition, current PLC based control systems are not properly designed to support the growing demand for flexibility and

94、 reconfigurability of manufacturing systems. A further problem, impelling the need for a systematic design methodology, is the increasing software complexity in large-scale projects. </p><p>　　1.2 Objective

95、 and Significance of the Thesis </p><p>　　The objective of this thesis is to develop a systematic software design methodology for PLC operated automation systems. The design methodology involves high-level d

96、escription based on state transition models that treat automation control systems as discrete event systems, a stepwise design process, and set of design rules providing guidance and measurements to achieve a successful

97、design. The tangible outcome of this research is to find a way to reduce the uncertainty in managing the control so</p><p>　　A systematic approach to designing PLC software can overcome deficiencies in the t

98、raditional way of programming manufacturing control systems, and can have wide ramifications in several industrial applications. Automation control systems are modeled by formal languages or, equivalently, by state machi

99、nes. Formal representations provide a high-level description of the behavior of the system to be controlled. State machines can be analytically evaluated as to whether or not they meet the desired g</p><p>　

100、　Customer-Driven Manufacturing </p><p><b>　　二、中文翻譯部分：</b></p><p>　　可編程控制器(PLC) 已被廣泛應用于工業(yè),包括制造系統(tǒng),運輸系統(tǒng),化工設備等,不勝枚舉. 當時,臨立會取代hardwiredlogic軟連線邏輯或所謂梯形圖(左) 編程語言和視覺類似hardwired邏輯 并因而減少了配置時間從

101、6個月至6天。 </p><p>　　雖然基于PC控制已經(jīng)開始進入的地方, 基于PLC的控制仍將技術中的大部分工業(yè)應用將堅持由于其較高 性能,而且價格低廉,和優(yōu)越的可靠性,在惡劣的環(huán)境中. 此外,根據(jù)一項研究PLC市場的霜凍, 增加的年銷售量為15萬plcs每年提供硬件價值超過 8億美元,已預言,盡管價格計算硬件正在穩(wěn)步下降. 發(fā)明者的臨立會,理查德e莫莉, 認為公平的PLC市場為50億元的產(chǎn)業(yè)在當前時間. &l

102、t;/p><p>　　雖然plcs被廣泛應用于工業(yè)實踐, 編程控制器的控制系統(tǒng)仍然非常依賴試錯. alike軟件工程,PLC的軟件設計,目前正面臨兩難的軟件危機或以類似的方式. 莫莉強調(diào)自己在這方面最有力的說明。</p><p>　　如果樓房像軟件項目,一個單一的啄木鳥可以摧毀文明. 尤其是, 實際問題可編程才能消除軟件錯誤,以減少維修費用的老梯子邏輯 節(jié)目. 雖然硬件成本plcs正在不斷下降

103、, 減少掃描時間梯形圖仍然是一個問題,在業(yè),使低成本plcs可 用. 在一般情況下,生產(chǎn)力的PLC發(fā)電是落后于其他領域,</p><p>　　例如VLSI設計 那里有效率的計算機輔助設計工具的作法. 現(xiàn)有的軟件工程方法,不一定適用于PLC的軟件設計,因為PLC的編程需要同時考慮 硬件和軟件. 軟件設計變得,因此,越來越多的主要成本動因. 在許多工業(yè)設計項目, 過多的人力,用于控制系統(tǒng)的設計與安裝,預計進行測試和調(diào)

104、試 PLC程序. </p><p>　　此外, 當前PLC的控制系統(tǒng)是不恰當?shù)脑O計,以支持日益增長的需求彈性和可重構制造 系統(tǒng). 另外一個問題,推動需要有一個系統(tǒng)的設計方法論,是不斷增加的軟件復雜的大型項目. </p><p><b>　　1.2目的和意義</b></p><p>　　論文的目的這一論斷,是建立一個有系統(tǒng)的軟件設計方法 可編程操

105、作自動化系統(tǒng). 設計方法涉及高層次的描述基于國家轉型模式處理自動化控制系統(tǒng)為離散事件系統(tǒng), 分步設計過程,并訂定設計規(guī)則提供指導和測量,以建立一個成功的設計. 有形的結果,這項研究是為了找到一個方法,以減少不確定性,在管理控制軟件 發(fā)展過程中,即減少編程和調(diào)試的時間,它們的變化,越來越靈活的自動化系統(tǒng) 并使軟件的重用,通過模塊. 其目的是為了克服目前的規(guī)劃策略,是基于經(jīng)驗的個人軟件開發(fā)商. </p><p>　

106、　一個有系統(tǒng)的方法來設計PLC的軟件可以克服的缺陷,在傳統(tǒng)的方式編程制造控制系統(tǒng), 可以產(chǎn)生廣泛影響的幾個工業(yè)應用. 自動化控制系統(tǒng)是模擬的正式語言或,equivalently,由國家機器. 正式交涉,提供一個高層次的描述系統(tǒng)的行為被控制. 國家機器可以分析評價,以查明他們是否達到預期目標. 其次, 狀態(tài)機的描述提供了一種結構性的代表轉達的合理要求和制約因素,如詳細的安全規(guī)則. 第三, 明確界定的控制系統(tǒng)的設計成果,有利于代碼自動生成一

107、個有能力生產(chǎn)控制軟件可執(zhí)行商業(yè) 鮮明的邏輯控制可以減少編程的籌備時間及人力成本. 特別是,論文是有關對以下幾方面. 客戶導向的制造業(yè),在現(xiàn)代制造系統(tǒng)的特點是產(chǎn)品和工藝創(chuàng)新, 成為客戶導向的,因而很快地回應變化的系統(tǒng)要求.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在論文完成之際，我要特別感謝我的指導老師**老師的熱情關懷和悉心指導。在我撰寫論文的過

108、程中，XX老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了***老師悉心細致的教誨和無私的幫助，特別是他廣博的學識、深厚的學術素養(yǎng)、嚴謹?shù)闹螌W精神和一絲不茍的工作作風使我終生受益，在此表示真誠地感謝和深深的謝意。 在論文的寫作過程中，也得到了許多同學的寶貴建議，同時還到許多在工作過程中許多同事的支持和幫助，在此一并致以誠摯的謝意。 感謝所有關心、支

109、持、幫助過我的良師益友。 最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位專家表示衷心地感謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《SIMATIC S7-300可編程控制器模板規(guī)范》,2003.9</p><p>　　[2]鄭萍，現(xiàn)代電氣控制技術 重慶大學出版社 2001</p&

110、gt;<p>　　[3] 張祥軍,金龍國,于會敏. WinCC與S7-300PLC在實驗型四輥可逆軋機控制系統(tǒng)中的應用[J]. 冶金自動化, 2002, (04).</p><p>　　[4] 黃永清. S7-300PLC在四重可逆冷軋機控制系統(tǒng)中的應用[J]. 鋁加工, 2003, (03).</p><p>　　[5] 邢穎. 四輥軋機液壓壓下計算機控制系統(tǒng)[J]. 山東