西门子6ES7211-0AA23-0XB0大量库存

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电网电压波动范围很大（314v～430v），变频器和电机运行中存在下述问题：
　　1、电机过热，经常出现过电流故障；
　　2、电机在低频点动运行中出现爬行现象，有时电机带不动负载；
　　3、电机出现不能启动现象。
    这些现象都是由于变频器低频转矩不足与适用电网电压范围小所造成的，采用艾默生td2000-4t0055g通用型变频器替换原装变频器后，已稳定运行了5个多月，效果良好，现将有关情况说明如下。
一、工艺要求
    胶带生产工艺分为多个阶段，每个阶段对速度的要求不同，其工艺过程是先启动设备，变频器以电位器设定的频率开始运行，运行到胶带长度计数器设定的长度后，由胶带长度计数器1控制变频器以速度1开始运行；再运行一段长度，由胶带长度计数器1和长度计数器2共同控制变频器以速度2运行；运行到胶带长度设定值后停止，再以点动方式使相应设备复位，准备下一次操作。
二、设计方案
    艾默生td2000—4t0055g型变频器完全满足上述生产工艺要求，变频器电气改造原理如图1所示。

                        图1 变频器电气改造原理图
    控制部分使用变频器电位器频率给定控制端子（vrf、vci、gnd）、控制运行端子（fwd、com）和多功能选择控制端子（x1、x2、x3、x4、x5、com）实现速度1、速度2、点动、加减速1和加减速2等功能。控制原理为：首先按动变频器启动按钮n1，继电器j1线圈得电，j1常开触点j1-1、j1-2闭合，变频器开始以电位器给定值运行；运行到预定值后，长度计数器1使继电器j2线圈得电，j2常开点j2-1闭合，变频器以速度1运行；再运行一段时间后，长度计数器2使继电器j3线圈得电，j3常开点j3-1闭合，变频器以速度2运行；当运行到胶带设定长度后，以端子x5设定的减速时间停止，同时胶带长度计数器1和长度计数器2内部常开接点复位，使j2、j3线圈失电，j2、j3常开接点断开，然后按动点动按钮n2使电机以低频2hz频率机械复位，整个工序完毕。在变频器运行过程中，如果某道工序出现故障，可以按动急停按钮n3，使变频器停止运行。
三、调试步骤
    根据以上功能，艾默生td2000-4t0055g变频器的主要参数设置如下：
　　1：f166=2（首先将参数恢复为出厂设定值，方便调试）；
　　2：f000=2（将运行频率设定方式设为电位器给定）；
　　3：f002=1（将运行命令选择为端子控制）；
　　4：f008=6%（手动转矩tisheng设定6%）；
　　5：f013=0（小模拟输入量设定0v）；
　　6：f014=0.1（小模拟输入量对应频率设定0.1hz）；
　　7：f015=10（大模拟输入量设定10v）；
　　8：f016=50（大模拟输入量对应频率设定50hz）；
　　9：f052=6（加速时间2设定6秒）；
　　10：f053=2（减速时间2设定2秒）；
　　11：f054=10（加速时间3设定10秒）；
　　12：f055=2（减速时间3设定2秒）；
　　13：f058=20（多段频率1设定20hz）；
　　14：f059=10（多段频率2设定10hz）；
　　15：f119=1（x1设定为1，实现多段频率端子1的功能）；
　　16：f120=2（x2设定为2，实现多段频率端子2的功能）；
　　17：f121=9（x3设定为9，实现外部点动正转运行控制输入端子的功能）；
　　18：f122=4（x4设定为4，实现加减速时间端子1的功能）；
　　19：f123=5（x5设定为5，实现加减速时间端子2的功能）；
　　20：f147～f151设置为和电机铭牌参数相一致。
    由于电机负载为拖动粘性很高的胶带，在低速运行时需要很大的转矩。艾默生变频器具有手动转矩tisheng功能，为此将手动转矩tishengf008设定6%。经过跟踪运行，设备运转状况良好。
    由于胶带生产连续性很强，运行中一旦出现故障，会造成大量胶带浪费和切刀损坏。改造后，设备运行稳定，减少了原材料浪费，tigao了产品质量和产量，经济效益显著。
四、结论
    经过此次设备改造，对艾默生td2000系列变频器性能和功能的认识又tigao了一步，特别对于电网电压波动大的地区及运行环境差的情况下，艾默生td2000系列变频器与其它品牌相比具有无可比拟的优点。 引言
    随着国民经济的发展和人民生活水平的tigao，人们越来越注重居住环境的改善和美化，在城市建设与规划中，人们对休闲场所的建设提出更高的要求，各种休闲广场、公园的建设也越来越美化，其中音乐喷泉系统以声、光、水、色结合的独果成为城市景观建设的重要组成部分，国内大、中城市已争相建设音乐喷泉，并向小城市发展。目前很多广场或公园等也采用音乐喷泉美观设计，各类花样的喷泉、彩色的灯光和优美的音乐形成一幅怡人的夜景而吸引着人们，使得音乐喷泉系统日渐被推广应用。本文主要介绍音乐喷泉系统的构成及变频调速技术在音乐喷泉控制系统中的应用，并以 海大音乐喷泉专用变频器为例，阐述了音乐喷泉对变频器应用一些特殊要求。

2  音乐喷泉系统的组成
    一般音乐喷泉系统主要由音频控制系统、喷泉控制系统和灯光控制系统构成。音频控制系统主要由音乐播放器、前置放大器、功率放大器、监听音箱及音柱组成，大多系统采用多媒体pc通过上位机程序播放音乐。
    喷泉系统主要由喷泉控制器、变频器、水泵、多功能阀、万向喷头及供水管网组成，其中喷泉水泵目前已采用变频调速技术，实现水泵无级调速，能根据音频信号的强弱随时调节水泵速度，多功能阀及万向喷头由喷泉专用控制器控制，可根据设定程序实现各种图案和形状。系统如下图所示。

    音乐喷泉控制系统集音频控制技术、程序控制技术和智能控制技术于一体的控制系统，属于一种工业现场控制系统，其上位机大多采用多媒体工业pc机组成，可实现全程实时音控，能根据乐曲旋律、节奏和音频的强弱程度控制喷泉系统，其电气控制系统主要有以下三种形式:
（1） 集中式控制
    集中式控制系统采用放射型结构，能满足控制室离水池较近，规模较小，花型变化较少的音乐喷泉。
（2） 现场总线式控制
    现场总线是一种串行数据通信链路，实现喷泉现场基本控制设备与上级控制设备之间的联系，例如rs-485总线和can总线，现场总线式优点有:一条传输线可控制多台设备，控制系统简单，安装和维护容易;采用数字通信技术，抗干扰性强，精度高;控制功能分散到喷泉现场，tigao了电控系统的可靠性和灵活性。
（3） 网络现场总线式控制
    网络现场总线结构与现场总线相似，性能更优越于后者，网络现场总线属于分布式控制系统，电控系统运行速度更快，达到音乐喷泉实时控制的要求，稳定性也更好;网络连接结构种类很多，能同时支持总线型和放射型，可采用混合结构;网络现场总线与现场总线主要差别是前者采用专用网络操作系统，实现网络上各个设备之间的相互操作。
    此外音乐喷泉系统包括灯光控制系统，在此不再详细叙述，由上可见音乐喷泉控制系统是集声、光、电于一体的复杂的现场控制系统。

3  变频技术在音乐喷泉系统的应用
    随着变频调速技术的不断推广，风机水泵专用变频器已被广泛用于水泵及风机负载，音乐喷泉系统中需要采用大量的水泵来控制喷泉循环水，根据水泵工作特性知道泵的liuliang与泵转速成比例关系，通过调节水泵转速可直接控制水泵的liuliang，在音乐喷泉系统需要实现喷泉水量实时调节，因而变频调速技术更适合在音乐喷泉系统使用，此外根据水泵特性知道，采用变频调速技术具有一定的节能效果，这也是变频器在音乐喷泉控制系统得推广应用的原因。
    以某广场音乐喷泉系统为例，其电气控制系统主要由上位机、音频放大系统、喷泉跑泉电脑控制器、变频器及各种电磁阀构成，如图所示。

    随着音乐喷泉应用不断推广，各种喷泉专用控制器也不断完善，喷泉控制器或跑泉控制器具有多功能开关量输出、标准模拟量输出及内置通讯接口电路，可通过rs-485或总线方式与上位机进行通讯，其输出的标准电流或电压信号可作为变频器调速给定信号，结合音乐喷泉专用变频器的特有功能可实现复杂的控制。

4  海大音乐喷泉专用变频器的应用
（1） 海大音乐喷泉专用变频器功能介绍
    海大音乐喷泉专用变频器是根据音乐喷泉控制系统要求而设计的，它主要是在风机水泵专用变频器hd510系列产品基础上增加以下功能:可通过外部端子实现变频器不同运行方式间的切换，如可编程自动运行方式与外部模拟输入方式间的切换;外部多段速运行方式与可编程自动运行方式间的切换;外部多段速运行方式与外部模拟输入方式间的切换等，这种丰富的频率设定方式可方便地与喷泉控制器或plc控制器连接，以实现各种不同控制方式。
（2） 海大音乐喷泉专用变频器的应用
    以某广场音乐喷泉系统为例，该音乐喷泉选用海大hd510音乐喷泉专用变频器，其变频器控制图如下图所示。

    喷泉控制器选用mf-32s喷泉专用控制器，其具有32路继电信号输出、1路4～20ma电流输出，并有rs-485通信电路，根据音乐信号输出0～20ma信号控制变频器，同时根据喷泉控制程序控制变频器是否处于自动运行（即plc运行），当x6闭合时变频器按plc运行，断开时按外部多段速运行，由于变频器外部端子运行具有优先级，当x1至x3闭合时按多段速设定速度运行，当x7端子闭合，变频器运行频率由外部电压信号0～10v给定，喷泉控制器根据程序设定分别输出相应信号控制变频器。
（3） 调试注意事项
    音乐喷泉系统是个集音乐、灯光、喷泉于一体的系统，其电气控制系统相对比较复杂，在调试时容易出现以下问题:
（1 音频信号干扰问题
    从变频器工作原理知道，当变频器运行时其输入输出侧会产生高次谐波，此谐波信号通过传导、辐射、耦合等方式对其它设备产生干扰。

    音乐喷泉系统中谐波干扰信号会经过音频放大系统放大后，形成刺耳的噪音并影响音乐的播放。调试时若遇到这种情况可采取以下措施:降低变频器载波频率;变频器可靠接地，接地线采用线径较粗的线，并且接地点与变频器距离要尽量短;变频器输入、输出动力线尽量远离音频信号线和控制线，不要将动力线与控制线走在同一线槽中;音频信号放大系统的电源尽可能与变频器供电电源隔离等。
（2 变频器跳保护问题
    喷泉水泵需随音频信号的强弱随时调节转速，这就要求变频器响应速度快，在系统调试时应注意变频器选型及参数调节，一般情况一台音乐喷泉变频器要求控制多台水泵，在选用时首先应保证变频器的功能大于水泵功能总和，并至少预留10%的余量，在变频器参数设定方面，变频器的加减速时间尽量短，但加减时间过短容易出现过电流保护，在调试时应特别注意，目前大多变频器具有故障自恢复功能，在调试可将此功能打开，以避免误信号引起变频器报警停机。

5  结束语
    随着喷泉系统的不断推广，喷泉控制技术也在不断完善和tigao，已从早期简单喷泉控制发展到现在集音控技术、程控技术及上位机控制技术于一体的网络现场控制，其中变频调速技术在喷泉系统应用也逐步成熟，并成为其水泵调速的主要方式，实践也证明喷泉系统采用变频器控制后一方面tigao系统控制灵活性，另一方面水泵采用变频调速起到节能效果，因而音乐喷泉变频调速技术值得进一步推广和应用。

算法对于调速系统设计是一个相当重在的环节，因为只有确定了算法之后才能对步进电机的速度进行准确的控制，并时也能达到jingque的调速目的。同时算法也是编写软件的前提与基础。控制算法有多种，常用的两种算法是pid和模糊控制算法。

pid 控制与模糊控制是两种常用的控制方法,但它们还存在一些不足,如一般pid控制容易产生超调、模糊控制的稳态精度不高,在这两种控制方法基础上进行改进,可产生多种更好的控制方法。本文采用的复合pid控制算法和带动态补偿的模糊控制算法克服了以上缺陷,取得了较好的实验效果。

1、pid 控制算法

pid 调节的实质就是根据输入的偏差值,按比例、积分、微分的函数关系,进行运算,将其运算结果用以输出控制,将基本pid算式离散化可得到位置型pid 控制算法,对位置型pid 进行变换可得到增量型pid控制算法。对控制精度要求较高的系统一般采用位置型算法,而在以步进电机或多圈电位器做执行器件的系统中,则采用增量型算法。

pid是一种工业控制过程中应用较为广泛的一种控制算法，它具有原理简单，易于实现，稳定性好，适用范围广，控制参数易于整定等优点。pid控制不需了解被控对象的数学模型,只要根据经验调整控制器参数,便可获得满意的结果。其不足之处是对被控参数的变化比较敏感。但是通过软件编程方法实现pid控制,可以灵活地调整参数。,尽管近年来出现了很多先进的控制算法，但pid控制仍然以其独有的特点在工业控制过程中具有相当大的比重，且控制效果相当令人满意。

连续pid控制器也称比例－积分－微分控制器，即过程控制是按误差的比例（p-proportional）、积分（i-integral）和微分（d-derivative）对系统进行控制，其系统原理框图如图1所示：

图1 pid的原理框图

它的控制规律的数学模型如下：

\* mergebbbbat\* mergebbbbat (1)

或写成传递函数形式：

\* mergebbbbat (2)

式中，e(t)：调节器输入函数，即给定量与输出量的偏u(t)：调节器输出函数。

kp：比例系数；

t：积分时间常数；

t：微分时间常数。

将式（2-1）展开，调节器输出函数可分成比例部分、积分部分和微分部分，它们分别是:

⑴比例部分比例部分的数学表达式是\* mergebbbbat,p在比例部分中，kp是比例系数，kp越大，可以使系统的过渡过程越快，迅速消除静误差；但kp过大，易使系统超调，产生振荡，导致不稳定。因此，此比例系数应选择合适，才能达到使系统的过渡过程时间短而稳定的效果。

图为比例调节器

（3）

比例调节器

其中： u控制器的输出

\* mergebbbbat 比例系数

e调节器输入偏差

\* mergebbbbat 控制量的基准

比例作用：迅速反应误差，但不能消除稳态误差，过大容易引起不稳定

⑵积分部分 积分部分的数学表达式是\* mergebbbbat 从它的数学表达式可以看出，要是系统误差存在，控制作用就会不断增

加或减少，只有e(t)=0时，它的积分才是一个不变的常数，控制作用也就不会改变，积分部分的作用是消除系统误差。

积分时间常数\* mergebbbbat 的选择对积分部分的作用影响很大。\* mergebbbbat较大，积分作用较弱，这时，系统消除误差所需的时间会加长，调节过程慢；\* mergebbbbat较小，积分作用增强，这时可能使系统过渡过程产生振荡，但可以较快地消除误差。

⑶微分部分

微分部分的数学表达式是\* mergebbbbat .

微分部分的作用主要是抵消误差的变化，作用强弱由微分时间常数t确定。\* mergebbbbat 越大，则抑制误差e(t)变化的作用越强，但易于使系统产生振荡；\* mergebbbbat 越小，抵消误差的作用越弱。因而，微分时间常数要选择合适，使系统尽快稳定。

比例积分微分调节器如图2所示:

图2

但pid算法有两种分别为: 位置式、增量式.

位置式pid控制算法

（4）

（5） 由(5)与(6)式可以推出下式

（6）

位置式控制算法提供执行机构的位置uk，需要累计ek.

增量式pid控制算法

（8）

(9)

由(1)与(2)式可推出下式:

（10）

增量式控制算法提供执行机构的增量\* mergebbbbat只需要保持.现时以前3个时刻的偏差值即可.增量式算法不需做累加，计算误差和计算精度问题对控制量的计算影响较小；位置式算法要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累计误差。

控制从手动切换到自动时，位置式算法必须先将计算机的输出值置为原始值\* mergebbbbat时，才能保证无冲击切换；增量式算法与原始值无关，易于实现手动到自动的无冲击切换。

在实际应用中，应根据被控对象的实际情况加以选择。一般认为，在以闸管或作为执行器件，或对控制精度要求较高的系统中，应当采用位置式算法；而在以步进电机或多圈电位器作执行器件的系统中，则应采用增量式算法。

因本次设计对步进电机的调速范围与控制jingque的要求,应采用增量式pid控制：系统的流程框图如2所示:

图2 步进电机调速系统的控制流程图