現代陶瓷生產自動控制系統的設計

1 引言

MicroMaster4系列變頻器是西門子公司的新一代產品，功能*，控制靈活，使用方便。其特點主要有如下幾個方面。

（1） 控制功能強
　　 ① 的BiCo技術，實現靈活的端子功能自定義，滿足用戶的特殊需要。
　　 ② 三個可編程的繼電器輸出口，可實現多泵切換，無需擴展DI/DO模塊，可節約成本。
　　 ③ 控制方式多樣，用戶可根據負載特性選擇合適的控制方式。
　　 ④ 操作方式有多泵切換、旁路、手動/自動切換、斷帶檢測和節能方式。在變頻器發生故障時，可以實現工頻自由切換，保證系統正常運行。
　　 ⑤ *的故障檢測和保護功能。
　　 ⑥ 過載能力強，140%負載電流可持續3秒鐘，5分鐘內110%負載電流可持續60秒。
　　 ⑦ 內置PID控制器，可構成壓力、流量、溫度等閉環控制，節約投資成本。
　　 ⑧ 三組參數存儲，方便完成設定值互相轉換，匹配不同負載，滿足生產要求。

　　 （2） 具有*的通信組網能力
　　 ① RS485接口
　　 ② Profibus和DeviceNet通信選件
　　 ③ 便于集中控制，布線簡潔，運行可靠。

　　 （3） 有豐富的可選件
　　 ① 選項豐富，有輸入和輸出電抗器、操作盤、或B級EMC濾波器、通信模塊、柜門安裝件等。
　　 ② 用戶選擇范圍廣。
　　 ③ 組建系統靈活。

　　 （4） 調試簡單
　　 ① 有專用的調試軟件DriveMonitor
　　 ② 具有快速的調試方式
　　 ③ 操作簡便的控制盤SDP、BOP2
　　 ④ 初次使用者很快能掌握調試的基本要領。
　　

3 系統設計

　　 在陶瓷生產過程中的許多環節都用到PLC和變頻器。其中陶瓷生產中變頻傳動的典型應用之一是用傳送帶將陶器輸送到碼放的場所。在輸送陶器的過程中需要等間距地排放物品，以便于堆垛。在本系統中采用了一臺MM440 1.1KW 380V 變頻器和一臺SIMATIC –212 PLC以及一個操作員面板。其中MM440變頻器的主要技術指標如表1所示。系統的結構圖如圖1所示。在系統工作過程中，由PLC控制變頻的起停。實際工作時，陶瓷產品的檢測由兩個光電傳感器來完成。兩個傳感器的輸出信號分別連接到PLC的兩個不同輸入端，當陶瓷產品通過個光電傳感器時，PLC通過控制變頻器使傳送帶開始啟動，在到達第二個傳感器時，傳送帶停止。變頻器的起停是來源于S7-212 PLC的數字信號并且與變頻器的Din1信號相連接。Din4和Din5用來選擇固定頻率設定，因此兩個輸入信號可以設定4個固定頻率。Din2用來選擇斜坡時間。這樣配置可以使得系統能夠適用于不同類型的產品，對于小而輕的陶瓷產品可以采用較高的運行頻率和較短的起停時間。用戶通過操作員面板來選擇產品類型，并送到PLC中，再通過上述4個數字量輸入信號來控制變頻器。另外，變頻器的兩個數字量輸出信號連接到PLC上作為反饋信號， 表1 MM440變頻器的主要技術指標
　　 變頻器的技術規格 MicroMaster 440
　　 輸入電壓 三相380~480V±10%
　　 輸入頻率 47~63Hz
　　 輸出電壓 0~380V
　　 輸出頻率范圍 0~650Hz
　　 輸出功率 1.1KW
　　 過載倍數 2倍3秒，1.5倍60秒
　　 工作溫度 -10℃~50℃
　　 保護等級 IP20
　　 控制方式 V/F，FCC，SVC，VC，TVC
　　 串行口 RS232，RS485
　　 電磁兼容性 EN55011
　　 EN55011 B級
　　
　　 用于指示變頻器達到頻率設定值或顯示變頻器的故障狀態。變頻器上的模擬量輸出直接連接到操作員面板上來顯示電機電流或者轉速。另外一個開關連接到變頻器的Din6上，并且設定為OFF3停車方式，以便用戶在不斷電的情況下實現快速停車。MicroMaster 440矢量型變頻器的起動力矩很高并且起動力矩可以控制，這一特點容許系統具有很短的斜坡時間而不會產生電機失步。由于變頻器的I/O處理時間非常短且可以頻繁地起動和制動，另外MM440變頻器具有新的DC制動功能，所以可以確保陶瓷產品在快速地運行和停止過程中保持準確的等間距排放。在系統工作過程中PLC的控制功能比較簡單，這里對其控制過程就不進行具體地討論。而真正決定產品質量的在于變頻器的性能和參數設定。MM440變頻器主要參數的設定如表2所示。

　　 表2 變頻器的參數設定表
　　 參數號 參數值 說明
　　 P0300 1 電動機類型選擇
　　 P0304 380 電動機額定電壓設定
　　 P0305 2.7 電動機額定電流設定
　　 P0307 1.1KW 電動機額定功率設定
　　 P0308 0.8 電動機額定功率因數設定
　　 P0309 0.9 電動機效率設定
　　 P0310 50 電動機額定頻率設定
　　 P 電動機額定轉速設定
　　 P0700 2 變頻器通過USS協議輸入控制起停
　　 P1000 3 變頻器通過USS協議輸入頻率設定值
　　 P1080 0 電動機運行的最小頻率
　　 P1082 75 電動機運行的頻率
　　 P1120 0.1 斜坡上升時間
　　 P1121 0.1 斜坡下降時間
　　 P1060 1 點動斜坡上升時間
　　 P1061 1 點動斜坡下降時間
　　 P1300 20 選擇變頻器的運行方式為無速度反饋的矢量控制
　　 P0701 1 Din1控制變頻器的運行
　　 P0704 17 Din4選擇固定頻率1—4
　　 P0705 17 Din3選擇固定頻率1—4
　　 P1001 25 固定頻率1，25Hz
　　 P1002 35 固定頻率2，35Hz
　　P1003 55 固定頻率3，55Hz
　　 P1004 75 固定頻率4，75Hz
　　 P1124 722.1 通過Din2選擇斜坡時間和點動時間
　　 P0702 99 設定Din2為BIBO功能
　　 P0706 3 Din6 OFF3快速停車
　　 P0731 53.6 變頻器輸出達到設定值
　　 P0601 1 選擇電機PTC溫度傳感器
　　 P3900 3 快速調試
　　 P0771 27 模擬量輸出顯示電機電流
　　 P1310 200 保證低頻時的高輸出力矩
　　

4　結束語

　　 在系統設計中，由于采用了速度控制性能優良的MM440變頻器進行控制，所以達到了很好的控制性能，實現了設計要求中所預期的功能。但是在系統工作過程中有些問題還需要注意。系統中采用的MM440變頻器的防護等級為IP20，為了保證變頻器長期可靠地運行，在系統工作過程中需要注意以下幾個方面。
　　 （1） 由于變頻器是以半導體元件構成的，要保持車間一定的溫度和濕度，在炎熱的夏季一定要注意變頻器柜體的溫度不要超限，要確保柜體的通風。
　　 （2） 由于生產車間的粉塵較多，如果變頻器的柜體設計密封程度不夠，粉塵進入變頻器內堆積，吸附在電力、電子元件上，將會導致絕緣降低，引起變頻器故障。因此在設計柜體時要注意防塵，并定期清理柜子的過濾器。
　　 （3） 當變頻器的供電質量不好時，如電網的短路容量大于500KW或者電網的短路阻抗小于1%時，為了保證直流回路平滑電容器的運行壽命，此時需考慮在變頻器的進線側加進線電抗器，以保護變頻器長久地正常運行。