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直流拖动21 直流拖动进度安排上午：:-11:30下午： 2:-5:30第一天：介绍及计算练习恢复工厂设定及参数优化第二天：模拟量的输入输出数字量的输入输出第三天：电流环速度环第四天：励磁回路自由功能块第五天：peer to peer 通讯注意：一定要放慢说话速 度！第一讲自我介绍学员自我介绍第一章 安全守则。第二章页不同容量的整流器的外观。页左边一列是定货号，右边一列是标称值。E.g.：485/30MreGeE6s22 中 的485是额定直流电压，30是额定直流电流。页 现在我们用的都是6RA70系列的整流器。70-SIMOREG DC MASTER，变频器叫MASTER DRIVER，即使整流器和变频器统一了起来，都可以使用Profibus DP。70后面填13，即我们实验用的是6RA7013的整流器。13表示的是整流器的额定直流电流的范围是14.5A16.5A，也就是额定直流电流为15A。最大的号码是95，即额定直流电流为2000A。为了得到更大的直流电流，可以把整流器并联起来，最大并联电流为1万A。6RA70136DV62Z 没有选键则填0 表示用的晶闸管的类型：4-盘型晶闸管，本身带有熔断器。 6-晶闸管模块，本身不带有熔断器，使用时必须外加熔断器。 其它讲解见笔记页自由功能块 提供了少量PLC功能，如+，-，与门，或门等。大约需要500MD。当你需要的PLC功能不是很多时，买了自由功能块就可以代替PLC，并且免除了整流器与PLC通讯的麻烦。 CUD2 以前6RA24系列中的电子板是一整块。在6RA70系列中分成了两块，即CUD1和CUD2。 买到的整流器只带有CUD1。CUD2的代码是K01。CUD2的基本功能是扩展了模拟量和数字量的输入/输出端口，并用于整流器的并联连接。 SIMOVIS PC-PMU连接电缆 整流器可通过RS232口实现点到点的连接，即1个PC连一个整流器 整流器可通过RS485口实现多台的连接，最多可连接31台。 OP1S 操作面板，可以实现多行显示，并可存储一些参数。例如，当你要同时给几台整流器配置参数时，有大多参数是相同的，用OP1S可以方便的拔插，将参数upload和download，可以大大的减少工作量。 LBA(Local Bus Adapter) 总线试配器，它是用于加选键板的。 ADB(Adapter Bus) 匹配板。加入的每块扳子都要求占一个槽口，当加的是小扳子时，必须先有ADB。 SBP 脉冲编码器处理板。处理脉冲编码器的信息。它是个小扳子，也是整流器现在唯一可以用的一个小板子，如果要安装SBP，必须得先有ADB和LBA。 EB1，EB2 端子扩展板。当需要较多的开关量和模拟量的端口时，EB1和EB2可提供所需的开关量和模拟量端口。 SLB SIMOLINK板。用于整流器的相互连接。以前整理器只能实现点到点的连接，如图所示： 用了SIMOLINK，我们就可以通过光缆实现环型连接，连入更多的整流器，如图所示：环型连接的缺点是环上的每个接点都必须正常工作，有一个发生问题整个环都不能正常工作。整流器现在还不能用SIMOLINK，变频器已经实现了。其它的讲解见书上的笔记工艺板T100、T300、T400：实现一些整流器无法实现的功能，如恒转矩控制、缠绕、定位、开包、打包等。第三章第三章讲的是整流器的技术参数，自己可根据实际情况选择的看。这里仅针对实验用的6RA7013讲。38 详细的讲解见书上的笔记 Operational ambient temperature:温度越高，最大允许电流将下降，即最大允许电流达不到额定电流了。长期工作允许的最大电流就是额定电流。 第五章第五章是讲安装的。我们就不仔细讲了。516 CUD2的安装。整流器买来时只带有CUD1，需要用CUD2时必须单独订购。CUD2 是从CUD1的侧面安装进去。具体怎么安装的请自己看图下面的说明。517 整流器三个槽的后面布有总线，可以实现三个槽之间的通讯。这页是讲LBA的安装方法。CUD1是安装在最左边的槽口。剩下的槽口2和槽口3是安装选键板的。518 整流器三个槽的顺序是1 3 2。这是从散热的角度考虑的。和变频器一样，现在的整流器也向小板子发展。我们知道如果用的是大板子，则可以直接把它插在LBA上；如果用的是小板子，则必须先得安装ADB。第六章67 这是6RA71系列的柜式整流器的内部分布图。看右边的说明：Main switch 主开关、Fuse-link 线熔断器、Converter filter 整流器滤波器、Main contactor 主接触器、Shield connection 屏蔽连接器、SIMOREG DC MASTER整流器。和变频器类似，整流器不管其容量的大小，整流器的控制部分都是相同的，不同就不同在它的功率部分。613 接线图。从图中可以清楚的看到从哪些接线端子与外部连接。5N1、5U1、5W1是给电子板供电的，电子板电压可以是230V或400V；3U1、3W1是给励磁回路供电的；1U1、1V1、1W1是给电枢回路供电的。3C、3D接电机的励磁；1C1、1D1接电机。617 框图。（笔记见书） 首先说明在这里只大概的介绍各端口是做什么用的，具体用法以后会讲到。分成三块来讲：1.控制部分 2.功率部分 3.PMU面板。1 先看它的控制部分（最左边的）。从图中可以看出控制部分分成两部分CUD1和CUD2，如果你没有买CUD2则整流器只带有CUD1。CUD1和CUD2基本上是一致的，CUD1上的端子标号都是以X17*表示的；CUD2上的端子标号都是以X16*表示的。先看输入部分：1端接参考电平、2端接入正10V电压或10mA、3端接入负10V电压或10mA。4、5端和6、7端是两对模拟量输入端口，接着看CUD2上有8、9端和10、11端，这是在CUD2上的两个模拟量输入端口。22、23端以及在CUD2上的204、205端也可以看作是模拟量的输入端口，当电机有温度传感器KTY84/PTC时，将温度传感器的值反馈回来，作温度补偿。36端、37端、38端、39端以及CUD2上的40端、41端、42端、43端、分别是8个开关量的输入端口。其中37端、38端的功能已经确定了，37端用于启/停操作，38端用于使能。除了37端和38端你不能修改之外，其它的开关量输入端口可以用参数来任意规定。左下角有，在图的右下角也有。说明信号是从脉冲编码器来的。即从26端到33端都是接速度反馈信号的。说明整个系统构成一个速度闭环系统。现在我们来看输出部分：14、15端和16、17端以及CUD2上的18、19端和20、21端分别是4个模拟量的输出端口。12、13端也可以看作是一个模拟量的输出端口，只是它的输出信号已经确定了是电枢电流的实际值，也就是反馈值的输出端。46、47端和48、54端以及CUD2上的50、51端和52、53端分别是4个开关量的输出端口。一般而言，开关量的输出端口用来输出一些重要的状态量，比如说运行状态、故障显示等。整流器上有三个串行通讯口，分别在CUD1、CUD2和PMU上。CUD1和CUD2上的串行通讯口是端子排形式的，可以用于装置到装置（Peer-Peer）的通讯。图中的CUD1上的端子56至端子60以及CUD2上的端子61至端子65分别是这两个端子排式的串行通讯口。这两个串行通讯口是RS485口，两个接收，两个发送。再看PMU上的X300是总线形式的串行通讯口。X300是九针插口形式的，不能实现装置到装置（Peer-Peer）的通讯。CUD2和CUD1的区别就在于CUD2上有两个并行通讯口。也就是说要实现整流器的并行通讯必须有CUD2板。最多可以并入31台整流器。2 图中右边的部分是功率部分。先看电网电压的输入部分。电压输入图中给出了三组：两组是三相交流，一组是两相交流。5N1、5U1、5W1是给电子板供电的，电子板电压可以是230V或400V；3U1、3W1是给励磁回路供电的；1U1、1V1、1W1是给电枢回路供电的。3C、3D接电机的励磁；1C1、1D1接电机。4U1、4V1、4W1是给风冷式电机的风扇供电的。端子XS-103和端子XS-104模拟量输入的主反馈值。我们将在第八章中讲解，现在我们知道它可以通过参数设定即可。还没写完缺少电子停车3 PMU是整流器自带的操作面板。在PMU上有一个九针插口形式的串行通讯口X300，可以通过这个插口实现整流器与PC机或OP1S面板的通讯。西门子整流器的软硬件都已经固化了，你无法改变它。但留了很多参数让我们可以修改，通过修改参数的不同配置，来改变控制方式。并且有些参数带有变址更增加了使用的灵活性。例如：P100这个参数，它是根据电机的铭牌确定与整流器配套的电机的额定电枢电流，它的值不同表示配套的电机不同。P100的变址为P100.000、P100.001、P100.002、P100.003取不同的值，你使用不同变址的P100参数表示电机不同，而你使用不同电机也不必再进行参数优化了，这就增强了使用的灵活性。开机时，PMU面板上显示的是状态值：0.70（具体什么状态值表示什么意思在参数列表中可以找到）。按P键，显示参数号 按 或 键选定所要设定的参数 （按P键，显示变址） （按P键）显示参数值 按 或 键设置参数值 按P键确定。如果使用PC机或OP1S来设置参数，则更简单，在使用中我们再说。4 在PMU和CUD1之间有一个EEPROM。EEPROM是通过接口X109和接口X108分别实现与CUD1和PMU的通讯的。EEPROM既不在CUD1上，也不在PMU上，因此无论它们中的哪一个坏了，在EEPROM中存储的数据都不会丢失。618 整流器的并联。整流器并联时，需注意：1 并联的整流器容量必须一致。2 并联时，输入电压的相序必须一致。3 并联输出电压正、负不能接错，即相序也必须一致。4 如果需要并联则必须买CUD2板，因为只有CUD2板上才有并联端口。5 多台整流器并联时，结构必须对称，即从整流器平均放在主整流器的两边。关于整流器并联的其它的注意事项在图的下面都有讲解，自己下去看。619这页是并联时的参数表。640 这是讲励磁回路的供电图。用的是单相交流电。图中的R1、R2是分流电阻，决定励磁电流的大小。643 熔断器。熔断器是用来保护晶闸管的。晶闸管的过载能力主要受结温的限制，在我国，规定风冷器件额定结温为115，水冷器件为100。由于晶闸管的热容量较小，以及从管心到散热器的热传导途径中要遭受到一系列热阻，所以一旦过电流，结温上升很快，特别是在瞬时短路电流通过时，内部热量不及传导，结温上升很快，因此，必须用快速动作的保护电器来保护，快速熔断器就是使用最普遍的一种。例如，一个三相桥就在三个桥臂上加熔断器。共有6个熔断器。这6个熔断器的大小一样。当出现过电流时，熔断器先烧坏，保护晶闸管。如图1所示。-6：表示用的是晶闸管模块。晶闸管模块本身不带有熔断器，并且因为晶闸管已作成模块，所以也不能在桥臂上加熔断器，故在主电路上加熔断器。如图2所示。MMM没加熔断器：在桥臂上加熔断器： 图1 1 2 3正相 4反相 图2图2中只画了正相的电路。正相电路中加了4个熔断器。这四个熔断器的大小并不一样。熔断器1、2、3叫line fuse，大小为0.82IA。熔断器4叫DC line fuse，大小为IA。-4：表示用的是盘型晶闸管。盘型晶闸管本身带有熔断器。646 CUD1上的端子排。647 CUD2上的端子排。648 端子排的功能描诉。我们课程的讲解不按照端子排功能讲，按参数优化这条线讲。课间休息第七章73 控制面板PMU。X300是九针串行接口，可接OP1S或PC机。77 显示的参数。我们不讲技术单元，只用到基本单元。R参数和P参数是一样的，只是r参数不能修改，即r参数是P参数的只读参数。P参数都是1000以内的，凡是大于1000的都有U参数表示。练习：实验用的整流器的输出电压为420V，选用的直流电机的额定输入电压也为420V，即整流器与直流电机是相匹配的。但是在生产实际中，整流器和电机的容量不可能完全匹配。当整流器的容量大于或小于直流电机的容量时，我们该怎么办呢？当整流器的容量小于电机的容量时：采用多个整流器并联，扩容。当整流器的容量大于电机的容量时：整流器作参数调整，使它与直流电机相匹配。下面我们作一个练习，翻到练习的第三页。制两张幻灯片，给出电机、编码器及测速电机的铭牌。（讲课时指明只是练习，并非实验用的铭牌） 第一张：电机参数： NEBERSCHLMOT IGA5106OBE4065E6E V 1/min A KW 165460 10203060 7.69.6 1.03.8 Tremd V A 310 0.415215 0.295编码器参数： ENCODER INCRMENTAL ENCODERTYPE OG9 DN512 Un 1126V Imax 60Ma INCREMENTS 512 Nmax 12000 1/min测速电机参数：TACHOMETERTYPE GTB 9.06/420K NRL76178820V 3mA 1000 1/min max：8000 1/min第二张：如练习的第三页。直流电机的等效电路为： Ra IaM Ua= E+ Ia Ra Ua E E=Cen调压调速：E = Ua - Ia Ra = 460 9.6 *2.4 = 437E = Ua - Ia Ra = 420 9.6 *2.4 = 397 n = (397/437)*3060 = 2780弱磁调速：当Ua = 420 后，端子电压就不能再升高了，要使转速继续升高，必须弱磁。因为根据公式E=Cen为了保证E不变，而n增大，Ce是常数，则必须减小，即进行弱磁调速。进行弱磁调速的n=2780*(3500/3060)= 3200 64 20 0 1000 3200根据测速电机的铭牌得：曲线过原点，并且由铭牌得，当电压为20V时转速为1000 1/min。则由曲线可得当最大转速为3200 1/min时，对应的电压为64V。后面讲到参数优化时，会用到参数P741，参数配置时，P741=64（最大转速对应的电压）才行。实验用的是编码器，没有用测速电机。而且，实验用的整流器是6RA70136DV620，不是6RA70186DV62Z；电机的参数自己看铭牌。举这个例子的作用是为了说明在整流器和电机不匹配时该如何配置参数。并且我们实验用的是编码器，而在实际中用测速电机的场合很多，所以必须了解反馈用测速电机时，该如何配置参数。 第二讲（把书翻到页） 恢复工厂设定051=21恢复工厂设定后，整流器无法正常工作。此时，当你启动整流器，会显示F058的故障信息。按P键消除故障信息，接着作参数优化。 参数优化（1） Adjustment of converter rated currentsP076.01=50P076.02=20（2） Adjustment to actual converter supply voltageP078.01=400P078.02=400（3） Access authorizationP051=40P052=3（4） Input of motor dataP100=5.6P101=420P102=0.32P114=10（5） Actual speed sensing dataP083=2P140=2P141=1024P142=1P143=3590P144=2（6） Field dataP082=2P081=1（7） Selection of basic technological functionsP171=150P172=-150P180=200P181=-200P303=1P304=1P305=0.1P306=0.1（8） Execution of optimization runsP051=25WAITP051=26WAITP051=27WAITP051=28WAITP051=40P223=1P272=1 在出现故障F043状态时设置 操作练习（） 起停（） 电位器调速（） 正反转第三讲 (把书翻到8-3页)页看图1。这是一个概图。从图中可以看出，整个系统分成两大部分：电枢回路及励磁回路。在图中，实际值就是反馈值。参数作好优化后，输入可由模拟量输入端给定，即图中的Main setpoint。页看图。Analog inputs（）是在上。其中、端是一样的，只是名称不同而已。都可以作为给定输入端。103104端是反馈端。（具体讲解见书上笔记）页看图。Analog inputs（）是在上。从图中可以看出这两个模拟量输入端只能输入电压信号。共有四对模拟量输入端。用参数433选择哪一个作为主给定。模拟量输入端外加一个模拟信号，经过内部转换存在一个K参数中，以备随时取用。作练习1页看图。Analog outputs（）是在上。在上共有三对模拟输出端。端是电枢电流实际值的输出端。当你用万用表测量时，测得的是电压值，即端输出的是电压信号。该电压信号反映的是电枢电流。也可以用示波器观察电枢电流的变化。、端是两个模拟量输出端。都给出了相应输出电压的计算公式。页看图。Analog outputs（）是在上。和Analog outputs（）类似。只是参数不同。转换的计算公式为：Z=P753*（X/100%）+P754下面我们讲一下固定值。看图（只讲图中的固定值部分，即前两列。其他部分以后讲）。给定值可以从上面讲到的模拟量输入端得到，也可以用固定值给定。 10V 100% 4000H - 16384D A/D一般整流器外部10V电压信号对应100%。外部10V信号传到整流器，经过内部的A/D转换成十六进制数，即4000H。4000H对应十进制数为16384D。故你进行参数配置时，可以输入100%，也可以输入16384D。一般对整流器而言第一列：11个百分数形式的固定给定。第二列：5个数值形式的固定给定。作练习练习：练习第页下面的练习你只是看一下增益和偏移对模拟输出的影响以及选择不同的参数输出。以后的学习中我们还会用到模拟量的输出。通过修改增益和偏移量改变对应关系：练习原来：要求：练习原来：要求：练习1的计算公式为：X*0.1*scaling+offset=Y X是电压信号 Y是内部用百分数表示的信号 原来： 0 *0.1*scaling+offset=0 10*0.1*scaling+offset=100 scaling=100 offset=0 要求： 0*0.1*scaling+offset=10 10*0.1*scaling+offset=-10 scaling=-20 offset=10练习2的计算公式为：X*(scaling/100%)+offset=Y X是内部用百分数表示的信号 Y是电压信号原来： 0*(scaling/100%)+offset=0 100*(scaling/100%)+offset=10 scaling=10 offset=-0要求： 0*(scaling/100%)+offset=-2 100*(scaling/100%)+offset=8 scaling=10 offset= -2在整流器的内部，信号都是以百分数的形式存储与传送的；而外部信号一般为电压或电流信号。第四讲特殊功能在图11和图13中的左上角有两个来自控制字的量。这两个量是因为历史的原因被保留下来的。历史上选择固定给定和点动云运行是通过控制字的。在图11、图13和图14中的中间部分有参数P432、P437和P442。通过这些参数选择它们的输出是否经过斜坡函数发生器。页看图1。电动电位器。用到了控制字页图。注意：参数P466和P472。当P472是上升沿时，P466的值被送入，使y=P466。并且当（具体讲解见书上笔记）页看图。Binary inputs（）是在上。共有个开关量输入端。页看图。Binary inputs（）是在上。共有个开关量输入端。注意：内部数字量的对外对外页看图1。整个给定值设定过程。（讲铅笔圈住的地方）。页看图1。固定给定值。注意：（）可以叠加 （）可以在启动状态下实现切换页看图1。强制和振荡。用振荡曲线作为输入。注意：、设定时不能太大也不能太小。一般而言：、，、和、强制运行是通过设置参数P051=24来实现的。在老机器24系列上可以实现，但是在新机器上70系列上无法实现。页看图1。点动运行注意：（）与其他不同，它的选择端多了一个与门，说明只有在停机的情况下，点动才起作用。 （）点动不能叠加（）最多可以设个点动开关页看图1。爬行。注意：在图的左上角有参数和，这两个参数是设定启动停车为边缘触发。当整流器处于启动或停机状态时，这两个参数不起作用。爬行可以叠加。可以在整流器运行状态下作用。练习 实现电动电位器：设置两个按钮 P673=B0010 P674=B0016选择给定输入为电动电位器 P433=K0240 实验完成后恢复参数的原始值。实现固定给定：设置两个按钮 P430.03 = B0010 P430.04 = B0016设置两个固定给定 P401=50 P412 =2000 P431.03 = K0401 P431.04 = K0412实验完成后恢复参数的原始值。实现振荡：设置一个按钮 P485 = B0016设置强制曲线 P480 = 10 P482 = 20 P481 = 10 P483 = 20实验完成后恢复参数的原始值。实现点动：设置两个按钮 P435.03 = B0010 P435.04 = B0016设置两个固定给定 P401=50 P412 =2000 P436.03 = K0401 P436.04 = K0412实验完成后恢复参数的原始值。实现爬行：设置两个按钮 P440.03 = B0010 P440.04 = B0016设置两个固定给定 P401=50 P412 =2000 P441.03 = K0401 P441.04 = K0412实验完成后恢复参数的原始值。第五讲电流环讲一下原理：Id n Id n Idm Idm n Idcr n Idl Idl 0 t 0 t 理想快速起动过程 单闭环调速系统起动过程整流器用的是双闭环的原理。如果只采用速度负反馈和调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。对于象龙门刨床、可逆轧钢机那样的经常正反转运行的调速系统，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产力的重要因素。为此，在电机最大电流（转矩）受限的条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳态转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而进入稳态运行。波形如图：为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段Idm，因此在速度环内又加了电流环。页，看图，这就是电流环。（具体内容讲解见笔记）注意：在图的左边有参数607、500，它们的工厂设定分别为148和170。把书翻回到页，看图，这是速度调节器，他最后的输出0148进入了电流环，即速度调节器的输出作为了速度环的输入。再把书翻到页，看图，是斜坡函数发生器的输出，它也作为了电流环的一个输入。实现607和500的切换是通过参数084。今天我们做的是电流环的实验，所以选择P500作为输入。顺带讲一下图19。8-23页，看图21，这是讲电流限幅。电流限幅值是随速度的改变而变化的。图中的i_1,i_2,n_1,n_2及n_3是标在电机的铭牌上的。并不是所有的电机的限幅值都需要随速度的改变而变化，如果有需要电机的铭牌上就会标出来，见书965页。8-24页，看图22，这是电流闭环控制。练习：见练习的P16。实现电流环的突加给定。（前面讲的电流环的优化就是找到最佳的曲线）电流调节器在图22上。第六讲 速度环811 看图9。（讲右边三行）817 看图15。这是讲速度给定值的。（详细讲一下整个过程）818 看图16。这是讲斜坡函数发生器的。820 看图18。这是讲速度环的。（具体讲解见笔记）练习：见练习的P20注意：第五讲和第六讲都用到了示波器，所以要适当地改变一下讲法。第七讲 励磁回路。 原理励磁回路的作用是找到励磁点，即从哪一点开始进行弱磁调速。直流电机的等效电路为： Ra IaM Ua E Ua=E+RaIa E=Cen从这两个公式出发，我们可以知道改变讲一些调压调速的原理以及弱磁调速的原理。 讲图825 看图23。励磁回路。826 看图24。闭环励磁回路控制。第八讲 参数拷贝在前面的讲解中，我们看到很多参数都带有后标F ， 。B：表示该参数是Bico组的参数。该组的参数都有两层001和002。它们同时使用其中的一层001或002。当其中的某个参数由001切换到002时，其他参数也同时切换到002。(有两层的好处是可以用一台整流器实现多种控制，例如：你可以设.001为本地操作，设.002为异地控制。)：表示该参数是Function组的参数。该组的参数都有两层001、002、003和004。它们同时使用其中的一层001或其它层。例如需要其中的某个参数由001切换到002时，其他参数也同时切换到002。但是通常情况下，我们只需要参数组中的某个或某几个参数实现切换，而其中的绝大部分并不切换。这里的“不切换”并不是实际意义上的不切换，而是把它的要切换的两层的数值设置为一样的