80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统

1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统学生姓名：李玉良学 号：0967106124专 业：自动化班 级：09自动化1班指导教师：田海 80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统摘要随着数字时代的发展与不断创新，工业化生产也进入了自动化时代，以微处理器为基础的工业控制装置可编程控制器，简称PLC，以其可靠性高、适应性强、灵活应用、维护简单等特性而广泛应用于各大钢铁企业和机械制造等各种生产过程自动化的控制系统中。本设计主要是针对生产过程中的80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统，在铁水运输过程中，由于老式的生产工艺需要大量的人工劳作，并且在整个倾翻过程中稍有不

2、慎便会出现罐体溢漏，造成不必要的经济损失或者是人身伤亡。因此，此次设计是对过程控制中的罐体倾翻控制的手动和自动的转换、以及整个倾翻过程中的工艺、安全性能等都进行了整体的规划，再根据生产工艺的需要，进行对干油泵、排烟阀、冷却风机的控制，实现生产过程的自动化控制，提升了系统整体的安全性和可靠性。关键词：PLC；鱼雷罐车；控制；程序设计The torpedo tanker in 80 t converter tilting frequency conversion control systemAbstractAlong with the development of the digital era

3、and the continuous innovation, industrial production has entered the era of automation, microprocessor based industrial control devices, programmable controller, hereinafter referred to as PLC, with its high reliability, strong adaptability, flexible application, simple maintenance and so on charact

4、eristics, is widely used in each big business enterprise of iron and steel and machinery manufacturing, etc. Various kinds of production process automation control system.This design is mainly aimed at the torpedo tanker tilting frequency conversion control system in the process of production, in th

5、e process of molten iron transport, because of the old production process needs a lot of human labor, and in the process of the tilting appear tanks leak carelessly a bit, cause unnecessary economic loss or personal injury. Tanks, therefore, this design is to control the process of tilting control m

6、anual and automatic conversion, and the entire process in the process of tilting, safety performance of the overall planning, according to the needs of the production process, on a dry pump, exhaust valve, cooling fan of control, realize the automation of production process control, improved the sec

7、urity and reliability of the system as a whole.Key words: PLC ; Torpedoes tanker; control ; programming目录摘要IAbstractII目录III第一章 绪论111.2 鱼雷罐车实现倾翻所需的主要部件11.3 论文的系统论述及主要内容21.4 本章小结3第二章 可编程控制器（PLC）及变频器简介42.1 可编程控制器（PLC）概述42.1.1 可编程控制器（PLC）的基本结构42.1.2 可编程控制器（PLC）的分类52.1.3 可编程控制器（PLC）的功能特点62.1.4 可编程控制器（PLC

8、）的应用72.2 变频器简介82.2.1 变频器的分类82.2.2 变频器的工作原理82.2.3 变频器的控制方式92.2.4 变频器连接的其他硬件配置的作用102.3 本章小结11第三章 系统硬件电路123.1 系统硬件设计123.1.1 系统的工作原理123.1.2 主电路的设计133.1.3 干油泵电机的设计163.1.4 冷却电机的设计173.1.5 排烟除尘电机的设计183.2 设计中相关器件的选型及管脚的分配193.2.1 硬件电路的选型193.2.2 CPU管脚的分配203.3 PLC外部接线设计图233.4 本章小结25第四章 软件设计264.1 系统程序设计思路264.2 系

9、统的程序设计方法264.2.1 经验设计法274.2.2 逻辑设计法274.2.3 顺序设计法27 系统的程序设计流程图27 主程序控制流程图28 子程序控制流程图284.4 系统部分程序分析294.5 本章小结39第五章 变频倾翻控制系统的程序运行调试405.1 变频倾翻控制系统的系统软件405.1.1 系统管理程序405.1.2 用户指令解释程序405.1.3 标准程序模块和系统调用405.2 变频倾翻控制系统中PLC的工作方式405.2.1 PLC的工作方式405.2.2 可编程控制器的控制流程图415.3 变频倾翻控制系统中PLC的程序下载425.3.1 PLC程序的模拟调试425.3

10、.2 PLC程序的下载425.4 变频倾翻控制系统中PLC的工作过程435.4.1 输入采样阶段43 程序执行阶段43 输出刷新阶段435.5 本章小结43总结44参考文献45致谢47附录A48附录B50 第一章 绪论随着时代的发展，钢铁企业的日益兴盛，很多厂家对钢铁的发展越来越高度的重视，无论是刚才的质量还是钢铁的生产，在钢铁的生产过程中，很久以前的那种手抖控制，以及不完善不符合规格的设施，均已被取代，随之而来的就是我今天所设计的一部分，即80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统，我所做的这个系统，是铁水从铁厂运送到钢厂过程中的一部分，在钢铁的领域中，铁水的运输是炼钢的主要过程之一，当然我做的只是

11、铁水运输中的一部分，即铁水从铁厂运到钢厂之后，铁水在倾翻过程中的控制。在我这个系统中，我一共设计三个部分，一部分是当80t转炉鱼雷罐车发生事故的时候我们可以通过手动控制，也就是80t转炉鱼雷馆陈直接启动控制，第二部分就是80t转炉鱼雷罐车在倾翻启动过程中的室内和室外控制两个方面，大大改善了传统设计中的弊端。1.2 鱼雷罐车实现倾翻所需的主要部件在本次的80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统的设计中，首先要理解鱼雷罐车的定义，即鱼雷罐车是一种大型的铁水运输设备,具有热损失小,保温时间长,节约能源等优点,它还可以储存铁水,以协调炼铁与炼钢临时出现的不平衡状态,同时,可替代炼钢的混铁炉和普通的铁水罐车,

12、也可在铁水运输过程中完成脱硫、脱磷等操作工序。80t转炉鱼雷罐车的倾翻控制包括手动和自动两种方式，在自动倾翻过程中我们需要通过PLC来控制变频器，再通过变频器来实现倾翻变频启动，那么在这里我们就看见有两个器件是鱼雷罐车倾翻启动必不可少的，即PLC和变频器。在本次的设计中我选用的PLC是西门子S7-200的，其CPU的选择为型号为CPU226的，扩展模块为EM223中32点数字输入、32点数字输出的模块。对于PLC的具体情况我们在论文的后续中会详细写道，在此就介绍到这里。刚才说道的除了PLC外还有一个重要的器件即变频器，由于铁水包的转动惯量较大，并且具有一定位能负载的负荷，所以变频器要具有较高启

13、动转矩和过负荷能力，为了提高过负荷能力并实现对转矩的快速调节，采用矢量控制方式的西门子SMOVERT MASTERDRIVERS系列变频器，型号为：6SE7031EE60，轻载负荷时，可配接37KW电机。在80t转炉鱼雷罐车倾翻启动时，我们需要检测可启动倾翻电机的条件，油位的高低，排烟阀是否打开，冷却风机是否打开。那么要实现80t转炉鱼雷罐车的倾翻就必须要有干油泵电机、冷却风机以及排烟阀电机。在80t转炉鱼雷罐车倾翻过程开始之前，要对鱼雷罐体轴承的油位进行检测，看其是否具备倾翻转动的要求，如果油位过低，就必须启动干油泵泵油，保证机械的正常运转；为了保护整个系统运作的过程中，防止电机或者变频器等

14、器件因为过热而烧坏所设计的系统，就必须需要一个器件，即冷却风机，通过冷却风机进行散热，它要在整个系统启动之前启动，并且在整个系统停止几分钟后才能停止；在80t转炉鱼雷罐车倾翻过程中，由于铁水的倾倒而产生大量的烟尘，所以在倾翻电机启动之前，必须要启动排烟阀电机。1.3 论文的系统论述及主要内容 80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统是铁水罐运输车的电器控制与监视系统中的一部分，钢铁厂高炉生产的铁水由火车运输到炼钢厂转炉车间再进行炼钢。80t转炉鱼雷罐车进行倾翻时有两种启动方式，一种是直接倾翻启动形式，另一种是变频倾翻启动形式，在变频启动时又有两种方式，一种是室内控制方式，另一种是室外控制方式。直接倾

15、翻启动适用于变频器发生故障以及变频器的维修。通常情况下均为倾翻变频启动，在倾翻变频启动中，在正常生产状况下，该系统的所有控制均为室内控制方式，但有时在调试、检测或者特殊情况下，要求操作能在鱼雷罐车车旁进行，那么就必须选用室外操作，转炉鱼雷罐车倾翻系统在在倾翻变频启动中的室外操作中是一种极为少数的情况，只有在转炉鱼雷罐车倾翻变频控制倾翻变频控制中室内操作不好用，或者是在变频器调试的过程中才会选择的室外操作，就是在转炉鱼雷罐车的机旁进行操作，通过变频器上的端子，进行控制，将事先编译好的程序输入到变频器中，再通过变频器进行相应的控制，变频器通过其上面的端子排，通过现场总线的调节以及相互的转化，信号之

16、间的连接，是实现户外控制，转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统的室外控制用的时候非常少，在本次的毕业论文中，我们就不必要过得的介绍了，只是在相应的地方进行说明。 当出现电源供电电路问题时，或者是倾翻电机过载、冷却风机过载、干油泵过载、排烟阀门不能正常开启、再或者是反向倾翻触犯近远侧限位开关时，系统主动采取抱闸，本设计抱闸采用的是断电抱闸，一旦发生故障，所有开关KM1会立即断开，采取抱闸保护，并且报警电铃响起，这样我们就能更好的控制转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统，在一旦发生情况的时候，我们就必须立刻通过抱闸进行断电，将转炉鱼雷罐车的电机停电，这样转炉鱼雷罐车就不会在进行操作，这样也可以减少很多不必要的损失

17、，我们也可以通过抱闸的控制来实现转炉鱼雷罐车的起停控制，当然很少的情况下我们才会通过启动抱闸来实现转炉鱼雷罐车的停止，只有发生事故，为了减小事故带了的损害，减少大量的经济损失，这样通过抱闸断电，可以更好的控制转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统。1.4 本章小结在第一章绪论部分，我主要介绍了80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统的设计背景，80t转炉鱼雷罐车实现倾翻所需的主要部件以及论文的系统论述及主要内容。鱼雷罐车是一种大型铁水运输设备，具有热损失小，保温时间长，节约能源等优点，它还可以储存铁水，以协调炼铁与炼钢临时出现的不平衡状态，同时，可替代炼钢的混铁炉和普通的铁水罐车，也可在铁水的运输过程中完成脱

18、硫、脱磷等操作工序。80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统的设计是当下的钢铁企业生产运送铁水的过程，以往的铁水运送过于青昧于人工化工作，不仅工作效率低，而且危险性很高，稍有不慎，可能会造成不必要的经济损失或是人员损伤3。在介绍80t转炉鱼雷罐车实现倾翻所需的主要部件一节中，倾翻是由PLC控制变频器来实现的，所以变频器和PLC的选型很是重要，我们选择的PLC是西门子S7-200的，其CPU的选型为CPU226，扩展模块为EM223中32点数字输入、32点数字输出的模块。变频器为西门子SMOVERT MASTERDRIVERS系列变频器，型号为：6SE7031EE60，轻载负荷时，可配接37KW电机。

19、在启动倾翻电机时需要检测润滑电机油泵油位的高低，所以在设计中必须要有的器材中，干油泵电机是必须要有，在倾翻的过程中需要给电机散热，设计中必须要设置冷却风机，由于在倾翻过程中会产生大量的烟雾、灰尘，所以在设计中必须要设有排烟电机。本章第三节讲述了论文的大致内容，将80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统的工艺流程大致的讲述了一下，由于在论文的后续中会对工艺进行详细的介绍，此处就不过多总结。第二章 可编程控制器（PLC）及变频器简介2.1 可编程控制器（PLC）概述2.1.1 可编程控制器（PLC）的基本结构可编程控制器的基本结构一共分为八部分，他们分别为中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口、电源

20、、拓展接口、通信接口。不同的部分有着不同的作用，那么我们现在就对其各部分的作用进行一下相应的介绍。(1) 中央处理器（CPU）什么是中央处理器呢，它是整个可编程控制器中最主要的一部分，也是核心部分，它控制着程序的运行，它主导者整个系统的运行，它处理着整个系统的数据的接受和发送，它接到命令后会通过相应的计算包括逻辑计算和数据运算以及算数运算，来进行控制整个系统的通讯功能。(2) 存储器存储器是什么呢，它是控制着整个系统数据的保留以及数据之间的改写，存储器它包括两个部分，一部分是程序存储器部分一部分是功能存储器部分，每一部分在整个程序的运用过程中都起到着非常重要的作用。(3) 输入输出接口输入、输

21、出接口同样也是整个可编程控制器以及系统的主要组成部分，因为无论哪一个系统如果想要通过相应的程序进行运行，那么它就必须要有数入、输出接口，通过输入输出接口来进行相应的程序的控制运行，它能控制继电器的线圈的通电断电，它能控制各类开关的通断与闭合，它同时也起到了控制系统起停的作用，通过输入口相应开关的控制，来进行系统的通断电。(4) 电源电源，这个大家和熟悉的字眼，同样它也是可编程控制器中必不可少的一部分，其实，不可是可编程控制器还是什么器件，如果它想要运行，这都离不开电源，在可编程控制器中，电源起到的作用就是来给输入输出端口以及CPU板进行供电，通过输入输出得到的电源来控制整个系统的运行。(5)

22、拓展接口扩展接口是一个相对来说是一个计较陌生的名词，在可编程控制器中，想要是可编程控制器对应的配置更加的灵活应用，通过扩展接口我们能更好的控制整个系统的运行。(6) 通信接口通信接口，这无疑就是来实现一种功能，什么功能呢？通过通信接口来实现人与机器之间的通信，以及机器与机器之间的通信，通过通信接口我们可以实现很多的功能，包括打印机，监控器，移动 ，以及在大型的工业中也可以通过PLC与机器之间的通讯来实现很多的控制。(7) 智能I/O接口智能I/O接口，是一种很特别的接口，通过智能I/O接口我们可以实现很的功能，包括很多特别量的控制，数字量模拟量之间的计数，脉冲的技术，这种智能I/O接口他们本身

23、都有着自己的处理器系统。(8) 编程器编程器，这是可编程控制器主要组成部分中最主要的一部分了，为什么这样说呢？因为在整个系统的运行过程中，我们如果想要用系统进行调试，那么就必须要通过编程序编写相应的程序，再通过编写的程序来实现整个系统的控制，编程器可以编写很多的语言，在可编程控制器中，我们可以知道的有梯形图，指令表等很多。通过编程器我们可以实现我们可以为用户提供相应的编写，调试，连接，控制，以及监控。(9) 其他部件PLC还可配有盒式磁带机，EPROM写入器，存储器卡等其他外部设备。2.1.2 可编程控制器（PLC）的分类(1) 按容量分类可编程控制器的分类有很多种，在安容量的分类中，我们可以

24、很清楚的知道它一定是按照其输入输出的端口数进行分类的，输入输出口数越多那么对应的容量就越大，输入输出口数越少，对应的容量也就越小。可编程控制器在安容量的分类中，可以分为微型的可编程控制器，小型的可编程控制器，中型的可编程控制器以及大型的可编程控制器。在微型的可编程控制器中，它指的是64点以及64点以下的输入输出端口数的可编程控制器；在小型的可编程控制器中它指的是输入输出点数小于256个；中型的可编程控制器它指的是输入输出点数为256-2048之间的，对应的大型的可编程控制器它指的是输入输出点数在2048以上的可编程控制器。(2) 按结构形式分类在可编程控制器中，如果按照结构分类的话可以分为两大

25、类，一类是箱体式结构，一类是模块式结构，什么是箱体式结构呢？就是将可编程控制器的很多模块板放在一起，比如将输入板，输出板，CPU板等一些放在一起，组成一个可编程控制器的的相应的基本单元或者是扩展单元等。可编程控制器按照结构形式分类的话还可以分为模块是结构，模块式结构就是将可编程控制器的组成部分分为相应的各部分模块，比如输入模块，输出模块，电源模块，CPU模块等等。通过这些模块，将他们组合在一起，进行相应的系统的控制。2.1.3 可编程控制器（PLC）的功能特点可编程控制器之所以能大量的被广泛的应用，是因为它有着很的优点和功能特点，比如，它具有着可靠性高，抗干扰能力强，并且适应性强，能灵活的应用

26、，它在编程方面比较简单，能量或的应用，而且控制系统的设计，安装和调试都非常的方便，它在维修方面，维修的工作量要小的很多，并且它在应用的过程中，功能比较完善，针对它的功能特点，我们下面依次的介绍一下。可靠性高，抗干扰能力强。可编程控制器在工业的生产应用中有着可靠性高，抗干扰能力强，由于在现场的应用中，我们通过的都是交流电，很容易引入电磁干扰，针对这样的情况很多生产厂家在生产PLC的时候都设置这项功能，它的可靠性高，抗干扰能力强的特点使其应用领地大大的提高了，同样，它的市场价值也在逐年的升高。适应性强，应用灵活。针对可编程控制器它的应用性强，应用灵活的特点，我们可以很容的想象，在实际的生产中可编程

27、的种类繁多，在生产的过程中通过设计模块形式将其组合，它可适用于多种场合，满足各类的控制系统要求。编程方便，易于使用。可编程控制器在编程的方面采用了和继电器相似的编程语言，我们熟知的有梯形图和指令表，功能图等等，在可编程控制器中，它的编程简单，易于应用的特点很受广大的技术人员的好评很多人都熟知并且广泛的应用其编程语言。控制系统设计，安装，调试方便。可编程控制器它在控制系统的设计中，由于大多数的系统采用的是继电器控制电路的设计，所以在实验室进行模拟运行的过程中，很多的技术人员都会选择合适的方法通过可编程控制器进行维修、安装、调试。可编程控制器的控制系统设计，安装，调试方便的特点为可编程控制的发展带

28、来了不少的实际应用价值。维修方便，维修工作量小。可编程控制器有一个很有用的功能就是它的维修方便，并且维修的工作量小，应为在可编程控制器的设计中，就已经设计了它的自审以及监控的功能，一旦系统发生故障，包括输入输出口以及通讯状态发生故障，可编程控制器能很快的找出问题的所在，技术人员也能很快的发现发生故障的原因，这样对于系统的故障可以迅速的处理解决。功能完善。可编程控制器还有一个很主要的特点，就是它的功能很完善。在可编程控制系统中，它有着很完善的控制功能，包括定时，计数，复位，循环等算数运算，并且它还有着点位控制以及PID控制等多种控制功能，功能的完善是可编程控制器的很主要的应用特点。由于可编程控制

29、器有着如此多的优点，很多的大型的工厂都广泛的应用这可编程控制器，也可以这样的说只要有工厂，有控制系统的场合中，就一定会有可编程控制器的应用。2.1.4 可编程控制器（PLC）的应用 （1）顺序控制方面在可编程控制的应用领域，顺序控制方面被广泛的应用，顺序控制通过字面我们能很容易的理解，它就是依次的循环的控制，它的应用领域非常的广泛，比如很多的流程控制方面，车床的生产的控制，钢厂的生产控制过程中，以及在印刷厂的控制过程中可编程控制器的顺序控制都起到了广泛的应用。 （2）运动控制方面 可编程控制器在运动控制过程中也有着广泛的应用，通过字面我们也可以很容易理解，就是通过手动或者机器的自动，在系统的控

30、制的过程中，通过手动来调节系统中相应的参数，=来改变相应的程序的控制，通过控制参数或者将开关的移动来进行控制，使整个系统的运行顺利完成。 （3）过程控制方面可编程控制器在过程控制方面同样也有着广泛的应用，在系统的运动过程中，很多的运行的进行都需要通过参数的调节来控制，例如通过调节温度参数，压力参数，速度参数和流量参数等等，在过程控制方面，可编程控制器有着广泛的应用，通过控制过程来实现系统的控制。 （4）数据处理方面可编程控制器在数据处理方面也有着广泛的应用，通过在字面的理解我们能很容易的发现，就是通过数据的处理，比如温度的数字处理，压力的数字处理，电流的数据处理，流量的数据处理等等，来实现计算

31、机与机器之间来实现系统的控制。 （5）通信和联网方面通信和互联网方面，在这个方面可编程控制器发展的相当的迅速，随着社会的发展，计算机已经离不开了我没的生活，同样的道理在工厂等领域，可编程控制器也通过网络实现了计算机与PLC之间的通讯，通过可编程控制器我们来控制系统的启动与停止，通过可编程控制器来检测系统的故障等等。2.2 变频器简介变频器一个再熟悉不过的字眼，在我们的日常生活中时时都会见到，时时都能接触到的一个器件，它被广泛的应用到我们的生产生活中，无论是大型的工业企业中，还是在日常的家用中，遍地都是变频器的应用。针对变频器的简介，我们可以很容的看见，它就是将工频电源转换为其它频率的电流，它可

32、以分为电压型变压器和电流型变压器，通过改变频率来实现电机的转速。在变频器上，变频器有着很多的内设的功能，常见的就是电机的正转和电机的反转，变频器还可以设置室内控制和室外控制两种控制方式，通过变频器上面的端子排，可以进行相应的室外控制，大多数的情况下是用于变频器的调试的过程中。2.2.1 变频器的分类变频器的分类种类有很多，不同的分类种类有着不同的变压器类型，一般的情况下，变压器可以按照电路的工作方式分类，也可以按照开关的不同种类进行分类，也可以咱找控制电路或者是变频器的工作原理进行分类，在或者我们也可以根据不同的变频器的应用场合，不同的用途进行分类，常见的变压器的类型为电流型变压器和电压型变压

33、器，当然变压器的种类也很多，包括高性能的，高频率的，单相的，三相的斌变频器等等。2.2.2 变频器的工作原理交流电动机的同步转速表达式为： n=60f(1-s)/p (2-1)式中:n异步电动机的转速;f异步电动机的频率;s电动机转差率;p电动机极对数; 根据上式我们可以看见电机的转速等于异步电动机的频率乘以常数六十，在乘以一减去电动机的转差率，最后得的结果在初一电动机的极对数，通过这一个公式我们也能容易的发现，电机的转速和电机的频率成的是正比，也就是说通过改变电机的频率就可以相应的控制其转速，达到一个效果，什么效果呢？就是通过异步电动机的频率来控制其相应的转速，它是一种理想的，可行的调速手段

34、。现在已被广泛的应用于各个行业领域。 2.2.3 变频器的控制方式 变频器的控制方式，随着时代的改变，每一年电子电器行业的逐年发展，在变频器的控制方式也随着逐年再更新换代，到目前为止，变频器一共经历了四个时代，分别为Uf=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式，电压空间矢量（SVPWM）控制方式，矢量控制（VC）方式，直接转矩控制（DTC）方式，通用的变频器的控制方式都是采用的是交-直-交流的形式，下面我们来分别对相应的四个变频器的时代的控制方式进行一下讲解。 （1）Uf=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式Uf=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式，这是变频器的第一个时代，在Uf=C的正弦脉宽

35、调制（SPWM）控制方式中，其具有着应用简单方便，使用范围广，成本低，机械硬度也很好的特点，但是其美中不足的是，它的转矩收到了一定的限制，相对来是性价比比较低，并且Uf=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式的稳定性也相对来说比较低，针对其存在的诸多的不合理的控制形式，我们采取了电压空间矢量（SVPWM）控制方式。 （2）电压空间矢量（SVPWM）控制方式 随着Uf=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式的缺点逐年的被发现，它的应用领地也逐年的在减小，相对来说，新的一代的变频器就问是了，它就是电压空间矢量（SVPWM）控制方式，什么是电压空间矢量（SVPWM）控制方式？它是以整流滤波为前提，以内切

36、圆的方式进行相应的设置，在电压空间矢量（SVPWM）控制方式中，它大大的改变了Uf=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式的不足，提高了系统的稳定性，但其也有不足之处，它引入的控制环节比较多，总体来是系统的性能并没有太大的改变。 （3）矢量控制（VC）方式矢量控制（VC）方式，那么什么又是矢量控制（VC）方式呢？他就是通过改变系统相应的电机的相续，对应的电流发生相应的变化，通过矢量控制（VC）方式的控制，大大改善了系统的整体的运行性能，但是它同样也存在着弊端，就是它需要大量的参数进行控制，调节参数是一个大的问题，在很多情况下既耽误时间，有影响企业的生产，而且变动性也比较大，由于参数的调节和变动，

37、有时候很难达到理想中的控制效果。 （4）直接转矩控制（DTC）方式随着时代的发展，随着电子电器信息的进步，变频器的发展也达到了理想的效果，直接转矩控制（DTC）方式，是最近一直广泛被应用的一种控制形式，它不仅有着性价比高，性能强的特点，而且它的控制也没有那么的复杂，它改变了上述所有控制的缺陷，并以最理想的思路及设计方法对变频器进行相应的改变，使变频器的发展领域大大的提高，在当今的变频器的发展领域，直接转矩控制（DTC）方式是当今最主要的控制形式，大大提高了工业企业中变频器的应用领域，它以简单的控制设计思想，高性能的应用领域，将变频器的发展引进了一个新的发展领域。2.2.4 变频器连接的其他硬件

38、配置的作用 制动单元和制动电阻：什么是制动单元和制动电阻呢？它是与变频器连接在一起的的，它也是整个变频器中必不可少的一个连接器件，因为系统在运动的过程中，由于系统在运动的过程中，电机的转速制动会产生新的能量，这部分能量必须要有一个器件进行消耗，否则这部分能量会影响系统的正常运行。 进线交流电抗器：进线交流电抗器是什么呢？它是安装在变频器与电源的进线端，进线交流电抗器起着什么作用呢？它是为了防止电源引入的电磁干扰，防止其对变频器的运行的影响。 出线交流电抗器：出线交流电抗器安装在变频器与电机之间，这样的安排可以大大的减少变频器出现端的电磁对可编程控制器的影响。 隔离变压器：隔离变抗器是安装在电源

39、的进线端和可编程控制器CPU之间的一个器件，它可以大大的减少电源产生的电磁对可编程控制器的影响，同样变频器还有一个主要的作用，就是对电路中的三相电进行转换，由380V的电压转换成220V。 接触器：在整个80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统中，接触器的用处很多很多，与变频器相连的接触器一共设计了两个，一个是KM3，一个是KM4，KM3是进行正转的运行控制，KM4是电机进行反转运行的控制器件，通过KM3和KM4线圈的控制来实现转炉80t鱼雷罐车倾翻变频控制系统的正转和反转。2.3 本章小结 本章主要讲述了可编程控制器（PLC）及变频器的一些相关内容，讲述了可编程控制器（PLC）的基本结构，概括了可

40、编程控制器（PLC）的分类情况，阐述了可编程控制器（PLC）的功能特点，总结了可编程控制器（PLC）在生活中的应用。同时本章也讲述了变频器的工作原理，变频器的常见分类，以及变频器的控制方式。在本章节中我们对本毕业设计中与变频器连接的一些硬件配置也做了一下总结，讲述了其功能及作用。在本章节中我讲述了可编程控制器（PLC）的基本结构，即电源，中央处理器CPU，存储器，输入输出接口电路，功能模块，通信模块；概括了可编程控制器（PLC）的分类情况，包括其按容量分类和按其结构形式进行分类，按其结构形式可分为箱体式结构和模块式结构；阐述了可编程控制器（PLC）的功能特点，即系统构成灵活，扩展容易，使用方便

41、，编程简单，可适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强；总结了可编程控制器（PLC）在生活中的应用，包括其开关量的逻辑控制方面，模拟量的控制方面，运动控制方面，过程控制方面，数据处理方面，以及在通信及联网方面的应用。本章中我也对变频器的工作原理，变频器的分类，包括按照开关方式分类，按照工作原理分类，按照其用途分类等做了详细的论述，对变频器的四种开关控制方式，即：U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式，电压矢量控制（SVPWM）控制方式，矢量控制（VC）方式，直接转矩控制（DTC）方式，也做了详细的说明。同时，在本章中我们也对本次毕业设计中与变频器连接的一些硬件配置，包括制动单元和制动电阻，进

42、线交流电抗器，出线交流电抗器，隔离变压器，接触器等功能做了说明。第三章 系统硬件电路3.1 系统硬件设计3.1.1 系统的工作原理 基于PLC控制的倾翻变频系统的控制要求如下： 系统启动时，应检测启动的条件，以及供电电路是否闭合。抱闸自动开关QF1、倾翻字节回路自动开关QF2，倾翻变频自动开关QF3，倾翻控制回路接触器KM6、PLC控制回路自动开关QF1全部闭合，保证主电机自动和手动控制电源启动，以及主控制回路开关闭合后，开始检测倾翻条件：干油泵自动开关QF闭合，检测油位，在邮箱内设油位的液位开关，当液位处于低位时，自动触发开关Y1，传回PLC，使其闭合干油泵接触器KM，自动泵油；排烟阀开阀指

43、令发出以后，排烟阀自动开关1PY-1QF闭合，阀门正转接触器1PY-KM1闭合，阀门正转，当阀门正转到一定位置时，出发阀门过力矩1PY-TSO，证明阀门开到位，1PY-LCO触感回PLC；变频冷却风机自动开关QF4闭合，当PLC下达指令，开启冷却风机，冷却风机接触器KM5闭合，冷却风机打开，当几个环节全部开启到位以后，开始启动倾翻信号。 变频器接触器KM4B先闭合，首先开选择室内操作SA1-1还是室外操作SA1-2，然后倾翻变频启动SA2-1还是直接倾翻启动SA2-2。选择室内操作SA1-1，倾翻变频启动SA2-1时，室内超程释放开关SB102开启，室内电铃SB101报警，提示室内倾翻开始，允

44、许正转开关101SA-2开启时，室内主令正转SLKM1-3，倾翻到位以后，等待铁水全部倾翻完成，允许反转开关101SA-1开启，室内主令SLKM1-4反转，反转至室内主令控制零位SLKM1-2时停止；选择室外操作SA1-2时，室外超程释放开关SB202开启，室外电铃SB201报警，提示室外倾翻开始，允许正转开关101SA-2开启，室外主令SKKM2-4反转，反转至室外主令零位SLKM2-2时停止，倾翻结束后，关闭排烟阀，然后关闭冷却风机。如果选择直接倾翻启动，则闭合倾翻直接启动接触器KM4A，直接控制80t转炉鱼雷罐车倾翻电机直接倾翻，一般应用于变频器的故障及维修。 当出现电源供电电路问题，或

45、是倾翻电机过载、冷却风机过载、干油泵过载、排烟阀们不能正常开启，或者是反向倾翻接触器再或是远侧限位开关时，系统主动采取抱闸，本设计的抱闸采用的是断电抱闸，所有的开关KM1会立即断开，采取抱闸保护，并且报警点电铃会响起。3.1.2 主电路的设计 80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统的主电路设计，一直围绕着“倾翻”两个字，总的来说就是通过CPU来控制变频器，再通过变频器来控制80t转炉鱼雷罐车的倾翻。在80t转炉鱼雷罐车的倾翻过程中，由于要考虑变频器可能会发生故障，在发生故障时，为了不影响企业的生产，还需设计直接倾翻启动电路，由于防止电机发生故障，影响整个系统的进行，需要设置抱闸装置，一旦发生故障，

46、通过抱闸开关来对电路进行断电。在主电路的设计中，针对所有80t转炉鱼雷罐车的倾翻之前的条件检测，包括80t转炉鱼雷罐车润滑油位的高低，是否满足倾翻所需要的油位，我们在主电路的设计中需要设计一个干油泵电机的主、控制电路，由于80t转炉鱼雷罐车在倾翻的过程中会产生大量的灰尘，所以我们在主电路的设计中必须要设计一个排烟阀电机的主、控制电路，80t转炉鱼雷罐车在倾翻过程中，可能会因为电机过热而影响系统的运行，所以在主电路的设计中我们还需设计一个冷却风机，对倾翻电机进行散热。在主电路的设计中，最主要的要属变频器的的选择，由于设计中80t转炉鱼雷罐车的电机为22KW，所以所选变频器时，选用的变频器的型号为

47、6SE7031EE60，这个型号的电机在轻载负荷时，可配接37KW的电机。通过和PLC进行现场型号采集，从而进行信息的输入与输出的交换，通过PLC控制倾翻电机的正向或者是反向倾翻，当然，在倾翻之前，还要确认其控制位置时处于室内还是室外，通过不同的控制开关对其进行倾翻控制，选择室内则是通过SLKM1对其进行控制，如果选择室外则是通过SLKM2进行对其控制。80t转炉鱼雷罐车在倾翻的时候有两种倾翻启动形式，一种是倾翻直接启动，一种是倾翻变频启动，在80t转炉鱼雷罐车倾翻直接启动时，首先闭合QF2开关，倾翻直接控制回路自动开关闭合，驱动直接正向运行继电器1KA2，这样1KA2得电开始闭合，驱动80t

48、转炉鱼雷罐车正转运行线圈KM2，KM2触电闭合，当按下倾翻直接正转开关，出发倾翻直接正转继电器2KA5，对应的2KA5开关闭合，出发直接运行接通线圈KM4A接通，触发KM4A接触器，KM4A闭合，80t转炉鱼雷罐车便开始进行正转运行，同样的道理，当倾翻直接回路控制开关QF2闭合以后，继电器线圈1KA3便得电，1KA3接触器得电闭合，这样直接反向运行线圈KM3便得电，接触器KM3得电闭合，倾翻便开始直接反向启动，在80t转炉鱼雷罐车罐体进行倾翻的过程中，80t转炉鱼雷罐车电机的接线方法为三相换序，当80t转炉鱼雷罐车正向倾翻时，电机采用的是U、V、W三相接通，反转时再将每条线进行换序，这样便达到

49、了正反转的目的。80t转炉鱼雷罐车罐体在进行倾翻时，我们通常采用的是倾翻变频启动，因为倾翻变频启动可以节约大量的能量，并且控制比较方便，发生的事故相对来说比较少，而且变频器的功能比较多，我们可以通过调节变频器来控制很多量，比如电流、转速、频率，在整个80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统的设计中，我采用的是匀速的转动，即980r/min，每分钟980转。在倾翻变频启动中我又设计了两种控制方式，一种是室内控制方式，一种是是室外控制方式，我们先讲解一下室外控制方式，首先是倾翻变频控制回路自动开关先闭合，我们安装一个进线电抗器，这样可以防止变频器免受进线端电网产生的浪涌电流对变频器的运行进行干扰。当倾翻

50、变频控制回路自动开关闭合以后，变频器运转使能继电器1KA1首先先得电，这样1KA1接触器便闭合，KM4B线圈得电，KM4B线圈得电后，接触器KM4B便接通，倾翻变频启动便开始运行。于此同时，变频正向运行继电器线圈1KA7也开始得电，驱动接触器1KA7得电闭合，这样电机便开始正转。于此同时，控制回路自动开关QF1闭合，室外操作选择开关SA2-2闭合，室外限位开关SB202超程释放，允许正转选择开关101SA-2打开，室外主令SLKM2-3便开始正转，同时，室外电铃开关SB201开始按下，电铃开始报警，提示室外倾翻开始，当80t转炉鱼雷罐车倾翻到位，铁水全部倾翻完成，按下允许反转选择开关101SA

51、-1，室外主令SLKM2-4便开始反转，反转至室外主令控制器零位SLKM2-2，按下室外排烟阀关阀开关SB205，关闭排烟阀电机，这样，80t转炉鱼雷罐车中整个倾翻变频启动的室外控制设计流程便全部完成。通常的情况下，80t转炉鱼雷罐车罐体进行倾翻时，我们选择的是倾翻变频启动中的室内控制方式，随着社会的发展，电脑、PC机早已广泛使用，这样我们在80t转炉鱼雷罐车进行倾翻的时候，完全可以通过计算机进行控制，所以在生产的过程中，通常选择的还是室内控制。同样的道理，首先还是先闭合倾翻变频回路控制开关QF3，变频器运转使能继电器1KA1首先先得电，这样1KA1接触器便闭合，KM4B线圈得电，KM4B线圈

52、得电后，接触器KM4B便接通，倾翻变频启动便开始运行。于此同时，变频正向运行继电器线圈1KA7也开始得电，驱动接触器1KA7得电闭合，这样电机便开始正转。于此同时，控制回路自动开关QF1闭合，室内操作选择开关SA1-1闭合，室内限位开关SB102超程释放，允许正转选择开关101SA-2打开，室内主令SLKM1-3便开始正转，同时，室内电铃开关SB101开始按下，电铃开始报警，提示室内倾翻开始，当80t转炉鱼雷罐车倾翻到位，铁水全部倾翻完成，按下允许反转选择开关101SA-1，室内主令SLKM1-4便开始反转，反转至内外主令控制器零位SLKM1-2，按下室内排烟阀关阀开关SB105，关闭排烟阀电

53、机，这样，80t转炉鱼雷罐车中整个倾翻变频启动的室内控制设计流程便全部完成。在80t转炉鱼雷罐车罐体倾翻的过程中，鱼雷罐车可能会出现故障，那么我们就必须要设置一个变频器发生故障的检测控制，当80t转炉鱼雷罐车一旦发生故障，便会触发变频器故障检测线圈K1，K1得电以后变频器接触器K1便开始闭合，抱闸释放继电器线圈1KA4和电铃报警线圈1KA6便得电，触发抱闸释放接触器1KA4和电铃报警接触器1KA6得电吸和，这样抱闸释放线圈KM1和电铃报警线圈HA1便开始得电，触发抱闸释放接触器KM1闭合，通过抱闸将电机停止运行，同时电铃开始报警，提示工作人员变频器发生事故，请进行检测、维修。在变频器上我们还要

54、选择和其相匹配的制动单元和制动电阻，因为电机在减速的制动过程中，会产生再生能量，将会使变频器内的直流环节的电压泵升过高，从而进行保护性跳闸，通过制动单元和制动电阻来释放电机在减速制动过程中所产生的这部分能量。在变频器的输入端以及在变频器和电机之间加装进线交流电抗器和出线交流电抗器，加装进线交流电抗器是为了抑制变频器进线端的谐波电流，提高功率因数，削弱输入电路中浪涌电流对变频器的冲击。为了减少变频器输出侧产生的电磁辐射干扰对PLC控制通信网络系统及其他设备的影响，在变频器和电机间增加出线交流电抗器。为了抑制电网引入的电磁干扰，通常需要安装带屏蔽层的隔离电抗器进行对供电系统进行隔离，此隔离变抗器通

55、常安装在控制回路，即PLC控制网络系统的交流电源输入端。在直接倾翻启动和变频倾翻启动的下方需要串入接触器KM4和KM5，其目的是为了防止倾翻直接启动时或者是变频器运行时，正反转接触器KM2、KM3的主触点故障粘连导致给变频器的输出端倒送电损坏变频器，串入的接触器KM4和KM5需要进行电器互锁。下图为80t转炉鱼雷罐车倾翻变频控制系统中与该部分有关的主电路及与变频器连接的其他硬件配置的电路图。 图3.1 主电路及变频器端子排控制电路3.1.3 干油泵电机的设计 对于其他电机的设计也是基本遵循着工艺需求以及适合于工厂的三相异步电机：首先，干油泵电机的设计，在倾翻整个过程开始之前，要求对罐体轴承的油

56、位进行确认，看其油位是否满足倾翻转动的要求，是否需要开启干油泵，当一切确认完毕后，将信息送入PLC，从而进行下一步的准备工作，但在倾翻的过程中，难保会出现漏油等油损问题，为保证期间的润滑，以及减少倾翻阻力并处于保护油承的观点出发，有必要在油承油位处设计一个油位开关Y1，从而启动干油泵泵油，保证机器的正常运转。干油泵电机的设计思路是这样的，首先，倾翻控制回路自动开关先闭合，将102SA选择开关打开，HL1指示灯提示控制回路开关已经闭合。按下按钮开关，KM6线圈得电，接触器KM6得电吸和，倾翻控制回路系统工作指示灯点亮，提示倾翻控制回路接通，当80t转炉鱼雷罐车轴承油位比较低，不能满足倾翻条件的时候，就会触发内设的接触器线圈KM，KM接触器得电闭合，干油泵电机便开始泵油。在我设计的干油泵主、控制电路中，干油泵以每分钟400转进行运行。图3.2 干油泵电机的主电路及控制电路3.1.4 冷却电机的设计冷却风机的设计，是为了保护整个系统在