发表电机方面的论文

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机电毕业论文-实现变频调速器多电机控制[摘要]本文介绍了一种plc与变频调速器构成的多分支通讯网络，阐明了该网络控制调速系统与一般模拟量控制调速系统相比的优越性，给出了系统框图及plc程序。[关键词]plc变频调速器多电机控制网络通讯协议一、引言以变频调速器为调速控制器的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例，一般的系统构成如图1所示。工作时操作人员通过控制机（可为plc或工业pc）设定比例运行参数，然后控制机通过d/a转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多，电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线，一方面电机数目较多，另一方面电机分布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低；同时大量d/a转换模件使系统成本增加。为此我们提出了plc与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强，尤其适合远距离，多电机控制。二、系统硬件构成系统硬件结构如图2所示，主要由下列组件构成；1、fx0n—24mr为plc基本单元，执行系统及用户软件，是系统的核心。2、fx0n—485adp为fx0n系统plc的通讯适配器，该模块的主要作用是在计算机—plc通讯系统中作为子站接受计算机发给plc的信息或在多plc构成n:n网络时作为网络适配器，一般只作为规定协议的收信单元使用。本文作者在分析其结构的基础上，将其作为通讯主站使用，完成变频调速器控制信号的发送。3、fr—cu03为fr—a044系列比例调速器的计算机连接单元，符合rs—422/rs—485通讯规范，用于实现计算机与多台变频调速器的连网。通过该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制（如启动、停止、运行频率设定）、参数设定和状态监控等功能，是变频器的网络接口。4、fr—a044变频调查器，实现电机调速。在1:n（本文中为1:3）多分支通讯网络中，每个变频器为一个子站，每个子站均有一个站号，事先由参数设定单元设定。工作过程中，plc通过fx0n—485adp发有关命令信息后，各个子站均收到该信息，然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息；若不一致则放弃该信息的处理，这样就保证了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。三、软件设计1、通讯协议fr—cu03规定计算机与变频器的通讯过程如图3所示，该过程最多分5个阶段。?、计算机发出通讯请求；?、变频器处理等待；?、变频器作出应答；?、计算机处理等待；?、计算机作出应答。根据不同的通讯要求完成相应的过程，如写变频器启停控制命令时完成?~?三个过程；监视变频器运行频率时完成?~?五个过程。不论是写数据还是读数据，均有计算机发出请求，变频器只是被动接受请求并作出应答。每个阶段的数据格式均有差别。图4分别为写变频器控制命令和变频器运行频率的数据格式。2、plc编程要实现对变频器的控制，必须对plc进行编程，通过程序实现plc与变频器信息交换的控制。plc程序应完成fx0n—485adp通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换及变频器应答信息的处理等工作。plc梯形图程序（部分程序）如图5所示。程序中通讯发送缓冲区为d127~d149；接受缓冲区为d150~d160。电机1启动、停止分别由x0的上升、下降沿控制；电机2启动、停止分别由x1的上升、下降沿控制；电机3启动、停止分别由x2的上升、下降沿控制。程序由系统起始脉冲m8002初始化fx0n—485adp的通讯协议；然后进行启动、停止信号的处理。以电机1启动为例，x0的上升沿m50吸合，变频器1的站号送入d130，运行命令字送入d135，enq、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先写入d131、d132、d133；接着求校验和并送入d136、d137；最后置m8122允许rs指令发送控制信息到。变频器受到信号后立刻返回应答信息，此信息fx0n—485adp收到后置m8132，plc根据情况作出相应处理后结束程序。四、变频器制动的思路和新方法在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏，所以这部分能量我们就应该考虑考虑了。在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：(1)、耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；(2)、使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。还有一种制动方式，即直流制动，可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。在书籍、刊物上有许多专家谈论过有关变频器制动方面的设计与应用，尤其是近些时间有过许多关于“能量回馈制动”方面的文章。今天，笔者提供一种新型的制动方法，它具有“回馈制动”的四象限运转、运行效率高等优点，也具有“能耗制动”对电网无污染、可靠性高等好处。1、能耗制动利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动。其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点是运行效率低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量将增大。一般在通用变频器中，小功率变频器（22kw以下）内置有了刹车单元，只需外加刹车电阻。大功率变频器（22kw以上）就需外置刹车单元、刹车电阻了。2、回馈制动实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。回馈制动的优点是能四象限运行,电能回馈提高了系统的效率。其缺点是：(1)、只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。(2)、在回馈时，对电网有谐波污染。(3)、控制复杂，成本较高。3、新型制动方式（电容反馈制动）3.1主回路原理整流部分采用普通的不可控整流桥进行整流，滤波回路采用通用的电解电容，延时回路采用接触器或可控硅都行。充电、反馈回路由功率模块igbt、充电、反馈电抗器l及大电解电容c（容量约零点几法，可根据变频器所在的工况系统决定）组成。逆变部分由功率模块igbt组成。保护回路，由igbt、功率电阻组成。(1)电动机发电运行状态cpu对输入的交流电压和直流回路电压νd的实时监控，决定向vt1是否发出充电信号，一旦νd比输入交流电压所对应的直流电压值（如380vac—530vdc）高到一定值时，cpu关断vt3，通过对vt1的脉冲导通实现对电解电容c的充电过程。此时的电抗器l与电解电容c分压，从而确保电解电容c工作在安全范围内。当电解电容c上的电压快到危险值（比如说370v），而系统仍处于发电状态，电能不断通过逆变部分回送到直流回路中时，安全回路发挥作用，实现能耗制动（电阻制动），控制vt3的关断与开通，从而实现电阻r消耗多余的能量，一般这种情况是不会出现的。(2)电动机电动运行状态当cpu发现系统不再充电时，则对vt3进行脉冲导通，使得在电抗器l上行成了一个瞬时左正右负的电压，再加上电解电容c上的电压就能实现从电容到直流回路的能量反馈过程。cpu通过对电解电容c上的电压和直流回路的电压的检测，控制vt3的开关频率以及占空比,从而控制反馈电流，确保直流回路电压νd不出现过高。3.2系统难点(1)电抗器的选取(a)、我们考虑到工况的特殊性，假设系统出现某种故障，导致电机所载的位能负载自由加速下落，这时电机处于一种发电运行状态，再生能量通过六个续流二极管回送至直流回路，致使νd升高，很快使变频器处于充电状态，这时的电流会很大。所以所选取电抗器线径要大到能通过此时的电流。（b）、在反馈回路中，为了使电解电容在下次充电前把尽可能多的电能释放出来，选取普通的铁芯（硅钢片）是不能达到目的的，最好选用铁氧体材料制成的铁芯，再看看上述考虑的电流值如此大，可见这个铁芯有多大，素不知市面上有无这么大的铁氧体铁芯，即使有，其价格也肯定不会很低。所以笔者建议充电、反馈回路各采用一个电抗器。(2)控制上的难点（a）、变频器的直流回路中，电压νd一般都高于500vdc，而电解电容c的耐压才400vdc，可见这种充电过程的控制就不像能量制动（电阻制动）的控制方式了。其在电抗器上所产生的瞬时电压降为，电解电容c的瞬时充电电压为νc=νd-νl，为了确保电解电容工作在安全范围内（≤400v），就得有效的控制电抗器上的电压降νl，而电压降νl又取决于电感量和电流的瞬时变化率。（b）、在反馈过程中，还得防止电解电容c所放的电能通过电抗器造成直流回路电压过高，以致系统出现过压保护。3.3主要应用场合及应用实例正是由于变频器的这种新型制动方式（电容反馈制动）所具有的优越性，近些来，不少用户结合其设备的特点，纷纷提出了要配备这种系统。由于技术上有一定的难度，国外还不知有无此制动方式？国内目前只有山东风光电子公司由以前采用回馈制动方式的变频器（仍有2台在正常运行中）改用了这种电容反馈制动方式的新型矿用提升机系列，到目前为止，这种电容反馈制动的变频器正长期正常运行在山东宁阳保安煤矿及山西太原等地，填补了国内这一空白。随着变频器应用领域的拓宽，这个应用技术将大有发展前途，具体来讲，主要用在矿井中的吊笼（载人或装料）、斜井矿车（单筒或双筒）、起重机械等行业。总之需要能量回馈装置的场合都可选用。五、结语1、实际使用表明，该方案能够实现plc通过网络对变频调速器的运行控制、参数设定和运行状态监控。2、该系统最多可控制变频调速器32台，最大距离500m。3、控制多台变频器，成本明显低于d/a控制方式。4、随着变频器的增加，通讯延迟加大，系统响应速度低于d/a控制方式。参考文献1、韩安荣.通用变频器及其应用(第2版)[m].北京:机械工业出版社,2、刘文兵（1981—）男从事过变频器的应用工作，现在台州富凌机电制造有限公司,从事变频器的设计与制造。鸣谢在论文完成之际，我真心地感谢在设计之中给予我帮助的荀延龙老师和各位同事，使我如期完成毕业论文，并使我终生受益。在论文的完成过程中，系里的各位老师对我帮助很大。在此深表谢意！其他的同学也给予我许多关心和帮助，真诚地感谢他们。

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摘 要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率[1]。本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由软件实现系统的功能，取代传统的双闭环调速系统。系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等，从而使直流调速系统实现数字化[2]。

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《电力设备》2000年创刊，杂志面向电力行业、提供优质服务的宗旨，充分发挥中电联络各方面技术优势和行业唯一性特色，密切联系政府有关部门、电力企业、电力用户、科研院所和煤炭、装备等上下游企业，以报导全面的全国技术和管理现状分析，及时的全国性安全、可靠、经济、环保数据分析和新成果评价等方式，充分体现电力设备发展方向性、全局性、时效性和前瞻性。

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有章不循是电力企业安全生产的最大的隐患 电力安全生产是电力企业一项十分关键的工作。是做好一切工作的前题。我们各级管理人员都要充分认识安全生产的极端重要性,要认真落实"安全第一,预防为主,综合治理"的方针,认真分析生产中存在的薄弱环节。安全局面的不稳定,固然有许多客观原因,但主观问题的存在是最根本的原因。大量的实践证明,有章不循现象是电力企业安全生产的最大隐患,应该引起我们全体员工的重视和思考。 一、它产生的具体原因是什么 (一)领导认识不到位,灌输教育不彻底,安全生产是电力生产的基础,是电力生产永恒的主,但个别领导不能把安全生产重要性的理念灌输到员工中去,致使部分员工一方面认为安全的规章制度定得太苛刻,不理解;另一方面在思想上不重视,从而重突击、轻平时,重检查、轻整改,使安全生产说起来重要、做起来次要、干起来不要。有的企业在安全管理上,不能横到边、纵到底;在安全教育上,不能达到自上而下灌输与自下而上的落实互动,安全责任压力不能全部传递到每一个员工。归纳起来有以下几种情况:一是安全培训不到位,安全活动流于形式。对员工的安全意识教育缺乏耐力和手段,安全培训缺少计划性、针对性的内容,培训得不到实效;安全活动流于形式,管理人员不能按规定参加下级学习活动,班组学习只是念文件或编记录、走过场,应付检查,安全生产要求处于棚架状态。二是安全管理上存在骄傲自满的心理,对安全形势盲目乐观,缺乏忧患意识,尤其在较长时间的安全稳定运行面前丧失警惕性,同时只重视主业而忽视了"三产"的管理,没有把"三产"外部项目的管理纳入到主业管理体系,造成外包项目管理松懈,违章成风。三是缺乏严、细、实的工作作风。在严管上宽松,出现违章造成事故时只要下边说情,就会网开一面,下不为例,既往不咎;也有干活越多违章和出事故的机率越大的想法,能宽则宽,不能严格要求按奖惩办法执行,致使责任人不能得到有效的处罚,纵容违章;在实管上放纵,存在岗位安全责任不落实、违章指挥、凭经验办事的现象。四是安全设施的投入不到位。过多考虑成本控制,存在现场安全工器具和检修工器具落后、不能正常投入,初设标准和现行安全标准对照有一定差距的问题。 (二)规章制度杂多,制定随意性大,熟悉了解难度大。上级下发的安全生产规章制度本身比较多,加之企业本身的补充规定和细则更是又多又长,延长了记忆和掌握的过程、遵循和落实的时间;有些人不注重学习,尤其是第一责任人、安全员对安全生产制度规定一知半解,导致执行上扭曲和不到位。同时还存在随意制定规章制度,产生了一个将军一个令的现象,使安全生产制度缺乏连贯性和一致性,员工无所适从;加之缺乏有效的安全生产管理,执行滞后,使各级岗位安全职责落实不到位。 (三)制度本身的不公正、不平等,放大了执行难度。有些企业对违反安全生产规章制度的人和事,不是按照"四不放过"原则,不是一视同仁,而是有亲有疏、有轻有重、有严有松,挫伤了部分员工遵章守纪的积极性;有些规章本身带有不平等,执行中只管员工不管领导,造成上行下效,放大了违章纠章难度,使规章制度难以落实和执行。 (四)制度执行不较真、不碰硬,助长了有章不循。有些企业对安全生产违章现象睁只眼闭只眼,不出事无人发现,发现了也无人管、无人查,甚至相互推诿扯皮,谁也不愿做得罪人的事;出了事,先是能瞒则瞒、能捂则捂,瞒不住、捂不了,则大事报小、小事报了;对事故责任有关人员的处理,前怕狼后怕虎,当惩不惩、当严不严,助长了有章不循的歪风。 (五)员工的思想障碍、行为偏差,造成了有章难循。一些员工的思想中存在侥幸心理,认为偶尔违章一次不一定出事故,过去也是这样干的就没发生问题;存在莽撞心理,工作不细致,不认真按工作票上的危险点分析去做,甚至根本就不去看危险点的内容盲目开工、冒险蛮干;存在投机心理,耍小聪明,投机取巧,隔项操作,但往往弄巧成拙;存在浮躁心理,心态不平衡、轻率、急躁,不按规程和程序操作,急于把活干完;存在疲惫心理,过度疲劳或受到某种刺激心情不好,体力、智力和情绪处于压抑状态,思想不集中,反应迟钝从而导致误操作;存在逆反心理,对领导不满意,对安排的工作不舒心、不服气、闹别扭,或认为"标准"、"措施"太烦琐、太束缚人,从而产生抵触情绪。这些情绪的存在,导致在安全生产上有章难循,成为造成违章和事故不可忽视的因素。 二、解决问题的办法 (一)加强安全教育,使员工从"要我安全"向"我要安全"转变 要着眼员工的安全心理进行安全教育。一要自上而下宣传贯彻上级的安全理念。管理人员特别是安全生产第一责任人,首先要把上级的安全理念、安全工作规定按照三级管理体制自上而下地贯彻、落实,然后再自下而上地检查落实情况,防止中间棚架现象;要下潜,重心下移,了解生产一线设备、人员的状况,对安全生产、重大危险源、员工的思想动态做到心中有数,要按照集团公司、分公司的要求做好安全生产责任制的落实。二要抓好安全培训和安全活动日的工作。首先要制定出安全培训计划并分层次、分类别、分时间段地制定对员工、外来工、新进厂人员的培训等,使安全培训工作正常化、重点化;要开展员工能够接受的多种形式的安全生产活动日活动,如安全讲座、事故演习、安全知识竞赛、安全技能训练、事故通报学习、违章分析与反思、每周的安全生产分析总结等;安全监督人员和各单位的一把手要亲自过问计划制定,参加班组安全日活动,督促文件精神的领会落实,通过每周半天、每年近一个月的学习,逐步提升全员的安全意识。三要利用安全心理效应抓好安全教育的重点培训。要从安全心理出发,抓住员工的安全心理倾向,抓住不同时期员工的安全心理状态,抓住不同类型员工的安全心理活动,进行因时、因人、因势而异的安全教育,形成安全心理共鸣,强化自我保护意识,使员工产生"我要安全"的强烈意识和行为。 (二)要把握员工的安全行为贯彻安全制度。要从员工的角度出发,根据工作性质不同、多工种联合、多工序交叉、多环节衔接作业的特点,把握员工生产过程中的安全行为。一要以人为本,进行人文关怀。要带着感情去抓安全,从关心员工的生命和家庭幸福出发去抓安全,用身边的事故教育身边的员工,使员工把违章造成的后果入脑、入心,造成"违章"心理障碍,不愿违章、不想违章、不去违章、不敢违章。二要建立健全安全机制,完善各种规章制度,督促和支持规章制度的执行。任何人在制度面前一视同仁,没有特权。在个人自我保护制度上,要强调员工的特权,即有权对违章的生产指挥不执行。同时加强各级安监人员的能力建设,落实他们的待遇,支持他们的工作,并由企业效能监督来检查他们的尽职尽责情况,形成对安全监督人员的闭环管理,从而从人文关怀上、制度上确立员工的主观能动性,从内因产生"我要安全"的行为,自觉地遵守安全规章制度,自觉地进行安全保护。 安全生产过程管理从安全制度建立、安全教育管理、安全监督管理、分析处罚管理到事故后管理应该是闭环管理过程,在监管过程中要挤干其中的水分,杜绝、避免事故后管理,因此在监管过程中要做到:一是安全意识上不掺假。二是安全投入上不掺假。三是安全检查不掺假。四是事故处理上不掺假。 (三)齐抓共管充分发挥各级人员的监督作用 要坚持"安全第一,预防为主、综合治理"的方针,党政工团齐抓共管,充分发挥企业经营层、中层管理人员、安监部专工、部门安全员、班组安全员的层层监督作用,使有章不循现象一出现就能及时发现、一发现就能及时纠正,真正做到防患于未然。一是要充分发挥安全监督委员会的主体监督作用。二是要发挥安全监管部门的监管职责作用。依法搞好综合监督管理,监督、指导、协调安全生产工作,加大全面监管力度,确保安全生产监管不缺位、不错位、不越位,及时发现和纠正有章不循的问题。 面对安全生产的有章不循现象,只要能够自上而下地提高认识,树立"任何事故都是可以避免的"安全理念,以员工的安全心理和安全行为为抓手,以安全生产的过程管理为重点,形成事事有人关、安全人人抓的良好局面,就杜绝安全隐患,确保安全生产无事故,真正做到有章可循。

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