现代陶瓷生产自动控制系统的设计

1 引言 

    MicroMaster4系列变频器是西门子公司的新一代产品，功能强大，控制灵活，使用方便。其特点主要有如下几个方面。

    （1） 控制功能强
　　 ① 先进的BiCo技术，实现灵活的端子功能自定义，满足用户的特殊需要。
　　 ② 三个可编程的继电器输出口，可实现多泵切换，无需扩展DI/DO模块，可节约成本。
　　 ③ 控制方式多样，用户可根据负载特性选择合适的控制方式。
　　 ④ 操作方式有多泵切换、旁路、手动/自动切换、断带检测和节能方式。在变频器发生故障时，可以实现工频自由切换，保证系统正常运行。
　　 ⑤ 完善的故障检测和保护功能。
　　 ⑥ 过载能力强，140%负载电流可持续3秒钟，5分钟内110%负载电流可持续60秒。
　　 ⑦ 内置PID控制器，可构成压力、流量、温度等闭环控制，节约投资成本。
　　 ⑧ 三组参数存储，方便完成设定值互相转换，匹配不同负载，满足生产要求。

　　 （2） 具有强大的通信组网能力
　　 ① RS485接口
　　 ② Profibus和DeviceNet通信选件
　　 ③ 便于集中控制，布线简洁，运行可靠。

　　 （3） 有丰富的可选件
　　 ① 选项丰富，有输入和输出电抗器、操作盘、A级或B级EMC滤波器、通信模块、柜门安装件等。
　　 ② 用户选择范围广。
　　 ③ 组建系统灵活。

　　 （4） 调试简单
　　 ① 有专用的调试软件DriveMonitor
　　 ② 具有快速的调试方式
　　 ③ 操作简便的控制盘SDP、BOP2
　　 ④ 初次使用者很快能掌握调试的基本要领。
　　

3 系统设计

　　 在陶瓷生产过程中的许多环节都用到PLC和变频器。其中陶瓷生产中变频传动的典型应用之一是用传送带将陶器输送到码放的场所。在输送陶器的过程中需要等间距地排放物品，以便于堆垛。在本系统中采用了一台MM440 1.1KW 380V 变频器和一台SIMATIC –212 PLC以及一个操作员面板。其中MM440变频器的主要技术指标如表1所示。系统的结构图如图1所示。在系统工作过程中，由PLC控制变频的起停。实际工作时，陶瓷产品的检测由两个光电传感器来完成。两个传感器的输出信号分别连接到PLC的两个不同输入端，当陶瓷产品通过第一个光电传感器时，PLC通过控制变频器使传送带开始启动，在到达第二个传感器时，传送带停止。变频器的起停是来源于S7-212 PLC的数字信号并且与变频器的Din1信号相连接。Din4和Din5用来选择固定频率设定，因此两个输入信号可以设定4个固定频率。Din2用来选择斜坡时间。这样配置可以使得系统能够适用于不同类型的产品，对于小而轻的陶瓷产品可以采用较高的运行频率和较短的起停时间。用户通过操作员面板来选择产品类型，并送到PLC中，再通过上述4个数字量输入信号来控制变频器。另外，变频器的两个数字量输出信号连接到PLC上作为反馈信号， 表1 MM440变频器的主要技术指标
　　 变频器的技术规格 MicroMaster 440
　　 输入电压 三相380~480V±10%
　　 输入频率 47~63Hz
　　 输出电压 0~380V
　　 输出频率范围 0~650Hz
　　 输出功率 1.1KW
　　 过载倍数 2倍3秒，1.5倍60秒
　　 工作温度 -10℃~50℃
　　 保护等级 IP20
　　 控制方式 V/F，FCC，SVC，VC，TVC
　　 串行口 RS232，RS485
　　 电磁兼容性 EN55011 A级
　　 EN55011 B级
　　
　　 用于指示变频器达到频率设定值或显示变频器的故障状态。变频器上的模拟量输出直接连接到操作员面板上来显示电机电流或者转速。另外一个开关连接到变频器的Din6上，并且设定为OFF3停车方式，以便用户在不断电的情况下实现快速停车。MicroMaster 440矢量型变频器的起动力矩很高并且起动力矩可以控制，这一特点容许系统具有很短的斜坡时间而不会产生电机失步。由于变频器的I/O处理时间非常短且可以频繁地起动和制动，另外MM440变频器具有新的DC制动功能，所以可以确保陶瓷产品在快速地运行和停止过程中保持准确的等间距排放。在系统工作过程中PLC的控制功能比较简单，这里对其控制过程就不进行具体地讨论。而真正决定产品质量的在于变频器的性能和参数设定。MM440变频器主要参数的设定如表2所示。

　　 表2 变频器的参数设定表
　　 参数号 参数值 说明
　　 P0300 1 电动机类型选择
　　 P0304 380 电动机额定电压设定
　　 P0305 2.7 电动机额定电流设定
　　 P0307 1.1KW 电动机额定功率设定
　　 P0308 0.8 电动机额定功率因数设定
　　 P0309 0.9 电动机效率设定
　　 P0310 50 电动机额定频率设定
　　 P0311 1410 电动机额定转速设定
　　 P0700 2 变频器通过USS协议输入控制起停
　　 P1000 3 变频器通过USS协议输入频率设定值
　　 P1080 0 电动机运行的最小频率
　　 P1082 75 电动机运行的最大频率
　　 P1120 0.1 斜坡上升时间
　　 P1121 0.1 斜坡下降时间
　　 P1060 1 点动斜坡上升时间
　　 P1061 1 点动斜坡下降时间
　　 P1300 20 选择变频器的运行方式为无速度反馈的矢量控制
　　 P0701 1 Din1控制变频器的运行
　　 P0704 17 Din4选择固定频率1—4
　　 P0705 17 Din3选择固定频率1—4
　　 P1001 25 固定频率1，25Hz
　　 P1002 35 固定频率2，35Hz
　　P1003 55 固定频率3，55Hz
　　 P1004 75 固定频率4，75Hz
　　 P1124 722.1 通过Din2选择斜坡时间和点动时间
　　 P0702 99 设定Din2为BIBO功能
　　 P0706 3 Din6 OFF3快速停车
　　 P0731 53.6 变频器输出达到设定值
　　 P0601 1 选择电机PTC温度传感器
　　 P3900 3 快速调试
　　 P0771 27 模拟量输出显示电机电流
　　 P1310 200 保证低频时的高输出力矩
　　

4　结束语

　　 在系统设计中，由于采用了速度控制性能优良的MM440变频器进行控制，所以达到了很好的控制性能，实现了设计要求中所预期的功能。但是在系统工作过程中有些问题还需要注意。系统中采用的MM440变频器的防护等级为IP20，为了保证变频器长期可靠地运行，在系统工作过程中需要注意以下几个方面。
　　 （1） 由于变频器是以半导体元件构成的，要保持车间一定的温度和湿度，在炎热的夏季一定要注意变频器柜体的温度不要超限，要确保柜体的通风。
　　 （2） 由于生产车间的粉尘较多，如果变频器的柜体设计密封程度不够，粉尘进入变频器内堆积，吸附在电力、电子元件上，将会导致绝缘降低，引起变频器故障。因此在设计柜体时要注意防尘，并定期清理柜子的过滤器。
　　 （3） 当变频器的供电质量不好时，如电网的短路容量大于500KW或者电网的短路阻抗小于1%时，为了保证直流回路平滑电容器的运行寿命，此时需考虑在变频器的进线侧加进线电抗器，以保护变频器长久地正常运行。