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1、 昆 明 工 职 院第一部分：总体设计概论 昆钢原料场2#混匀堆料机主要由走行机构、变频机构、悬臂皮机、来料车、电缆卷盘、轨道系统等组成。 根据大车行走速度与来料胶带机、悬臂皮带机带速的匹配关系确定堆料机有关运动参数。该运行参数的匹配关系只要在堆料机行走机构中使用变频调速电机，并把变频调速器的信号接入可编程序控制器（PLC）予与控制，即可实现，简单易行、成本低廉。 混匀堆料机在我国使用的时间不长，但其优越性已越来越被认识。因此，提高混匀堆料机的混匀效率在堆料机的设计中显得越来越重要。1.1 运行要求（1）机器在正常工作条件下，整机应具有足够的强度、刚度和稳定性。（2）机器不论在工作状态或非工作
2、状态，在规定的俯仰范围内的各种工况下，整机都应当处于稳定状态。（3）在输送线路上，特别是在取料、卸料和各转运点，必须保证物流顺畅，不发生物料溢出或赌赛现象 (4) 走行机构由两台变频器电机驱动，走行速度：24.5- 16.5m/min,电动机的驱动速度和控制速度由一台变频器来完成。（5）悬臂皮带机是由一台45KW有笼式的电动机驱动，堆料时，悬臂皮带不工作则地面皮带不工作。（6）当物料来时，物料检测开关动作，送信号到PLC，同时与悬臂皮带机相互连锁。（7）当皮带机跑偏，一级跑偏时，蜂鸣器响，但皮带机电机不停止，二级跑偏时，蜂鸣器响，皮带机停止工作。（8）当按紧急停止按钮时，皮带机停止工作。（9）
3、俯仰机构是液压泵驱动的，油泵电机5.5KM。（10）悬臂俯仰由操作台上的开关操作，向前悬臂下俯，向下悬臂上仰（11）悬臂俯仰由上、下终端限位和一个水平工作限位，当碰到极限限位时，悬臂只能反向运行。（12）悬臂有俯仰角度检测，俯仰液压站有油温检测，油温过高或油器堵，整机不工作。（13）连锁作业：只有当夹轨器或锚定装置松开时，行走机构才能动作；只有在电缆卷筒制动器松开闸后，行走机构才能启动；只有行走机构停止后，电缆卷筒才能进行制动，保证电缆不被拉断和不松散。（14）各安全保护及检测装置完备，例如：俯仰机构应当设置防止悬臂超速下降超载的保护装置；应当设置堵塞报警装置；回转机构、俯仰机构和行走机构的极
4、限位置均应设置两极终端限位开关；为安全可靠；行走机构和回转机构制动器应满足在25MPa。（15）电缆卷筒装置：动力和控制电缆卷筒分别设置在混匀料机的两侧，电缆卷筒采用磁带式电缆卷筒，具有足够缠绕力矩，以防止收放电缆时缠绕紊乱，能连续运行而不堵转，设有电缆张力极限保护装置。动力电缆控制电缆采用进门偏电缆，卷筒的直径能满足电缆曲绕能力的要求，电缆在卷筒上缠有足够的安全圈数。（16）能防止输送带跑偏：安全保护措施除设置常规保护设施外，混匀堆料机至少还应该设置下例安全保护装置：前臂架防碰撞保护、防雷电保护、设备行走时的声、光报警；限位运行机构均匀设置两极终端限位开关，变压器设短路保护、过负荷及过热保护
5、；所有的电动机机构设置过负荷、短路及断相保护，检修电源总开关上设置漏电保护和显示装置，本机设置安全、完整、规范的接地系统1.2 电气及控制1 供电电压为380V，供电频率为50HZ，供电方式为电缆卷筒。采用技术先进、高效低耗、安全可靠的电气设备。2 机上设有电气室，电气室应该为全封闭机构，具有防水、防尘、隔热等功能；电气室的大小和布置要方便操作与检修，其内除安装必要的电气的设备外，还需配备电话、冷暖空调、灭火器等；电气室内壁要安装耐火衬板。3 机上分别设置动力变压器和控制、照明专用变频器，控制、照明变压器装设在真空短路之前。变压器选用环氧树脂浇注干式自冷型，其绝缘等级不低于F级，防护等级为IP
6、23。所有的接线端子设有安全可靠的防护罩4 交流电动机均为全封闭风冷型异步电动机，其绝缘等级不低于F级，堆取料机防护等级为IP55，其余防护等级不低于IP54。多相电动机的绝缘端子表明相序，铭牌上标明易懂的旋转方向。电动机的使用寿命不低于30年。5 各平台、梯子及操作点均设置技术先进、高显色指数、高效低耗的照明设施，防护等级为IP54，司机室、电气室、混匀堆料机构及其工作域的照度不小于501x其他部位不小于301x。所有的灯具应防震、防尘，室外灯具还应防水。6 司机室、电气室、堆料机构、回转机构、俯仰机构、行走机构等处设置电压分别为380V、220V的安全型检修插座，其安装位置便于使用，安装在
7、室外的插座还可密封防水。7 司机室具有齐全的仪表和信号装置，用以显示相应的运行、故障及保护信号。第二部分： 堆料机的工作原理2.1 混匀堆料机堆料工艺 从原料场来的物料经过来料胶带机和堆料机上来料车，卸至悬臂胶带机上，再由悬臂胶带机运至预均场中。堆料机在可编程序控制器（PLC）的控制下，大车在堆料区域内沿着轨道作水平方向的往复运动，每运行一次物料堆积一层，往复运行多次后，堆料臂抬高。 一个预先给定的高度，直到最高点，物料靠自然堆积形成横断面为人字形的长行料堆，根据预均化堆场的堆料工艺，堆料层数一般要保证在400- 600层 经过以上论述可以看出，如果在料堆横断面任意两层堆积的物料量相等，可以达
8、到更加理想的混匀效果，即堆料机前进任意一个行程堆到堆场的物料和后退任意一行程所堆到堆场的物料必须保持相等。 堆料机连续均匀地将进料沿直线方向堆成多层相互平行、上下重叠的料层，取料机在垂直于料层方向的截面上取一定厚度的所有料层的物料，使各层成分各异的物料得到混合，从而达到均化物料的目的。混匀堆料机的走行装置为连续工作制，当最初堆料时悬臂梁位于较低的俯仰角度位置堆料，以减少因堆料发生的扬尘现象。随着料堆的增高，开动俯仰装置适当地抬高悬臂，保证从溜筒下口到垛面落差高度控制在1米以内。 通过角度型绝对编码器，精确测定堆料机俯仰角度控制溜筒下口到垛面落差高度；在通过走行编码器，精确测定堆料机走行位移，自
9、动控制堆料机直线方向，自行；再配以PLC控制，可实现昆钢料场混匀堆料机全自动无人操作。 对混匀堆料机自动化水平得到很大的提高，保证了混匀堆取效率；在混匀建堆中优化计划，实行变起点终点堆料，混匀品种由投产之初的3个增加到8个，堆料层数由最初的100层达到现在的400层，现今，混匀矿年产量达到500万吨以上，混匀矿合格率达到87.66%与混匀料场投产时相比提高了20多个百分点，混匀质量跃居国内同行先进行列，为昆钢提高产品质量、降低成本做出了重要贡献。2.2堆料机大车行走速度与胶带机运行速度的关系如图2.2所示,设混匀堆料机大车运行方向与来料胶带机运行方向一致时为前进方向,其速度为V1,相反时为后退
10、,其速度为V2;再设来料交代机的速度为V0。悬臂胶带机的带速为V3,当堆料机前进时,来料胶带机相对与悬臂胶带机的运行速度为V0-V1。当堆料机后退时,来料胶带机相对与悬臂胶带机的速度为V0+V2。可得出大车停止时的堆料能力为Q0=S1v0k1p (1)式中,S1为来料胶带机上物料的截面积;K1为来料胶带机及来料车的倾斜系数,P为物料容量,大车前进行驶时的堆料能力为:Q1=S1(v0-v1)k1p (2)大车后退行驶时的堆料能力为:Q1=A1(v1+v2)k1p (3)令堆料机前进行驶单位料场长度所堆物料为A1,令堆料机后退行驶单位料场长度为所堆物料为A2,则有:A1=S1(v0-v1)k1p/
11、v1 (4)A2=S2(v0+v2)k1p/v2 (5)由堆料机堆料工艺分析知道,为了达到满意的堆料效果,任意单位料场长度内堆料机前进行驶堆到料场的料量与后退行驶堆到料场的料量必须相等,即A1=A2。所以:S1(V0-V2)k1p/v1=S1(v0+v2)k1p/v2由此可得出大车在行走速度与来料胶带机带速的匹配关系,既:(v0-v1)/v1=(v0=v2)/v2 (6)2.3 堆料机行走速度、来料胶带机带速与悬臂胶机带速的关系由堆料机工作原理知道，堆料机中悬臂胶带机的作用是把来料胶带机输送来的物料运行到堆料场中，为了保证堆料机输送物料的可靠性，必须使悬臂胶带机的堆料能力大于或等于来料胶带机的
12、最大堆料能力/设悬臂胶带机的输送能力为Q3，则：Q3=S2v3k2p (7)式中，S2为悬臂胶带机上物料截面积；k2为悬臂胶带机的倾斜系数。由前面分析知道：Q0=S1v0k1pQ1=S1(v0-v1)k1pQ2=S1(v0+v1)k1p其中Q2Q0Q1，所以须使Q3Q2,即：S2v3k3pS1(v0+v2)k1p也就是：V3S1k1/S2k2(v0+v2) (8)这就是堆料机大车行走速度、来料胶带机带速与悬臂胶带机带速的关系。如果来料胶带机和悬臂胶带机的带宽、倾角相同，则公式简化为；V3V0+V2第三部分：供配电系统3.1 变压器的概述 变压器是一个能把交流电的电压升高或降低而保持频率不变的一
13、种装置。交流电比直流电应用广泛，其中一个重要原因就是交流电可以通过变压器来改变电压，这样一方面交流电可以符合各种不同电压要求的电器；另一方面，高压的交流电可以进行远距离输送，减少电力的损耗。 当一导体在磁场中做相对运动时，导线的两端会产生一感应电压，磁场与电场可互相转换。所以，当电流流入变压器的初级线圈时，初级线圈就产生磁场，再由磁场交到次级线圈，使次级线圈产生感应电压。所以由电能变为磁场，再由磁场能量变为电能。 变压器是由铁芯或磁芯和绕在绝缘骨架上的漆包线构成的。漆包线绕在塑料骨架上作为线圈。线圈中间用绝缘隔离。变压器利用电磁感应原理从它的一个绕组向另几个绕组传输电能量。漆包线绕好后将许多铁
14、芯（或者磁芯）薄片插在塑料骨架的中间，这样就能够使线圈的电感量显著增大。变压器在电路中具有很重要的功能，即电压变换、阻抗变换（利用变压器使电路两端的阻抗得到良好的匹配，以获得最大限度的信号传送功率）、隔离、稳压（磁包和变压器）等。 原、副绕组可构成变压器电路的主体，完成电能的传输或信号的传递：原边（原绕组）通电后产生电流，接收电源的电能；副边（副绕组）供电给负载，将电能传输给负载。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈
15、，其余的绕组叫次级线圈。3.2 变压器的种类 一、分类 按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。 二、电源变压器的特性参数 1、工作频率 变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。 2、
16、额定功率 在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。 3、额定电压 指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作是不得大于规定值。 4、电压比 指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。 5、空载电流 变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。 6、空载损耗 指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。 7、效率 指次级功率P2与
17、初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，功率就愈高。 8、绝缘电阻 表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。三、音频变压器和高频变压器特性参数 1、频率响应 指变压器次级输出电压随工作频率变化的特新。 2、通频带 如果变压器在中间频率的输出电压为Uo，当输出电压（输入电压保持不变）下降到0.707Uo时的频率范围，称为变压器的通频带B。 3、初、次级阻抗比 变压器初、次级接入适当的阻抗Ro和Ri，使变压器初、次级匹配，则Ro和Ri的比值称为初、次级阻抗比。在阻抗匹配的情况下，变压器工作在最佳状态，传输效率最高
18、。3.3 各系统用电容量归纳 根据所需元件计算：有两台容量为11KW的走行电机一台容量为45KW的悬臂皮带电机和一台容量为5.5KW的俯仰油汞电机，司机室顶探照灯有2盏400W的灯，电气室顶有2盏100W的灯，司机室门灯容量为402W，门场照明4100W，堆场照明2200W悬臂皮带平台照明2200W，尾灯照明2200W。 由上可得：（1） 电机总容量：Sc1 Sc1=211KW+45KW+5.5KW=72.5KV.A（2） 照明总容量：Sc2 Sc2=2400W+2100W+402W+4100W+2200W+2200W+2200W=2.68KV.A3.3.1 单相220V照明电源和部分220V
19、电器用电电压器规格的选取 以1.151.4倍余量计算（Sn表示变压器容量） Sn=（1.151.4）Sc2=(1.151.4)2.68KVA =3.0823.752KVA由于电路中还没有无限通讯设备，为以后安装需要留有足够余量，故所选变压器容量为：10KV.A、AC380V/AC220V型号为BK10KV.A的变压器3.3.2 单相控制电源220V电压器规格的选取变压器容量计算：控制电源包括：PLC系统电源、控制回路电源。俯仰电磁阀电源PLC控制系统包括：交流220V电源，直流模块输入电源和模块输出电源。其中俯仰电磁阀的容量S；模块输入电源为S1；交流220V电源S2 AC220V； S=10
20、A24V=0.24KV.A S1=10A24V=0.24KV.A S2=10A220V=2.2KV.A总容量Sc：Sc=S+S1+S2=0.24KV.A+0.24KV.A+2.2KV.A=2.68KV.A控制系统总容量Sn：以（1.151.4）余量计算： SN=（1.151.4）Sc=（1.151.4）2.68=3.0823.752KV.A控制回路中设有控制回路电源，所以应选用备有有充足容量的变压器为：5KV.A AC380V/AC220V,型号为BK5KVA3.3.4 总装机容量的确定电机总容量：Sc1=72.58KVA；照明总容量：Sc2=2.68KVA；控制器总容量SN=30.823.7
21、52KVA 考虑到今后该系统的提升改造留足够余量并又不造成资源浪费确定总装机容量为105KVA。3.4 直流稳压电源 本系统中要提供多个24V高可靠性的直流稳压电源。如：PLC24V输入输出直流稳压电源、变频器24V直流稳压电源、走行编码器、俯仰编码器、料位计等检测元件。这些系统的电源必须是稳定电压供给，故设计选用集成稳压器。 集成稳压器具有体积小，性能稳，价格便宜等优点。特别是集成三端稳压器，只有输入端，输出端和公共端三个引脚，因此，使用方便，目前已基本上取代了分立元件的稳压电路。三端稳压器的输入端接在整流滤波电路的后面，输出端直接接负载，公共端接地，电源就能正常工作，输出稳定的直流电压。因
22、此，选用三端稳压器，其输出电压为24V，负载电流为500mA，电压调整率为10mA，故选CW78242。设计电路如图3.1所示。3.4.1 稳压器的输入电压（UImin）太低则稳压性能将受影响，甚至不能正常工作，太高则稳压功耗增大，会导致电源率下降。UImin=u。+3=27V （u。为输出电压）3.4.2 稳压器整流管及滤波电器的选择 对桥式整流电路，二极管最高方向工作电压URM为：U2=27/1.2 URM 1.414U2 通过二极管的平均电流为I。/2，考虑到电容充电时的电流较大，一般选择二极管最大整流电流为1F，根据内部设计I。=50mA 故选5A.100V的整流桥RC（3-5）T2式
23、中T=0.02S,R=U1I0=16.6变压器的匝数比：n=N1N2=111加滤波电容器后，变压器二次电流已不再是正弦波，而对电容充电时的瞬时电流较大因此二次电流有效值一般按下式计算：I。=1.13I。=1.11.31.5A=1.65-4.5A 图3.1三端稳压器3.4.3 三端稳压器的输出电流的确定三端集成稳压器按最大输出电流不同可分为三个系列：W7800、W317系列的最大输出电流为：1.5A、W7M800、W317M、最大的输出电流为0.5A、W78ID0、W317L系列的最大输出电流为0.1A。 三端稳压器的最大输出电流取决于内部调整管的集电极最大允许电流，如果想扩展稳压电路的输出电流
24、，可以在外路接入一个大功率三极管，使它与内部调整管组成复合调整管（图3.2），三端稳压管W7800的最大输出电流为1.5A，外接如一个PNP型大功率三极管3AD30C，它可以输入3.5A的电流这样整个稳压电源的输出电力就是5A了。 图3.2三端稳压器第四部分：变频器4.1调速方式的选择4.1.1走行电机控制要求：1电机性能在长时间工作下保持稳定；2频繁正反转变化电机不造成机械冲击或过流升温；3走行方向变化后，走行速度稳定并能过在较短时间内达到预设速度去配合悬臂堆料、有足够宽的调速范围；4电机不因经常出现的机械振动使走行速度受到影响，即要求有良好的动态抗干扰能力。PMY变频器的调速优点：1主电路
25、线路简单，需用的功率元件小；2开关频率高电流容易连续，谐波小，电动机损耗和发热小;3低速性能好，稳速精度高，因而调速范围高；4系统频带宽，快速响应性好，动态抗干扰能力强；5可靠的恒转矩调速性能。因此由上述分析本次设计采用PMW变频调速方式控制走行系统。由于控制电机功率不大，所以采用电压型变频器。4.1.2变频器调速原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式为：n=60f1-sp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_电动机极对数由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机转速，当频率f在050Hz的范围内变化时电动机转速调速范围非常宽，变频器就是通过
26、改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 异步电动机定子绕组每相感应电动势的有效值为：E1=4.44Kr1f1n1mE1-气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值VKr1-与绕组有关的结构常数F1-定子频率HzN1-定子每相绕组串联匝数m-每级气隙磁通量Wb由（2）式可知，如果保持定子绕组每相电动势的有效值E1不变，改变定子频率f1时会出现下面两种情况如果f1大于电动机额定频率f1n。气隙磁通m就会小于额定气隙磁mn，结果电动机的铁心产生过饱和，从而导致过大的励磁电流，使电动机功率因素、功率下降，严重时会因绕组过热而烧坏了电机。要现实变频提速，应在不烧坏电动机的情
27、况下，充分利用电动机铁心，保持每级气隙磁通m不变。4.2调频的方式（1）基频以下调速 由E1=4.44Kr1f1n1m可知，要保持m不变当频率f1从额定值f1n向下调时，必须降低E1使E1f1=常数，即电动势与频率之比为恒定值，绕组中的感应电动势不易直接控制，当电动势的值较高时可以认为（1E1，即u1f1=常数，这就是恒压频比控制方式） 基频以下调速时的机械特性如图4.1所示。如果电动机在不同转速下都具有额定电流，则电动机都能在温度升高允许的条件下长期运行，这是转矩基本上岁磁通变化，由于在基频以下调速时磁通恒定，所以转速恒定。根据电机拖动原理，在基频以下调速属于“恒转矩调速 ”图4.1基频以下
28、调节时的机械特性（2）基频以上调速在基频以上调速时，频率可以从f1向上增加，但电压u1不能超过额定电压U1n时，最大为U1=U1n，由E1=4.44Kr1f1n1m 可知这将使磁通随频率的升高而降低，相当于直流电动机弱磁升速的情况。在基极以上调速时，由于电压U1=U1n不变，大部分频率升高时，同时转速随时升高，气隙磁动势减弱，最大转矩减小输出功率基本不变，所以，基频以上变频器属于“弱磁恒功率”调速，机械特性如图4.1B所示通过分析可以得出如下结论：当f1f1n时，变频器装置必须改变输出频率的同时改变输出电压的幅值，才能满足对异电动机变频器的基本要求。4.2变频以上调速的机械特性这样的装置称为变
29、压变频VVVF装置。这是通用变频器工作的最基本调速原理。4.3PMW逆变原理PMW控制方式是通过改变电力晶体管VT1,VT4和VT2,VT3交替导通的时间从而改变逆变器输出波形的频率；改变每周内开关器件VT1,VT4和VT2,VT3的通，段时间比，即改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压幅值的大小，如果使开关器件在半个周期内反复通断多次，并使每个矩形波电压下的面积接近于对应正弦波电压下的面积，则逆变器输出电压将大为降低，若采用快速开关器件，使逆变器输出的脉冲次数增多，即使输出低频时，输出波形也是好的，属于PWM型逆变器特别用于异步电动机的变频调速的供电电源。（1） 单级正弦波PWM图4.3 单极性正
30、弦波PWM型逆变器是通过改变脉宽控制其输出电压，通过改变调制周期来控制其输出频率，所以脉宽调制方式对PWM型逆变器的性能具有根本性的影响。脉宽调制的方法很多，从调制脉冲的极性上看，由单极性和双极性之分，从载频信号uc和参考信号ur的频率之间的关系来看，又有同步式和异步式。SPWM调制波脉宽基本上成正弦发布，各脉冲与正弦曲线下对应的面积接近成正比，SPWM逆变器输出的基波电压的大小和频率均由参考电压ur来控制。当改变ur幅值时，脉宽随之改变，从而可改变输出电压的大小；当改变ur频率时，输出电压频率随之改变。但正弦波最大幅值必须小于三角形幅值，否则输出电压的大小和频率就将失去所要求的配合关系。对于
31、三相逆变器，必须产生互差120度三相调制波。载频三角波可以共享，但必须由一个三相可变频变幅三相正弦参考信号，然后分别与三角波比较，产生三相脉冲调制波。若脉冲调制波在任何输出频率情况下，正、负半周始终保持完全对称，即为同步调制式。若载频三角波频率一定，只改变正弦参考信号频率，这时正、负半周的脉冲数和相位就不是始终对称的，这种调制方式称为异步调制式。（2） 双极性正弦波PWMSPWM双极性调制和单极性调制原理相同，输出基波大小和频率也是通过改变正选参考信号的幅值和频率而改变的，如图4.4所示。用于变频调速时，要保持U/F比恒定。由于是双极性调制，所以不必像单极性调制那样。不须加到极性信号。双极性调
32、制方式也可以采用同步或异步式的调制方式。4.4 变频器参数选定4.4.1 变频器参数 根据电机走行要求走行速度：24.5m/min16.5m/min，电机功率11KW，轮压50KN图4.4 SPWM调制波确定变频器参数如下：.项目电源输入输出电压输出频率范围输入功率因数变频器效率过载能力拖动模式变频器额定功率额定电流技术指标及规格三相320440V，4763Hz三相0400V（最大输出电压与输入电压相同）误差5%3100Hz0.9494%150%额定电流2min，180%额定电源20s一拖二方式33KW60A根据上述的参数我们采用西门子全新一代标准变频器，MicroMaster440功能强大，
33、多面手，应用广泛MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特征，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。创新的BiCo（内部功能互联）功能有无可比拟的灵活性。主要特征：200V-240V10%，单相/三相，交流，0.12kW-45kW；380V-480V10%，三相，0.37kW-250kW；矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制；高过载能力，内置制动单元；三组参数切换功能。为实现堆料机的俯仰，回转等驱动机构对于调整的需要， 本课题取料俯仰，取料回转和堆料回转三个机构采用VVVF。交流变频器进行
34、调速控制。使用变频调速后，可极大减缓机构启动，制动过程中对整个设备的冲击。变频器采用施耐德。公司最新一代ATV71系列产品。其特点是：使用图显示器，使控制变得容易，为恒转矩应用提供完整的功率范围，适用于所有恒力矩应用，易于集成到自化系统中。在性能方面，ATV71变频器拥有5种控制算法以适应不同的应用。它们是闭环矢量，开环电流矢量，多点V/F，同步电机在软件功能方面，ATV71内置了150多项标准功能，满足不同的应。在通讯功能方在，ATV71内置MODBUS，canopen两种通讯协议，且大大简化了通讯的控制方式，同时ATV71可以通过增加通信附件支撑。控制功能：线线v/f控制，平方v/f控制，
35、可编程多点设定v/f控制，磁通电流控制免测速矢量控制，闭环矢量控制，闭环转矩控制，节能控制模式；标准参数结构，标准调试软件；数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个；独立I/O端子板，方便维护，采用BiCo技术，实现I/0端口自由连接。内置PID控制器，参数自整定；集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP/Device-Net通讯模块；具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；可实现主/从控制及力矩控制方式；在电源消失或故障时具有“自动再起动”功能；灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性；快速电流限制（FCL），防止运行中不应有的跳闸；有直流制动和复
36、合制动方式提高制动性能。保护功能：过载能力为200%额定负载电流，持续时间3秒和150%额定负载电流，持续时间60秒；过电压、欠电压保护；变频器、电机过热保护；接地故障保护、短路保护；闭锁电机保护，防止失速保护；采用PIN编号实现参数连锁。利用变频器输出的不同频率电源，使BST在不同BLOCK中具备不同的堆料行走速度，控制层厚和层数，充分利用BST悬臂在不同角度的工作能力，提高作业效率和混匀效果。4.4.2制动电阻的选择电机在工作频率下降过程中，异步电动机的转子转速将超过此时的同步转速，处于再生制动状态。拖动系统的动能反馈到直流电路中，使直流电压Uo不断上升，电压太高对变频器的元件形成危害。因
37、此，必须将再生到直流电路中的能量耗掉，使Uo保持在允许的范围内、制动电阻RB就是用来消耗这部分能量的。消耗的最大释放功率等于走行机构在装载最大负载的情况下以最高速度减速时最动机的功率，实际上就是电动机的额定功率。耗能电阻的容量，电动机在再生制动状态下发出的电能全部消耗在耗能电阻上，耗能电阻的容量应与电动机容量相应。因为变频拖动方式为一拖二，故制动电阻容量为2.21KVA电阻值的 计算RB=中，UDH为直流回路电压的允许上限值，在我国UDH=600V。电阻的功率PB=，式中Y为修正系数集合制动周期Tc和制动时间TB可得，通过查询参考值本次设计中制动电阻值为30，电阻功率为120W。4.4.3变频
38、器两端输入输出电抗器的选择电气回路的主要组成部分有电阻、电容和电感，电感具有抑制电流变化的作用，并能使交流电移相。把具有电感作用的绕线式的静止感应装置称为电抗器输入电抗器：输入电抗器的作用是为了防止电网的波动对变频器造成损坏。另外加入输入电抗器可以减少变频器对电网的谐波干拢输出电抗器：输出电抗器的作用是为了防止长电缆运行（变频器到电机之间的电缆）造成变频器输出电流不够或避免变频器过流。变频器和调速器在使用过程中，经常会受到自浪涌电流和流涌电压的冲击，会严重影响变频器和调速器的性能，减短使用寿命，所以要在其前面加装输入电抗器，用以抑制浪涌电压和浪涌电流，保护变频器和调速器，延长其使用寿命和防止谐
39、波干拢，同时由于变频器和调速器是采用变频的方式调速的，为此，须在输出端加装一个输出电抗器，用于滤出谐波电压和谐波电流，改善电网质量。输入交流电抗器可以抑制变频器输入电流高次谐波，明显改善功率因数。输入交流电抗器为选构件，在以下情况应考虑接入交流电抗器，变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比的10：1以上，在同一电源以上接有晶闸管交流负载或在电源端带有开关控制调制的功率因数的电容器；三相电源的电压不平衡度较大（3%）。变频器的输入电流中含有许多高谐波成分，这些高谐波电源都是无功电流，使变频调数系统的功率因数降低到0.75以下，变频器的功率大于30KW。常用交流电抗器规格表动机容量/KW3037
40、45557590110132160200220变频器容量/KW303745557590110132160200220电感量/mH0.320.260.210.180.130.110.090.080.060.050.05通过上表确定电抗器电感量为0.26mH4.4.4输出交流电抗器的选用由于交流电抗器是选构件，但在本系统中由于电机时常可能产生震动，堆料机系统中检测装置多，应当无电磁干拢和无感应干拢。因此系统设计中必须加入输出交流电抗器用于预制变频器的辐射干拢和感应干拢，同时预制电动机震动。输出交流电抗器电感量与输入交流电抗器电感量相同为0.26mH。第五部分 可编程控制器5.1 概述S7-200P
41、LC是德国西门子公司生产的一种超小型PLC，超小型是指其功能具有大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的价格一样，因此，它一经推出，即受到了广泛的关注。特别是S7-200 CPU20X系列PLC（它是由S7-21X系列的代替产品），由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，可以很容易地组成PLC网络。同时具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在采用S7-22X系列PLC来完成控制系统的设计时更加简单，系统的集成非常方便，几乎可以完成任务功能的控制任务。S7-200可以单机运行，也可以输入/输出扩展，还可以连接功能扩展模块。它结构小巧，可靠性高，运行速度快，继承和扩展了它在大、中型PLC
42、领域的技术优势，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，配有功能丰富的扩展模块，性能价格比较高，它在各行各业中的应用得到迅速推广，在规模不太大的控制领域是比较理想的控制设备。5.2 S7-200 系列PLC系统的构成5.2.1 S7-200系列PLC系统结构S7-200硬件系统的配置方式采用整体式加积木式，即主机中包含一定数量的I/0端口，同时还可以扩展各种功能模块。如图5.1CPUEPROM输出模块通信接口计算机其他设备外围设备输出设备RAM输入设备扩展存储器输入模块I/O接口图5.1功能模块S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单
43、元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。（1） 基本单元S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用，其输入输出点数的分配见S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元 型 号S7-200CPU2211S7-200CPU2221S7-200CPU2241输入点 输出点 可带扩展模块数 6 8 14 4 6 10 2个扩展模块78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点 7个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200CPU22624162个扩展模式248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200CPU226XM24162个扩展模
44、式248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点（2）扩展单元 S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数，S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数的分配如表4-12所示。 表4-12 系列PLC扩展单元型号及输入输出点数类型型号输入点输出点数字量扩展模块EM2218无EM222无8EM2234/8/164/816模拟量扩展模块EM2313无EM232无2EM23531（3）编程器 PLC在正常运行时，不需要编程器。编程器主要用户来进行用程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7
45、-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。 简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及检测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WTN。(4)程序存储卡 为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC,也可将PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES7291-8GC00-0XA0和6ES7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。（5）写入器 写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。（6）文本显示器 文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或