直流调速系统课程设计报告

自动控制系统课程设计

设计题目：全数字直流调速系统

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摘要

全数字直流调速系统是当前工业控制领域广泛应用的技术，其操作非常简单，并且不需要专门的编程知识，所有设置均可通过参数设定设备进行。参数设定也可通过PC 的菜单提示进行，以实现快速地投入运行。

本文对SIMOREG DC Master 6RA70 系列全数字直流调速装置进行了系统地

介绍以及使用方法和功能的说明。文章主要就几个工业生产中比较基础的控制系统进行了详细介绍，主要包括：系统的初始参数输入与优化、直流电动机的高、低速调节、直流电动机的点动控制、直流电动机的爬行控制、电枢电流闭环控制、开环调速系统设定调整、单闭环调速系统设定调整等。使用Driver Mon软件对其参数进行修改，并用示波器观察输出波形。将实验波形与理论波形对比，对实验结果进行分析总结，最终得出结论。

关键字：6RA70，直流调速，双闭环，Driver Mon软件

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目录

摘要 .............................................................................................................................................- 1 -

1. 概述........................................................................................................................................- 3 -

2. 设计任务及要求.................................................................................................................- 4 -

3. 理论设计 ..............................................................................................................................- 5 -

3.1系统的连接.......................................................................................................................- 5 -

3.2 系统的初始参数输入......................................................................................................- 6 -

3.3 系统电流环、转速环参数自动优化..............................................................................- 7 -

3.4 电枢电流闭环控制........................................................................................................- 9 -

3.5 直流电动机的高、低速调节..................................................................................... - 10 -

3.6 直流电动机的点动控制............................................................................................. - 10 -

3.7 方波发生器................................................................................................................. - 12 -

3.8 斜坡函数发生器......................................................................................................... - 13 -

3.9 直流电动机的爬行控制............................................................................................. - 15 -

3.10 固定值给定............................................................................................................... - 17 -

3.11 单闭环调速系统....................................................................................................... - 17 -

3.12 开环调速系统........................................................................................................... - 20 -

4. 系统设计 ........................................................................................................................... - 22 -

4.1系统简介........................................................................................................................ - 22 -

4.2 实物接线....................................................................................................................... - 25 -

5. 安装调试 ........................................................................................................................... - 26 -

5.1安装调试过程................................................................................................................ - 26 -

5.2 故障分析....................................................................................................................... - 29 -

6. 结论..................................................................................................................................... - 31 -

7. 使用仪器设备清单 ......................................................................................................... - 32 -

8. 收获、体会和建议 ......................................................................................................... - 32 -

9. 参考文献 ........................................................................................................................... - 33 -

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1. 概述

目前,随着交流调速技术的发展,交流传动得到了迅猛的发展,但直流传动调

速在诸多场合仍有着大量的应用。随着计算机技术的发展,过去的模拟控制系统正在被数字控制系统所代替。在带有微机的通用全数字直流调速装置中,在不改变硬件或改动很少的情况下,依靠软件支持,就可以方便地实现各种调节和控制功能,因而,通用全数字直流调速装置的可靠性和应用的灵活性明显优于模拟控制系统。目前,以德国SIEMENS公司的6RA70系列通用全数字直流调速装置在中国的应用最为广泛。

本次课程设计，我们组主要针对SIEMENS公司的6RA70系列通用全数字直流调速系统进行了系统的学习和实际操作，针对直流调速系统的几个基本运行方式和状态进行了控制与调节。如：系统的初始参数整定，系统的控制参数设定，开环调速系统设定调整，单闭环调速系统设定调整等。

实验中，我们掌握了通过6RA70手册进行查找与电路图分析，最终根据我们的控制目的改变相应的参数，达到实验预期效果，并应用示波器进行观察与分析，得出结论。

在设计实验中，我们组成员互相学习，共同合作，就其中遇到的故障进行了分析、讨论，并找出原因，排除故障，达到预期目的。

本次课程设计，夯实了我们的专业知识，增强了我们的动手能力，让我们掌握了较新的控制方法，使我们更多地接触到实际工业现场的控制操作过程。

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2. 设计任务及要求

2.1. 目的和任务

学会使用SIEMENS直流控制系统装置进行相关的自动控制系统的分析和设计。确定控制系统方案，画出系统原理电路图和方框图，用SIEMENS直流控制系统完成自动控制系统的设计任务。

2.2. 内容与要求

（1）熟悉SIEMENS直流调速系统6RA70的外部接线；

（2）熟悉并学会使用SIEMENS直流控制系统装置；

（3）按照要求确定自动控制系统方案；

（4）画出系统的原理电路图和方框图；

（5）学习DriveMonitor软件的使用方法

（6）掌握SIEMENS直流控制系统装置的各种参数设定方法；

（7）设计出相应的系统配置并完成调试；

（9）撰写课程设计报告。

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3. 理论设计

3.1系统的连接

全数字直流调速系统是当前工业控制领域广泛应用的技术，其操作非常简

单，并且不需要专门的编程知识，所有设置均可通过参数设定设备进行。参数设定也可通过PC 的菜单提示进行，以实现快速地投入运行。

图3.1 系统连接图

实验过程中，实验连线默认接成双闭环直流调速系统，通过软件设置不同的参数，实现不同的运行状态。

软件界面如图3.2所示

图3.2 软件界面

3.2 系统的初始参数输入

打开软件后进行设置，网络连接，连接成功后需要将系统初始化。步骤如下：P051=21

P052=3

P076=10

=10

P078=220

=380

P083=3

P100=1.2

P101=220

P102=0.13

P104=1500

修改以上参数后，系统初始化完毕，默认接成双闭环直流调速系统。

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3.3 系统电流环、转速环参数自动优化

电流环优化：

P051=25

设置成功后要在30秒内闭合使能和人合闸开关，并用手堵转，大约1分钟后，系统显示O7.2,优化成功。

转速环优化：

P051=26

设置成功后要在30秒内闭合使能和合闸开关，不用堵转，大约10秒钟优化完毕。

优化完毕后，从软件表格中可以看出，电流环及转速环的一些参数均以优化完成。

图3.3 双闭环直流调速系统原理图

双闭环直流调速系统工作原理：

双闭环调速系统在启动过程中，由于电动机转速小于给定转速n

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只负责给出一个最大电流给定值U*im 由于ASR 的输出保持U*im 不变，系统加速度恒定，转速呈现性增长。由于转速的线性增长，使反电动势E 成为一个线性渐增的扰动量，它迫使电流减小。Id 的减小迫使△Un=Un*-Un 增大，经电流环的调节又使电流上升接近到原来的值Idm 。

总之，在恒流升速阶段，转速调节器ASR 处于饱和限幅状态，转速环相当

于开环。电流调节器ACR 起调节作用，维持接近最大电流不变。

之后的转速超调和电流调节阶段，转速出现超调，使ASR 退出饱和状态，

即电流给定减小，迫使主回路中Id 减小，直到Id ＝Idl ，转速保持稳定。在这一阶段中，ASR 和ACR 同时发挥调节作用，速度环的调节作用是主导的，它使转速通过电流环的调节趋近于给定速度，最后使系统稳定。

图3.4 双闭环直流调速系统转速输出

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3.4 电枢电流闭环控制

图3.5 电枢电流闭环控制原理图

图3.6 电枢电流

3.5 直流电动机的高、低速调节

直流电动机的高、低速调节有多种方法。

（1）调节给定电压

手动调节给定电压，即可实现电动机的高低速调节。

（2）通过软件调整P701的值，实现调节输入电压的百分比，进而控制电机转速。

3.6 直流电动机的点动控制

点动功能可以通过由参数P435 的变址01 至.08 选择的开关量连接器来设置，或通过控制字1 的第8 和第9 位设置。当选择使用控制字时，以下为可能的运行模式:P648 = 9: 控制字1 中的控制位为位连续输入，由P668 和P669 选择的开关量连接器定义了控制字1 的第8 位和第9 位，因而作为“点动”指令的输入。P648 ≠9: 由P648 选择的连接器作为控制字1，这个字的第8 位和第9 位控制了“点动”指令的输入。

“点动”功能只在有“分闸”和“运行使能”指令时才可以执行。

“点动”指令当一个或多个指定的源变为逻辑“1”状态时输入，在这种情况下，在参数P436 中选择的给定被分配给每一个源。如果点动指令同时由二个或二个以上的源输入，则点动给定设为0。参数P437 可以作为定义每一个可能的点动指令的源的设置，不论如何斜坡函数发生器必须旁路，当斜坡函数发生器旁路后，他以上升/下降时间为0 运行。

输入点动指令的操作顺序:

如果输入了“点动”指令，通过“进线接触器闭合”继电器使进线接触器合闸，点动给定通过斜坡函数发生器施加撤消点动指令的操作顺序: 在“点动”指令取消后，开始的运行顺序与“分闸”方式相同，在到达n < nmin 后，调节器禁止，并且在0 到60s 的参数延时到达后(运行状态07.0 或更高)，

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进线接触器打开。当驱动装置在参数延时周期时间到时，仍处在运行状态01.3。参数：

P648=9

P435=1

P436=1

P437=1

输出转速：

图3.7 点动转速输出图

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3.7 方波发生器

图3.8 方波发生器功能图

参数：

P480=+30

P481=2

P482=-50

P483=5

图3.9 方波发生器给定转速输出

3.8 斜坡函数发生器

图3.10 斜坡函数发生器运行原理

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图3.11 斜坡函数发生器功能图

参数：

在方波发生器的基础上进行斜坡函数发生器的设置

P303=10

P304=10

P305=5

P306=5

图3.12 斜坡发生器

3.9 直流电动机的爬行控制

“爬行”功能可在运行状态o7 下激活，并且有“运行使能”信号，进入运行状态。当由P440 选择的一个或多个开关量连接器转换到逻辑“1”时，输入“爬行”指令。一个由参数P441 选择的给定分配给每一个开关量连接器，如果“爬行”指令是通过多个开关量连接器同时输入，给定值是叠加关系。参数P442 可以作为定义每一个可能的爬行指令的源的设置，不论如何斜坡函数发生器必须旁路，当斜坡函数发生器旁路后，他以上升/下降时间为0 运行。

电平/ 沿:P445 = 0: 电平触发

P440 选择的开关量连接器= 0: 无爬行

P440 选择的开关量连接器= 1: 爬行

P445 = 1: 沿触发

当开关量连接器状态由0 变1 时，“爬行”输入储存。同时，由P444 选择的开关量连接器必须为逻辑“1”。当随后的开关量连接器改变状态到逻辑“0”时，存储器被复位。

输入爬行指令的操作顺序:

如果在运行状态o7 输入“爬行”指令，通过“进线接触器闭合”继电器使进线接触器合闸，爬行给定通过斜坡函数发生器施加。如果在“Run”状态下输入“爬行”指令。驱动装置通过斜坡函数发生器从工作速度减速到爬行速度。

撤消爬行指令的操作顺序:

“爬行”有效，但无“合闸”指令:如果所有对于“爬行”功能有效的位均转换到逻辑“0”，调节器禁止。在n < nmin 到达后，进线接触器断开。从“运行”状态的“爬行”有效:如果所有对于“爬行”功能有效的位均转换到逻辑“0”并且运行状态“RUN”的条件仍然满足，则驱动装置通过斜坡函数发生器从设置的爬行给定速度加速到运行速度。带沿触发，自动再启动和在制动过程中的电流及转矩限幅的作用。

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参数：

P440=1

P441=1

P442=1

P445=0

图3.13 爬行转速输出

3.10 固定值给定

图3.14 固定值给定功能图

参数：

P431=1

P432.01=1

所谓固定值给定，即固定转速输出值大小，因此，无论怎样调节给定旋钮，转速输出值均不产生变化。

3.11 单闭环调速系统

图3.15 转速单闭环直流调速系统原理图

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转速负反馈直流调速系统组成及工作原理：

转速负反馈单闭环调速系统如图3.15所示，其按照反馈控制原理，增加一个转速检测环节，引出转速负反馈信号，进而构成转速负反馈单闭环调速系统。

转速给定信号，与转速反馈信号进行比较，得到转速偏差信号，该偏差信号经过比例放大器后得到触发器移相控制信号，该信号通过控制触发器的脉冲移相角来控制晶闸管整流器的整流电压，进而控制电机的转速，实现电动机的平滑无级调速。

实验中，系统默认接成双闭环直流调速系统，因此，要断开电流环，并且将电流调节器ACR由PI调节器改为P调节器，因此要去掉ACR中的I分量。

图3.16 电枢电流闭环控制功能图

参数：

P154=0 将ACR中I分量去掉

P602=0 断开电流环

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运行结果：

图3.17 转速单闭环调速系统转速输出

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