實驗指導(dǎo)書(西門子)

1、運動控制系統(tǒng)綜合訓(xùn)練實驗指導(dǎo)書-西門子交、直流調(diào)速系統(tǒng)實驗蘭州理工大學(xué)電信學(xué)院運動控制實驗室運動控制系統(tǒng)綜合訓(xùn)練實驗的特點1、實驗工作電壓高：遠遠超過了人身所允許的安全電壓。易造成觸電事故,2、實驗對象電流大、功率大，對設(shè)備、電器、電路等功率容量要求高；弱電電子電路及控制軟件的情況復(fù)雜，當(dāng)發(fā)生實驗失誤或?qū)嶒炛幸蛉蹼娪?、軟件意外失控引起工作異常時，極有可能導(dǎo)致設(shè)備、電路、器件等過度功率損耗、劇烈溫升、燃燒甚至爆炸等事故。3、被控制對象均為大功率交、直流電動機。電動機轉(zhuǎn)速高、力矩大，控制涉及各類復(fù)雜的線路、硬件、軟件，系統(tǒng)狀態(tài)與參數(shù)情況多變，在系統(tǒng)閉環(huán)時情況尤其復(fù)雜。4、強電、弱電、硬件、軟件、測

2、量、調(diào)試等混合交織，易發(fā)生強電、弱電、硬件、軟件互為交織的復(fù)雜故障。測量調(diào)試過程中，設(shè)備、線路、儀器意外損壞以及觸電傷亡事故的風(fēng)險較大。運動控制系統(tǒng)綜合訓(xùn)練實驗安全規(guī)范為了確保人身安全與設(shè)備安全，順利完成實驗任務(wù)，實驗者必須嚴格遵守如下安全規(guī)范：1嚴格遵守紀律，提高安全意識，必須時刻意識到：強電實驗存在導(dǎo)致人身傷害和死亡的高度危險性。（1）實驗時，必須始終站在絕緣膠墊上操作。（2）嚴禁帶電接線、帶電拆線、帶電改線。接線、拆線、改線都必須在確保切斷全部設(shè)備電源的情況下進行。否則將直接導(dǎo)致觸電傷亡事故。（3）嚴禁用濕手操作各種電器開關(guān)、觸摸設(shè)備。2實驗過程中：（1）人體任何部位不得接觸帶電線路，不

3、得接觸線路中的任何金屬導(dǎo)體。（2）在線路連接、測試等操作時必須始終堅持單手操作，嚴禁雙手操作。（3）絕對不允許雙手同時接觸任何位置的線路插頭、插座和端子，或?qū)⑷梭w作為負載使用。3每階段接線完畢通電前：必須認真檢查所接線路，接線必須完全正確！做強電實驗時，必須有兩人以上方可進行。設(shè)備通電運行時必須設(shè)防護欄或防護線，以免他人誤入觸電。線路接好后同組人員必須嚴格檢查，確保接線無誤后方可通電，通電時做到：“一看，二問，三合閘”。嚴禁未經(jīng)檢查盲目通電！決不允許隨意操作、調(diào)節(jié)、動用與實驗無關(guān)的設(shè)備部件、儀器儀表及各類調(diào)節(jié)元件與裝置等。 實驗中如發(fā)生報警、異常情況和電路故障，應(yīng)立即切斷電源，仔細檢查線路以及

4、各類硬、軟件調(diào)節(jié)參數(shù)，查清問題和妥善處理故障，確定無誤后才能繼續(xù)進行實驗。4做實驗時不能披長發(fā)，衣服上不能有裙帶。接線、測試等必須嚴格注意導(dǎo)線、身體衣褲以及發(fā)辮等，避免發(fā)生導(dǎo)線、身體衣褲以及發(fā)辮等被卷入旋轉(zhuǎn)體而造成嚴重的人身傷殘事故。5總電源或?qū)嶒炁_控制屏上的電源接通應(yīng)由指導(dǎo)老師來控制，其他人只能由指導(dǎo)老師允許后方可操作，不得自行合閘。6實驗過程中，精神必須高度專注，嚴格按照擬定的步驟操作。同組同學(xué)分工明確、相互監(jiān)護。整個實驗過程必須做到態(tài)度嚴肅，條理清晰，秩序井然。7實驗過程中，須警惕關(guān)注設(shè)備儀表的狀況，若遭遇設(shè)備、儀器儀表故障或損壞，必須立刻停止實驗，切斷總電源并報告指導(dǎo)老師處理。嚴禁帶故

5、障操作或自行隨意處置。8保持嚴肅認真的實驗態(tài)度，維持實驗室的安靜秩序和整潔環(huán)境，不準玩游戲、吸煙、嬉鬧等，否則取消實驗成績。實驗一 西門子交直流傳動系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及其基本原理一、實驗?zāi)康?、了解直流傳動系統(tǒng)和交流傳動系統(tǒng)的基本配置，了解實驗用上位機的基本操作方法以及相應(yīng)的通信原理。2、加深對西門子全數(shù)字直流調(diào)速裝置SIMOREG DC Master 6RA70、西門子全數(shù)字矢量控制變頻器SIMOVERT Master Drivers VC 6SE70和西門子SIMATIC S7-200 可編程邏輯控制器的認識。二、實驗設(shè)備序號名 稱備 注1運動控制實驗交流柜2運動控制實驗直流柜3直流機組直流電

6、動機：Z4-112/2-1，3KW,440V,他勵180V,1500r/min直流電動機，直流發(fā)電機和光電編碼器三者同軸連接直流發(fā)電機： Z2-41,2.4KW,230V,他勵,110V,1450r/min光電編碼器：LF-100BM-C05D DC:5V連接基座4交流機組交流電動機：Y100L-4,3KW,3QC380V,50HZ,1430r/min交流電動機，直流發(fā)電機和光電編碼器三者同軸連接直流發(fā)電機： Z2-41,2.4KW,230V,他勵,110V,1450r/min光電編碼器：LF-100BM-C05D DC:5V連接基座5PC機安裝運動控制軟件平臺6SIMATIC S7-200三

7、、實驗線路 1、采用PC控制/PLC控制變頻器交流傳動控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成 2、采用PC控制/PLC控制調(diào)速器的直流傳動控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成四、實驗內(nèi)容 1、根據(jù)實驗設(shè)備確定系統(tǒng)配置。 2、熟悉直流傳動控制柜中的核心設(shè)備 1）西門子全數(shù)字直流調(diào)速裝置 SIMOREG DC Master 6RA7013-6DV62-0 功率：6.3KW 輸入電壓：3AC 380V 50Hz 額定直流電壓：420V 額定直流電流：15A 四象限運行 2）西門子SIMATIC S7-200 可編程控制器 3、熟悉交流傳動控制柜中的核心設(shè)備1）西門子全數(shù)字矢量控制變頻器 SIMOREG Master Drivers VC 6

8、SE70 功率：4KW 輸入電壓：3AC 380V 50Hz 額定輸出電壓：3AC 0-380V 額定輸出電流：10.2A2） 西門子SIMATIC S7-200 可編程控制器 4、了解4種不同的控制方式五、實驗報告 1、簡述西門子全數(shù)字直流調(diào)速裝置SIMOREG DC Master 6RA70、西門子全數(shù)字矢量 控制變頻器SIMOVERT Master Drivers VC 6SE70的基本工作原理并畫出其原理圖。 2、簡述西門子SIMATIC S7-200通信模塊EM277的作用。 3、列出直流以及交流傳動控制系統(tǒng)中電機銘牌參數(shù)，以及主要元器件的型號。實驗二 Drive Monitor軟件

9、的使用一、實驗?zāi)康模?. 了解Drive Monitor軟件的基本功能2. 了解數(shù)字測速的原理及測速方法。二、實驗設(shè)備 序號名 稱備 注1交流傳動實驗柜2直流傳動實驗柜3直流機組直流電動機：Z4-112/2-1，3KW,440V,他勵180V,1500r/min直流電動機，直流發(fā)電機和光電編碼器三者同軸連接直流發(fā)電機： Z2-41,2.4KW,230V,他勵,110V,1450r/min光電編碼器：LF-100BM-C05D DC:5V連接基座4交流機組交流電動機：Y100L-4,3KW,3QC380V,50HZ,1430r/min交流電動機，直流發(fā)電機和光電編碼器三者同軸連接直流發(fā)電機： Z

10、2-41,2.4KW,230V,他勵,110V,1450r/min光電編碼器：LF-100BM-C05D DC:5V連接基座5PC機安裝運動控制軟件平臺6存儲示波器選用三、實驗內(nèi)容1 學(xué)習(xí)Drive Monitor軟件，并熟悉其操作流程。2 學(xué)習(xí)各種數(shù)字測速方法，并進行比較分析。3 了解本實驗所用的光電編碼器。4、 實驗方法 1.熟悉運動控制軟件開發(fā)平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和基本單元。 2.連接實驗線路，檢查無誤后給控制電路通電（通電時先加控制電路電源，后加高壓電源；斷電時也應(yīng)先斷高壓電源，后斷控制電路電源）， 運行“Drive monitor”上位機軟件，檢查通訊是否成功（在軟件狀態(tài)欄中顯示）；如不

11、成功請檢查串口線和端口設(shè)置。 3.Drive monitor 新建項目1） 雙擊 Drive monitor 快捷圖標(biāo)打開畫面2） 通過 file / new / base on factory setting or empty parameter set 新建一個項目.3） 根據(jù)彈出的畫面進行設(shè)置，如圖所示：a. 根據(jù)實際裝置的類型選擇 UNIT TYPE 交流調(diào)速實驗選擇 MASTERDRVIES VC(CUVC) 直流調(diào)速實驗選擇SIMOREG DC MASTERb. UNIT VERSION 應(yīng)與裝置的實際版本一致, 可以讀參數(shù) R069 得到（本實驗設(shè)置為03.3）c. BUS AD

12、DRESS 應(yīng)與裝置一致(本實驗設(shè)置為0)d. PZD 數(shù)量（本實驗設(shè)置為2）e. 選擇OK后，保存。4）選擇Basic functions/Direct to parameter list圖標(biāo)。5）在線鏈接 可以選擇兩種在線方式：RAM/EEPROM，如圖中1所示：6）在線連接后，Device status 顯示OK ，Connection with device OK。如下圖中3所示，通信連接正常。a.在圖中2所示位置中輸入速度百分比給定值。 b.選擇圖中1所示的紅綠色按鈕，分別對應(yīng)分閘（OFF）與合閘（ON）狀態(tài)，控 制系統(tǒng)運行或停止運行。7）選擇工具欄中的Trace 按鈕，選擇sett

13、ing，在彈出的對話框中選擇所要觀察的參數(shù)，如圖中1位置。DRIVEMONITOR 的 TRACE 功能可以記錄裝置運行中的實際值, 并形成記錄曲線保存.點DIAGNOSTICS / TRACE FUNCTION . 點擊 DIAGLOSTICS(診斷)的 TRACE 功能a.點 SETTING, 彈出設(shè)置對話框b.選 TRACE1c.勾選記錄項d.選擇連接量 K 參數(shù)e.在Recording中輸入記錄數(shù)據(jù)的時間(一般為10)。f.觸發(fā)前需記錄的內(nèi)容( 如不需要記錄觸發(fā)前內(nèi)容可設(shè)為 0 )g.觸發(fā)條件, 當(dāng)這個值大于/小于/等于設(shè)定值時,開始記錄當(dāng)前值. 也可以設(shè)置二進制條件.h.設(shè)置完成后,

14、 點 START 按鈕后就直接開始記錄, 如點 GO 按鈕后, 當(dāng)條件滿足后開始記錄. 例如 記錄實際輸出電流。( 即有啟動命令時) 點 GO 鍵, 等待觸發(fā)條件. 裝置啟動, 開始記錄 五、實驗報告1) 簡述Drive monitor軟件及操作流程；2) 介紹常用的測速方法并進行比較分析。3) 結(jié)合傳感器及檢測技術(shù)，簡述本實驗所用測速方法的原理。4）實驗總結(jié)。實驗三 基于西門子全數(shù)字直流調(diào)速器6RA70的直流調(diào)速系統(tǒng)實驗一、實驗?zāi)康?、深入了解全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。2、掌握轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流傳動系統(tǒng)的基本原理及實現(xiàn)方法。3、了解直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)中各個參數(shù)的作用。二、實驗

15、設(shè)備序號名 稱備 注1直流傳動控制柜2直流機組直流電動機：Z4-112/2-1，3KW,440V,他勵180V,1500r/min直流電動機，直流發(fā)電機和光電編碼器三者同軸連接直流發(fā)電機： Z2-41,2.4KW,230V,他勵,110V,1450r/min光電編碼器：LF-100BM-C05D DC:5V連接基座3PC機安裝運動控制軟件平臺4存儲示波器選用三、實驗原理 圖3-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌套（或稱串級）聯(lián)接如圖3-1所示。圖中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸

16、出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 四、實驗內(nèi)容1. 觀測不同的轉(zhuǎn)速給定條件下調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性。2. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能分析。五、實驗方法實驗方法同實驗一的操作步驟，下面只說明參數(shù)設(shè)置中需注意的地方。1、Drive monitor 新建項目新建項目中：(1) UNIT TYPE 選擇 SIMOREG DC MASTER ；(2) VERSION 設(shè)置為03.0；(3) BUS ADDRESS設(shè)置為0；(4) PZD 數(shù)量設(shè)為 22、在線連接后，若

17、Device status顯示NO，通信未連接。變頻器顯示故障診斷為F056、F006或O7.2等問題。則按如下參數(shù)值表修改參數(shù)列表中的對應(yīng)參數(shù)的數(shù)值并按順序修改（避免引發(fā)更嚴重的故障或危險，請勿隨意修改其他參數(shù)）：P51輸入40P083輸入3P100輸入8.7P102輸入1.51P082輸入2P078.001輸入380P078.002輸入220P351輸入-20P664選擇B1P433選擇K2002P671選擇B1P672選擇B1P110輸入6.472P111輸入119.92P112輸入74.1P155輸入0.33P225輸入6.37P226輸入0.106P228輸入106P654選擇B21

18、00P51輸入0六、實驗報告1. 分析轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速的控制原理。2. 分析速度調(diào)節(jié)器各參數(shù)調(diào)節(jié)時對系統(tǒng)的影響。3. 通過Trace功能記錄速度控制模式下的啟動、制動以及正反轉(zhuǎn)波形，并分析電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。實驗四 基于西門子矢量控制變頻器6SE70的交流調(diào)速系統(tǒng)實驗一、實驗?zāi)康?、加深對現(xiàn)代高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的認識。2、了解異步電機轉(zhuǎn)子磁場位置檢測電流模型法。3、了解異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制原理中實現(xiàn)矢量變換的方法及意義。二、實驗設(shè)備序號名 稱備 注1運動控制實驗交流柜2交流機組交流電動機：Y100L-4,3KW,3QC380V,50HZ,1430r/min交流電動機，直流發(fā)電機和光電編碼器三者同軸連接直流發(fā)電機： Z2-41,2.4KW,230V,他勵,110V,1450r/min光電編碼器：LF-100BM-C05D DC:5V連接基座3PC機安裝運動控制軟件平臺4存儲示波器選用三、 實驗原理 異步電動機矢量控制系統(tǒng)的原理如下圖所示。圖中的給定和反饋信號經(jīng)過類似于直流調(diào)速系統(tǒng)所用的控制器，產(chǎn)生勵磁電流的給定信號和電樞電流的給定信號，經(jīng)過反旋轉(zhuǎn)變換VR-1得到和，在經(jīng)過2/3變換得到、和。把這三個電流控制信號和由控制器得到的頻率信號加到電流控制的變頻器上，即可輸出異步電動機調(diào)速所需的三相變頻電流。 圖