變頻器在漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：論文著重介紹變頻器在自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要討論了一個(gè)用于工業(yè)控制性功能較齊全的自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。隨著工業(yè)自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的進(jìn)展，自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)有了很大發(fā)展，進(jìn)一步采用新技術(shù)，開(kāi)發(fā)各種自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)，提高稱(chēng)重準(zhǔn)確度。按照八小時(shí)每工作日，一個(gè)月22個(gè)工作日計(jì)算，每月能夠?qū)崿F(xiàn)了3萬(wàn)線盤(pán)的稱(chēng)重包裝能力。

關(guān)鍵詞：變頻器 自動(dòng)稱(chēng)重 準(zhǔn)確度 數(shù)據(jù)采集

中圖分類(lèi)號(hào)：TP216.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0074-03

1 漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

LY-ZDB型漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)由操作站、電子稱(chēng)、包裝機(jī)、打印機(jī)、液壓工作站、PLC控制等部分組成，如所圖1示[12]。

2 漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)

漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)硬件大致分為生產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、稱(chēng)和儀表、打印機(jī)、工控機(jī)、PLC、掃描槍、傳感和執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾部分，詳見(jiàn)圖2。其中，漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)所涉及的基本知識(shí)有變頻器及異步電機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換知識(shí)、IGBT模塊柵極驅(qū)動(dòng)的基本知識(shí)、PLC知識(shí)、485通訊電路、秤的基本知識(shí)和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)基本知識(shí)[2，13]。

軟件部分也是本文的重要組成部分，其中本文的軟件主要分四個(gè)模塊，即對(duì)PLC執(zhí)行機(jī)構(gòu)下達(dá)控制命令模塊；對(duì)稱(chēng)體儀表的通訊（RS485）模塊；讀取儀表數(shù)值，對(duì)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印模塊；對(duì)條形碼的讀取、識(shí)別模塊。而對(duì)于處理所得的大量數(shù)據(jù)，本軟件系統(tǒng)中采用MS SQL SERVER 2000的大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)[7，16]。

2.2 變頻器

2.2.1 變頻器對(duì)外部控制的實(shí)現(xiàn)

變頻器外部接口的主要作用是用戶能夠根據(jù)系統(tǒng)的不同需要進(jìn)行各種功能組態(tài)與操作，并與其他電路一起構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)[3，14]，如圖3所示。

變頻器的外部接口電路通常包括：邏輯控制指令電路、頻率指令輸入輸出電路、過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)信號(hào)電路、通信接口電路和數(shù)字信號(hào)輸入輸出電路等。變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部接線基本，其中包括主動(dòng)源、電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)單元等。而變頻器對(duì)外部的控制也是通過(guò)這些外部接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其對(duì)外部的控制主要包括自動(dòng)起?？刂坪退俣日{(diào)節(jié)。自動(dòng)起?？刂?，即要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱(chēng)重就要實(shí)現(xiàn)物料傳輸?shù)淖詣?dòng)運(yùn)行和速度自動(dòng)調(diào)節(jié)。自動(dòng)運(yùn)行指的是電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)并運(yùn)行和自動(dòng)停止，F(xiàn)R端子輸出信號(hào)（高電平1、低電平0）來(lái)觸動(dòng)外部中間繼電器從而控制主回路運(yùn)行。速度調(diào)節(jié)，它是通過(guò)變頻器的+V、VRF、COM三個(gè)端口來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)對(duì)物料的傳輸速度，即通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換控制運(yùn)算電路，從而控制逆變電路，實(shí)現(xiàn)輸出頻率的變換。

整流器是將交流變?yōu)橹绷?，平滑波電路則將直流電平滑，逆變器將直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電。其中，為了電動(dòng)機(jī)的調(diào)速傳動(dòng)，所需的操作量有電壓、電流、頻率[8～11]。

2.2.2 變頻器的外圍設(shè)備及選件

變頻器的外圍設(shè)備主要是用來(lái)構(gòu)成更好的調(diào)速系統(tǒng)或節(jié)能系統(tǒng)，選用外圍設(shè)備通常也是為了提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，提高變頻器的某種性能，增加對(duì)變頻器和電機(jī)的保護(hù)，減少變頻器對(duì)其他設(shè)備的影響。

其中，變頻器的外圍設(shè)備主要有：輸入變壓器、空氣斷路器、交流接觸器、交流電抗器、濾波器、直流電抗器、制動(dòng)電阻等。在本系統(tǒng)中，除了低壓斷路器、交流接觸器選件外，還增加了中間控制繼電器、電位器（用于改變輸入模擬量），另外還有PLC開(kāi)關(guān)量模塊。

在實(shí)際的自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)中，變頻器和外圍設(shè)備要能實(shí)現(xiàn)電機(jī)緩慢增長(zhǎng)和緩慢停止，避免啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)的沖擊，以避免貨物的不穩(wěn)定和不安全[4]。

2.3 變頻器與異步電機(jī)

2.3.1 變頻調(diào)速

變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路主要包括控制運(yùn)算電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門(mén)極（基極）驅(qū)動(dòng)隔離電路、外部接口電路、保護(hù)電路和數(shù)字輸入電路等。在變頻器中，控制電路是其核心部分。控制電路的優(yōu)勢(shì)決定了調(diào)整系統(tǒng)性能的優(yōu)勢(shì)。而控制電路的主要作用是將檢測(cè)得到的各種信號(hào)送至運(yùn)算電路，使運(yùn)算電路能夠根據(jù)要求為主電路提供必要的門(mén)極（基極）驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并同時(shí)對(duì)異步電機(jī)提供必要的保護(hù)。此外，控制電路還通過(guò)A/D、D/A等外部接口來(lái)接收/發(fā)送多種形式的外部信號(hào)并給出系統(tǒng)內(nèi)部工作狀態(tài)，以便調(diào)整系統(tǒng)能使之夠和外部設(shè)備配合實(shí)現(xiàn)各種高性能的控制。變頻器的控制電路還包括電流、電壓、電機(jī)速度檢測(cè)電路、為變頻器提供保護(hù)的保護(hù)電路、對(duì)外接口電路和數(shù)字操作盒的控制電路等[5]。在采用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，當(dāng)時(shí)，改變頻率就可改變同步轉(zhuǎn)速n。而對(duì)于異步電機(jī)的變頻器傳動(dòng)，為了避免電機(jī)的磁飽和，同時(shí)抑制起動(dòng)電流，產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)轉(zhuǎn)，在改變其頻率時(shí)必須控制變頻器的輸出電壓[15]。另外，異步電機(jī)傳動(dòng)變頻器也稱(chēng)被為VVVF變頻器，即調(diào)壓調(diào)頻變頻器的略稱(chēng)。

變頻調(diào)速具有許多優(yōu)異的性能，它調(diào)速范圍較大，平滑性較高，且變頻時(shí)U按不同規(guī)律變化可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，以適應(yīng)不同負(fù)載的要求。其中低速特性的轉(zhuǎn)差率較高，是異步電機(jī)調(diào)速最有發(fā)展前途的一種方法，其缺點(diǎn)是必須有專(zhuān)用的變頻電源；而且在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電機(jī)的過(guò)載倍數(shù)大為降低，甚至不能帶動(dòng)負(fù)載。

2.3.2 變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制方式

變頻器對(duì)電機(jī)的控制，是根據(jù)電機(jī)的特性參數(shù)及運(yùn)轉(zhuǎn)要求，進(jìn)而對(duì)電機(jī)提供電壓、電流、頻率達(dá)到控制負(fù)載的要求。因此，變頻器的主電路、逆變器、單片機(jī)的位數(shù)都相同，只是控制方式不一樣，控制效果也不一樣，所以控制方式很重要，它代表變頻器的水平。目前，變頻器對(duì)電機(jī)的控制方式大體可分為恒定控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、速度控制、非線性控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制和智能控制。其中前五種已獲得成功應(yīng)用，有成型的產(chǎn)品，現(xiàn)就第一種控制方式展開(kāi)討論。endprint

恒定控制的定義。

該控制是在改變電機(jī)電源頻率的同時(shí)也改變電機(jī)電源的電壓，使電機(jī)的磁通保持一定，在較寬的調(diào)整范圍內(nèi)，電機(jī)的功率、功率因數(shù)不下降。因?yàn)槭强刂齐妷号c頻率的比，故稱(chēng)為控制。此種控制方式比較簡(jiǎn)單，多用于節(jié)能型變頻器，如風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)機(jī)械的節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)及生產(chǎn)流水線的工作臺(tái)傳動(dòng)等。另外，空調(diào)等家用電器也采用此控制方式的變頻器。

電壓型變頻器異步電機(jī)的比恒定控制的構(gòu)成。

實(shí)現(xiàn)電壓型變頻器異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的恒定控制的方式很多，如果采用正弦PWM進(jìn)行電壓和頻率的控制系統(tǒng)控制部分需要提供頻率可變、幅值隨頻率變化的正弦設(shè)定信號(hào)。使用模擬電子技術(shù)產(chǎn)生正弦信號(hào)并不困難，但若需要信號(hào)的幅值正比于頻率的變化，或按某種規(guī)律變化，則采用數(shù)字電路較易實(shí)現(xiàn)。

在恒定控制的PWM變頻器中，PWM控制部分原理圖如圖4所示。圖中LA為加、減速控制環(huán)節(jié)，它將階躍的速度設(shè)定信號(hào)變?yōu)榫徛兓脑O(shè)定信號(hào)，以減小起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的電流沖擊。μ-COM為微型計(jì)算機(jī)處理單元，它包括存有正弦波形數(shù)據(jù)的只讀存儲(chǔ)器EPROM和產(chǎn)生EPROM地址的計(jì)數(shù)器。VFC為壓頻變換器，它將速度設(shè)定的電壓信號(hào)變?yōu)轭l率信號(hào)（脈沖），再將速度（電壓）設(shè)定的脈沖送入μ-COM中的計(jì)數(shù)器，以計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)作為EPROM的地址，而改變計(jì)數(shù)頻率，即可改變EPROM的地址掃描頻率的變化。EPROM的數(shù)據(jù)送至數(shù)/模塊換器（DAC）后，由于DAC有乘法功能，它的電壓參考端直接接至速度（電壓）設(shè)定端（VFC的輸入），使DAC輸出電壓波形的幅值正比于速度設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)恒定控制[1]。

恒定控制的PWM變頻器的電路通常為交-直-交電壓型變頻器，其輸入接至三相電源，輸出接三相異步電機(jī)。中小容量變頻器常采用可關(guān)斷電力電子器件如大功率晶體管（GTB）或絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為開(kāi)關(guān)器件，構(gòu)成三相橋式逆變電路；而大容量變頻器則采用可關(guān)斷晶閘管（GTO晶閘管）或晶閘管（SCR）作為開(kāi)關(guān)器件。當(dāng)采用晶閘管（SCR）作為開(kāi)關(guān)器件時(shí)，由于晶閘管不能控制關(guān)斷，需要采用輔助換相電路。在主電路中還必須包括整流環(huán)節(jié)，通常使用普通電力二極管構(gòu)成三相不可控整流橋，它將三相交流電整流成直流，再經(jīng)濾波電容器濾成平穩(wěn)的直流。濾波電容器和整流橋之間接有充電限流電阻，當(dāng)變頻器接通電源時(shí)，由于直流濾波電容器的電壓不能突變，如果沒(méi)有充電限流電阻，整流二極管和電容器將會(huì)流進(jìn)很大的充電電流，而充電限流電阻的作用就是要限制充電電流。一旦充電結(jié)束，電容器的電壓達(dá)到正常工作電壓時(shí)，充電限流電阻則被斷電器短接。濾波后的直流電作為逆變器的輸入，經(jīng)逆變橋逆變成三相交流電提供給三相異步電機(jī)。變頻。器的控制電路除了上述PWM生成部分之外，還包括電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路，它將PWM控制信號(hào)（通常為邏輯電平）經(jīng)隔離、放大，變成可控的電力電子器件導(dǎo)通、關(guān)斷的電壓或電流信號(hào)。不同類(lèi)型的電力電子器件需要不同的驅(qū)動(dòng)電路，其基本要求是提供足夠的開(kāi)通電壓或電流，以及可靠的關(guān)斷電壓或電流。對(duì)于保護(hù)部分，應(yīng)做到保證變頻器不發(fā)生永久性破壞。它分為硬件保護(hù)和軟件保護(hù)，它們均需要對(duì)保護(hù)對(duì)象進(jìn)行快速檢測(cè)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值，分別進(jìn)行處理并給出相應(yīng)的故障信息[4～6]。

3 漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在本漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)中，由其軟件流程見(jiàn)圖5可知，其軟件的設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、PLC控制設(shè)計(jì)、電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)、儀表通訊的設(shè)計(jì)（圖6）、條形碼讀取設(shè)計(jì)和人機(jī)界面設(shè)計(jì)。

4 工作總結(jié)與展望

4.1 工作總結(jié)

本人在做課題期間，查閱大量與課題相關(guān)的書(shū)籍和資料，在對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)進(jìn)行分析比較后，針對(duì)課題的具體應(yīng)用背景，提出了漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，具體總結(jié)如下：

（1）優(yōu)勢(shì)：它可以提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、銷(xiāo)、存一體化管理，該體系還可以融入企業(yè)資源規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源的優(yōu)化。

（2）自動(dòng)稱(chēng)重包裝系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)屬空白，目前仍深受歡迎。它把PLC、工控機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、變頻技術(shù)等進(jìn)行有機(jī)組合，達(dá)到先進(jìn)的自動(dòng)稱(chēng)重功能。比人工勞動(dòng)生產(chǎn)率提高10倍以上；精度±5 g，傳統(tǒng)稱(chēng)法是±100 g，人為讀取因素誤差更大，甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，造成兩種結(jié)果，誤差超過(guò)客戶要求，造成大量退貨，太大的誤差造成企業(yè)原材料的損失。按照年產(chǎn)值2億計(jì)算，造成的損失可達(dá)到上百萬(wàn)。這套系統(tǒng)就徹底解決上述問(wèn)題。

（3）變頻技術(shù)，PLC控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)、智能儀表、電機(jī)控制、弱電控制強(qiáng)電的基礎(chǔ)知識(shí)、通訊接口協(xié)議的基本工作原理等綜合運(yùn)用于現(xiàn)代控制領(lǐng)域。數(shù)據(jù)庫(kù)共享給銷(xiāo)售部門(mén)提供產(chǎn)和存精確數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)讓我們準(zhǔn)確掌握每個(gè)產(chǎn)品的來(lái)龍去脈，比如：生產(chǎn)時(shí)間，生產(chǎn)機(jī)臺(tái)號(hào)，當(dāng)班工人，銷(xiāo)售時(shí)間，客戶信息等。

（4）發(fā)展方向：實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)控制，“貼標(biāo)、上下料”完全自動(dòng)化仍在進(jìn)一步研究中。

4.2 工作展望

目前系統(tǒng)已處應(yīng)用階段，在今后的調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行期間還會(huì)有許多未曾考慮的問(wèn)題有待解決。初步測(cè)試表明，該系統(tǒng)可進(jìn)行基本的通信，數(shù)據(jù)處理功能。目前，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)稱(chēng)重信號(hào)的智能采集，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)稱(chēng)重，望今后能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重以及在稱(chēng)重精度方面有待進(jìn)一步提高。在變頻控制方面做了有益的探索，使之在自動(dòng)稱(chēng)重中發(fā)揮更重要的作用；進(jìn)一步使用智能儀表，使整個(gè)系統(tǒng)更完善；對(duì)輸送線結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，盡量降低由于輸送線自身重量造成稱(chēng)重的誤差。

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恒定控制的定義。

該控制是在改變電機(jī)電源頻率的同時(shí)也改變電機(jī)電源的電壓，使電機(jī)的磁通保持一定，在較寬的調(diào)整范圍內(nèi)，電機(jī)的功率、功率因數(shù)不下降。因?yàn)槭强刂齐妷号c頻率的比，故稱(chēng)為控制。此種控制方式比較簡(jiǎn)單，多用于節(jié)能型變頻器，如風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)機(jī)械的節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)及生產(chǎn)流水線的工作臺(tái)傳動(dòng)等。另外，空調(diào)等家用電器也采用此控制方式的變頻器。

電壓型變頻器異步電機(jī)的比恒定控制的構(gòu)成。

實(shí)現(xiàn)電壓型變頻器異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的恒定控制的方式很多，如果采用正弦PWM進(jìn)行電壓和頻率的控制系統(tǒng)控制部分需要提供頻率可變、幅值隨頻率變化的正弦設(shè)定信號(hào)。使用模擬電子技術(shù)產(chǎn)生正弦信號(hào)并不困難，但若需要信號(hào)的幅值正比于頻率的變化，或按某種規(guī)律變化，則采用數(shù)字電路較易實(shí)現(xiàn)。

在恒定控制的PWM變頻器中，PWM控制部分原理圖如圖4所示。圖中LA為加、減速控制環(huán)節(jié)，它將階躍的速度設(shè)定信號(hào)變?yōu)榫徛兓脑O(shè)定信號(hào)，以減小起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的電流沖擊。μ-COM為微型計(jì)算機(jī)處理單元，它包括存有正弦波形數(shù)據(jù)的只讀存儲(chǔ)器EPROM和產(chǎn)生EPROM地址的計(jì)數(shù)器。VFC為壓頻變換器，它將速度設(shè)定的電壓信號(hào)變?yōu)轭l率信號(hào)（脈沖），再將速度（電壓）設(shè)定的脈沖送入μ-COM中的計(jì)數(shù)器，以計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)作為EPROM的地址，而改變計(jì)數(shù)頻率，即可改變EPROM的地址掃描頻率的變化。EPROM的數(shù)據(jù)送至數(shù)/模塊換器（DAC）后，由于DAC有乘法功能，它的電壓參考端直接接至速度（電壓）設(shè)定端（VFC的輸入），使DAC輸出電壓波形的幅值正比于速度設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)恒定控制[1]。

恒定控制的PWM變頻器的電路通常為交-直-交電壓型變頻器，其輸入接至三相電源，輸出接三相異步電機(jī)。中小容量變頻器常采用可關(guān)斷電力電子器件如大功率晶體管（GTB）或絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為開(kāi)關(guān)器件，構(gòu)成三相橋式逆變電路；而大容量變頻器則采用可關(guān)斷晶閘管（GTO晶閘管）或晶閘管（SCR）作為開(kāi)關(guān)器件。當(dāng)采用晶閘管（SCR）作為開(kāi)關(guān)器件時(shí)，由于晶閘管不能控制關(guān)斷，需要采用輔助換相電路。在主電路中還必須包括整流環(huán)節(jié)，通常使用普通電力二極管構(gòu)成三相不可控整流橋，它將三相交流電整流成直流，再經(jīng)濾波電容器濾成平穩(wěn)的直流。濾波電容器和整流橋之間接有充電限流電阻，當(dāng)變頻器接通電源時(shí)，由于直流濾波電容器的電壓不能突變，如果沒(méi)有充電限流電阻，整流二極管和電容器將會(huì)流進(jìn)很大的充電電流，而充電限流電阻的作用就是要限制充電電流。一旦充電結(jié)束，電容器的電壓達(dá)到正常工作電壓時(shí)，充電限流電阻則被斷電器短接。濾波后的直流電作為逆變器的輸入，經(jīng)逆變橋逆變成三相交流電提供給三相異步電機(jī)。變頻。器的控制電路除了上述PWM生成部分之外，還包括電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路，它將PWM控制信號(hào)（通常為邏輯電平）經(jīng)隔離、放大，變成可控的電力電子器件導(dǎo)通、關(guān)斷的電壓或電流信號(hào)。不同類(lèi)型的電力電子器件需要不同的驅(qū)動(dòng)電路，其基本要求是提供足夠的開(kāi)通電壓或電流，以及可靠的關(guān)斷電壓或電流。對(duì)于保護(hù)部分，應(yīng)做到保證變頻器不發(fā)生永久性破壞。它分為硬件保護(hù)和軟件保護(hù)，它們均需要對(duì)保護(hù)對(duì)象進(jìn)行快速檢測(cè)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值，分別進(jìn)行處理并給出相應(yīng)的故障信息[4～6]。

3 漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在本漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)中，由其軟件流程見(jiàn)圖5可知，其軟件的設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、PLC控制設(shè)計(jì)、電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)、儀表通訊的設(shè)計(jì)（圖6）、條形碼讀取設(shè)計(jì)和人機(jī)界面設(shè)計(jì)。

4 工作總結(jié)與展望

4.1 工作總結(jié)

本人在做課題期間，查閱大量與課題相關(guān)的書(shū)籍和資料，在對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)進(jìn)行分析比較后，針對(duì)課題的具體應(yīng)用背景，提出了漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，具體總結(jié)如下：

（1）優(yōu)勢(shì)：它可以提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、銷(xiāo)、存一體化管理，該體系還可以融入企業(yè)資源規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源的優(yōu)化。

（2）自動(dòng)稱(chēng)重包裝系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)屬空白，目前仍深受歡迎。它把PLC、工控機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、變頻技術(shù)等進(jìn)行有機(jī)組合，達(dá)到先進(jìn)的自動(dòng)稱(chēng)重功能。比人工勞動(dòng)生產(chǎn)率提高10倍以上；精度±5 g，傳統(tǒng)稱(chēng)法是±100 g，人為讀取因素誤差更大，甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，造成兩種結(jié)果，誤差超過(guò)客戶要求，造成大量退貨，太大的誤差造成企業(yè)原材料的損失。按照年產(chǎn)值2億計(jì)算，造成的損失可達(dá)到上百萬(wàn)。這套系統(tǒng)就徹底解決上述問(wèn)題。

（3）變頻技術(shù)，PLC控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)、智能儀表、電機(jī)控制、弱電控制強(qiáng)電的基礎(chǔ)知識(shí)、通訊接口協(xié)議的基本工作原理等綜合運(yùn)用于現(xiàn)代控制領(lǐng)域。數(shù)據(jù)庫(kù)共享給銷(xiāo)售部門(mén)提供產(chǎn)和存精確數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)讓我們準(zhǔn)確掌握每個(gè)產(chǎn)品的來(lái)龍去脈，比如：生產(chǎn)時(shí)間，生產(chǎn)機(jī)臺(tái)號(hào)，當(dāng)班工人，銷(xiāo)售時(shí)間，客戶信息等。

（4）發(fā)展方向：實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)控制，“貼標(biāo)、上下料”完全自動(dòng)化仍在進(jìn)一步研究中。

4.2 工作展望

目前系統(tǒng)已處應(yīng)用階段，在今后的調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行期間還會(huì)有許多未曾考慮的問(wèn)題有待解決。初步測(cè)試表明，該系統(tǒng)可進(jìn)行基本的通信，數(shù)據(jù)處理功能。目前，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)稱(chēng)重信號(hào)的智能采集，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)稱(chēng)重，望今后能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重以及在稱(chēng)重精度方面有待進(jìn)一步提高。在變頻控制方面做了有益的探索，使之在自動(dòng)稱(chēng)重中發(fā)揮更重要的作用；進(jìn)一步使用智能儀表，使整個(gè)系統(tǒng)更完善；對(duì)輸送線結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，盡量降低由于輸送線自身重量造成稱(chēng)重的誤差。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳忠智，吳加林.變頻器應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：14，53-56，71-73，89-90，353-356.

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恒定控制的定義。

該控制是在改變電機(jī)電源頻率的同時(shí)也改變電機(jī)電源的電壓，使電機(jī)的磁通保持一定，在較寬的調(diào)整范圍內(nèi)，電機(jī)的功率、功率因數(shù)不下降。因?yàn)槭强刂齐妷号c頻率的比，故稱(chēng)為控制。此種控制方式比較簡(jiǎn)單，多用于節(jié)能型變頻器，如風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)機(jī)械的節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)及生產(chǎn)流水線的工作臺(tái)傳動(dòng)等。另外，空調(diào)等家用電器也采用此控制方式的變頻器。

電壓型變頻器異步電機(jī)的比恒定控制的構(gòu)成。

實(shí)現(xiàn)電壓型變頻器異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的恒定控制的方式很多，如果采用正弦PWM進(jìn)行電壓和頻率的控制系統(tǒng)控制部分需要提供頻率可變、幅值隨頻率變化的正弦設(shè)定信號(hào)。使用模擬電子技術(shù)產(chǎn)生正弦信號(hào)并不困難，但若需要信號(hào)的幅值正比于頻率的變化，或按某種規(guī)律變化，則采用數(shù)字電路較易實(shí)現(xiàn)。

在恒定控制的PWM變頻器中，PWM控制部分原理圖如圖4所示。圖中LA為加、減速控制環(huán)節(jié)，它將階躍的速度設(shè)定信號(hào)變?yōu)榫徛兓脑O(shè)定信號(hào)，以減小起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的電流沖擊。μ-COM為微型計(jì)算機(jī)處理單元，它包括存有正弦波形數(shù)據(jù)的只讀存儲(chǔ)器EPROM和產(chǎn)生EPROM地址的計(jì)數(shù)器。VFC為壓頻變換器，它將速度設(shè)定的電壓信號(hào)變?yōu)轭l率信號(hào)（脈沖），再將速度（電壓）設(shè)定的脈沖送入μ-COM中的計(jì)數(shù)器，以計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)作為EPROM的地址，而改變計(jì)數(shù)頻率，即可改變EPROM的地址掃描頻率的變化。EPROM的數(shù)據(jù)送至數(shù)/模塊換器（DAC）后，由于DAC有乘法功能，它的電壓參考端直接接至速度（電壓）設(shè)定端（VFC的輸入），使DAC輸出電壓波形的幅值正比于速度設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)恒定控制[1]。

恒定控制的PWM變頻器的電路通常為交-直-交電壓型變頻器，其輸入接至三相電源，輸出接三相異步電機(jī)。中小容量變頻器常采用可關(guān)斷電力電子器件如大功率晶體管（GTB）或絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為開(kāi)關(guān)器件，構(gòu)成三相橋式逆變電路；而大容量變頻器則采用可關(guān)斷晶閘管（GTO晶閘管）或晶閘管（SCR）作為開(kāi)關(guān)器件。當(dāng)采用晶閘管（SCR）作為開(kāi)關(guān)器件時(shí)，由于晶閘管不能控制關(guān)斷，需要采用輔助換相電路。在主電路中還必須包括整流環(huán)節(jié)，通常使用普通電力二極管構(gòu)成三相不可控整流橋，它將三相交流電整流成直流，再經(jīng)濾波電容器濾成平穩(wěn)的直流。濾波電容器和整流橋之間接有充電限流電阻，當(dāng)變頻器接通電源時(shí)，由于直流濾波電容器的電壓不能突變，如果沒(méi)有充電限流電阻，整流二極管和電容器將會(huì)流進(jìn)很大的充電電流，而充電限流電阻的作用就是要限制充電電流。一旦充電結(jié)束，電容器的電壓達(dá)到正常工作電壓時(shí)，充電限流電阻則被斷電器短接。濾波后的直流電作為逆變器的輸入，經(jīng)逆變橋逆變成三相交流電提供給三相異步電機(jī)。變頻。器的控制電路除了上述PWM生成部分之外，還包括電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路，它將PWM控制信號(hào)（通常為邏輯電平）經(jīng)隔離、放大，變成可控的電力電子器件導(dǎo)通、關(guān)斷的電壓或電流信號(hào)。不同類(lèi)型的電力電子器件需要不同的驅(qū)動(dòng)電路，其基本要求是提供足夠的開(kāi)通電壓或電流，以及可靠的關(guān)斷電壓或電流。對(duì)于保護(hù)部分，應(yīng)做到保證變頻器不發(fā)生永久性破壞。它分為硬件保護(hù)和軟件保護(hù)，它們均需要對(duì)保護(hù)對(duì)象進(jìn)行快速檢測(cè)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值，分別進(jìn)行處理并給出相應(yīng)的故障信息[4～6]。

3 漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在本漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)中，由其軟件流程見(jiàn)圖5可知，其軟件的設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、PLC控制設(shè)計(jì)、電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)、儀表通訊的設(shè)計(jì)（圖6）、條形碼讀取設(shè)計(jì)和人機(jī)界面設(shè)計(jì)。

4 工作總結(jié)與展望

4.1 工作總結(jié)

本人在做課題期間，查閱大量與課題相關(guān)的書(shū)籍和資料，在對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)進(jìn)行分析比較后，針對(duì)課題的具體應(yīng)用背景，提出了漆包線自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，具體總結(jié)如下：

（1）優(yōu)勢(shì)：它可以提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、銷(xiāo)、存一體化管理，該體系還可以融入企業(yè)資源規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源的優(yōu)化。

（2）自動(dòng)稱(chēng)重包裝系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)屬空白，目前仍深受歡迎。它把PLC、工控機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、變頻技術(shù)等進(jìn)行有機(jī)組合，達(dá)到先進(jìn)的自動(dòng)稱(chēng)重功能。比人工勞動(dòng)生產(chǎn)率提高10倍以上；精度±5 g，傳統(tǒng)稱(chēng)法是±100 g，人為讀取因素誤差更大，甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，造成兩種結(jié)果，誤差超過(guò)客戶要求，造成大量退貨，太大的誤差造成企業(yè)原材料的損失。按照年產(chǎn)值2億計(jì)算，造成的損失可達(dá)到上百萬(wàn)。這套系統(tǒng)就徹底解決上述問(wèn)題。

（3）變頻技術(shù)，PLC控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)、智能儀表、電機(jī)控制、弱電控制強(qiáng)電的基礎(chǔ)知識(shí)、通訊接口協(xié)議的基本工作原理等綜合運(yùn)用于現(xiàn)代控制領(lǐng)域。數(shù)據(jù)庫(kù)共享給銷(xiāo)售部門(mén)提供產(chǎn)和存精確數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)讓我們準(zhǔn)確掌握每個(gè)產(chǎn)品的來(lái)龍去脈，比如：生產(chǎn)時(shí)間，生產(chǎn)機(jī)臺(tái)號(hào)，當(dāng)班工人，銷(xiāo)售時(shí)間，客戶信息等。

（4）發(fā)展方向：實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)控制，“貼標(biāo)、上下料”完全自動(dòng)化仍在進(jìn)一步研究中。

4.2 工作展望

目前系統(tǒng)已處應(yīng)用階段，在今后的調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行期間還會(huì)有許多未曾考慮的問(wèn)題有待解決。初步測(cè)試表明，該系統(tǒng)可進(jìn)行基本的通信，數(shù)據(jù)處理功能。目前，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)稱(chēng)重信號(hào)的智能采集，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)稱(chēng)重，望今后能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重以及在稱(chēng)重精度方面有待進(jìn)一步提高。在變頻控制方面做了有益的探索，使之在自動(dòng)稱(chēng)重中發(fā)揮更重要的作用；進(jìn)一步使用智能儀表，使整個(gè)系統(tǒng)更完善；對(duì)輸送線結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，盡量降低由于輸送線自身重量造成稱(chēng)重的誤差。

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