机电系统集成技术

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交流变频算法, 需要高性能的CPU,如DSP
第一章 MICROMASTER440(MM440) 变频器概述
一、认识MM440通用型变频器
电 路 结 构
变频器控制电路输入输出电路简图
M M 44 0 变 频 器 的 接 线 端 子
用SDP进行基本操作
基本操作板(BOP)
高级操作板(AOP)
系统集成
相互分离、彼此孤立的模块协 调组成有机整体。
集成能使组成整体的各部分彼此有机协调地工作,以发 挥整体效益,达到整体优化的目的。 集成不是各个分离部分简单捏合在一起组成的“拼盘”, 而应理解为经过了充分的相互融合,形成了优化的统一
整体。
系统集成可以减少数据冗余、实现资源和信息共享,便 于对数据的合理规划和分布,便于组成部件的协调规划, 有利于并行工作、提高工作效率。
第一部分:课程导入(30分钟)
1 系统集成技术的提出和发展
2 系统集成的基本概念 3 本课程的主要内容分布式控制系统DCS
1 系统集成的提出和发展
1975年美国Honeywell公司首先推出 了以微处理器为基础的TDC-2000型总体 分布式控制系统(Total Distributed Control,简称为TDC),实现集中管理 、分散控制,称之为集散控制系统。
现场总线控制系统FCS (Fieldbus Control System)于20世纪80年代开始发展, 专家们开发新技术作为标准的国际通行的现场 总线,以满足总线供电、安全运行、远距离通 信等方面的要求。标准化打击了垄断,激发了 竞争,促进了科学技术的进步。
百度文库
20世纪70年代,人们开始考虑将微型机嵌入到机电仪器 设备中,实现对象体系的智能化控制。嵌入式系统侧重于控制 功能和环境适应性等,通用计算机系统侧重于高速海量的数据 文件处理能力。
问题:
·不同厂家的产品由于协议不同而缺乏互
操作性。由于协议的不同,造成了现场仪表 不能与系统集成而进一步发挥仪表的智能。
·有些大的产业集团着大力开发出专有
大系统,为了保持系统的集成,用户不得不 从该厂家购买不一定是最好又很昂贵的部件, 形成垄断。
解决以上矛盾的出路就是制定一种独立 于卖方的系统集成标准,标准化的总线网络 顺势而生。网络是开放式系统的关键要素, 因此进一步开发出具有互操作性的现场总线 (Fieldbus)。
嵌入式计算机系统发展的核心是单芯片化的发展。
专用性
嵌入式系统
三个基本 要素
嵌入性 计算机系统
嵌入式系统按形态可分为设备级(工控机)、板级(单板、 模块)和芯片级(MCU、SoC)。
微型计算机的体积、价位、可靠性无法满足嵌入式应用要求,
嵌入式系统将计算机做在一个芯片上,走上芯片化道路,开创了 嵌入式系统的单片机时代。
机电系统集成技术
课程内容
理论部分: 第一部分:系统集成概述 第二部分:通用变频器控制系统设计和应用 实践部分: 任务1:变频器的面板操作与运行 任务2:变频器的外部运行操作 任务3:变频器的模拟信号操作控制
为什么学习系统集成
• 1、市场职位需求,就业压力是必须面对 的问题。 • 2、硬件模块化,软件可定制的设计方法 适合采用系统集成。如:山寨手机 • 3、高可靠性、稳定性特殊应用场合,必 须采用成熟的技术。如:工厂生产线。 • 4、新产品推出周期越来越短,不可能每 个部件都重新设计。
Σ模式
直接芯片化的模式,将 通用计算机系统中的基本 单元进行裁剪后,集成在 一个芯片上,构成单片微 型计算机;
创新模式
完全按嵌入式应用要求 设计全新的,满足嵌入式 应用要求的体系结构、微 处理器、指令系统、总线 方式、管理模式等。
嵌入式系统本身就是系统集成的成功实例。 ·嵌入式系统包括了通信(Communication)、 计算(Computation)、自动控制技术 (Control)等功能; ·嵌入式系统包括数字模拟融合,微机电融合, 电路板硅片融合,硬软件设计融合,趋向SoC; 嵌入式整机的开发工作从传统的硬件为主向软 件比重越来越大的方向发展。
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2 系统集成的基本概念
系 统 《中国大百科全书· 自动控制与系统工程》 对系统的定义为:由相互制约、相互作用的 一些部分组成的具有某种功能的有机整体。 系统从广义上可以定义为两个或两个以 上事物组成的相互依存,相互作用,共同完 成某种特定功能或形成某种事物现象的一个 统一整体的总称。
系统集成是根据应用的需求,将机电硬件平台、网络设备、系
统软件、工具软件及相应的应用软件等集成为具有优良性价比 的机电系统的全过程。 系统集成就是按照应用需求,对众多的技术和产品进行合理地 选择,最佳配置各种硬件和软件产品与资源,组合成完整的、
能够解决具体应用需求的集成方案,使系统的整体性能最优。
PROFIBUS模块
外形尺寸为A~F MM440变频器电动机和电源的接线
第二章
MM440的调试
MM440 变频器的DIP开关
用状态显示屏SDP 进行调试
• 采用SDP 进行操作时变频器的预设定必须与 以下的电动机数据兼容: • (1)电动机的额定功率 • (2)电动机电压 • (3)电动机的额定电流 • (4)电动机的额定频率
变频调速的优势(与其它交流电机调速方式对比)
调速方式名称 变极调速 控制对象 特点 有级调速,系统简单,最多4段速 交流异步电动机 无级调速,调速范围窄 电机最大出力能力下降,效率低 系统简单,性能较差 真正无级调速,调速范围宽 电机最大出力能力不变,效率高 系统复杂,性能好 可以和直流调速系统相媲美 早 发 展 时 间
变频调速能够应用在大部分的电机拖动场合,由于 它能提供精确的速度控制,因此可以方便地控制机 械传动的上升、下降和变速运行。变频应用可以大 大地提高工艺的高效性(变速不依赖于机械部分), 同时可以比原来的定速运行电机更加节能。下面例 举使用变频调速的10个理由,来说明变频器应用日 趋普及的基本认识:
技术上具有先进性 实现上具有可行性 使用上具有灵活性 发展上具有可扩性 投资上具有受益性
硬件集成
系统集成 软件集成
工具集成
硬件集成
根据用户的需求,确定硬件平台设备的选型; 对已产品化的部件模块进行产品测试、验收; 提供对其他设备、网络结构、数据库之间的连接技术; 要求大量、广泛地掌握和积累各种产品特性,了解国内 外有关的规范和标准; 准备各厂商有关的产品的检测验收及工程安装施工标准。
(6) 受控的停止方式。 如同可控的加速一样, 在变频调速 中, 停止方式可以受控,并且有不同的停止方式可以选择(减 速停车、自由停车、减速停车+直流制动),同样它能减少 对机械部件和电机的冲击,从而使整个系统更加可靠,寿 命也会相应增加。 (7) 节能 离心风机或水泵采用变频器后都能大幅度地降低能 耗,这在十几年的工程经验中已经得到体现。由于最终的 能耗是与电机的转速成立方比,所以采用变频后投资回报 就更快。 (8) 可逆运行控制 在变频器控制中,要实现可逆运行控制无 须额外的可逆控制装置,只需要改变输出电压的相即可, 这样就能降低维护成本和节省安装空间。
件平台甚至数据库的选择,这样才有利于系统
的扩充和联网。 开发工具要有与高级语言的接口,有结构优良 的数据字典,使各分立产品容易集成; 要考虑开发工具制造厂商的技术支持、售后服 务和厂商本身的稳定性等因素。
第二部分:通用变频器控制系统设计和应用
1、什么是变频器?
变频器 变频器是将交流工频电源转换成电压、频率均可 变的适合交流电机调速的电力电子变换装置,英文 简称VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency) 变频器的控制对象 三相交流异步电机和三相交流同步电机,标准适配 电机极数是2/4极
(4) 可控的加速功能。 变频调速能在零速启动并按照用户的需 要进行均匀地加速,而且其加速曲线也可以选择(直线加速、S 形加速或者自动加速)。而通过工频启动时对电机或相连的机 械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动。这种振动将进一步加 剧机械磨损和损耗,降低机械部件和电机的寿命。另外,变 频启动还能应用在类似灌装线上,以防止瓶子倒翻或损坏。 (5) 可调的运行速度。 运用变频调速能优化工艺过程,并能根 据工艺过程迅速改变,还能通过远控PLC或其他控制器来实现 速度变化。
分类
• 变频器分为 :
• 1 交---交型 输入是交流,输出也是交流 将工频交流电直接转换成频率、电压均可控制的交流 (又称直接式变频器)
• 2 交—直---交型 输入是交流,变成直流 再变成交流输出 将工频交流电通过整流变成直流电,然后再把直流电变 成频率、电压、均可控的交流电 (又称为间接变频器)
大的机电系统集成
计算机集成制造系统CIMS (Computer Integrated Manufacturing System) 一台设备、一台仪器、片上系统 SoC (System-on-a-Chip)
小的机电系统集成
计算机集成制造的概念最早是美国人Harrington J.于1973年提出来的,强调 ①系统集成的观点,②信息的观点。
(1) 控制电机的启动电流。 当电机通过工频直接启动时,它将 会产生7到8倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机 绕组的电应力并产生热量,从而降低电机的寿命。而变频调 速则可以在零速零电压启动(也可适当加转矩提升)。一旦频率 和电压的关系建立,变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带 动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流,提高 绕组承受力,用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一 步降低、电机的寿命则相应增加。 (2) 降低电力线路电压波动。 在电机工频启动时,电流剧增的 同时,电压也会大幅度波动,电压下降的幅度将取决于启动 电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供 电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常,如PC机、传 感器、接近开关和接触器等均会动作出错。而采用变频调速 后,由于能在零频零压时逐步启动,则能最大程度上消除电 压下降
工作原理:交—直—交
交流低压交直交通用变频器系统框图

整流部分 交流 直流
直流中间电路 直流 控制系统
逆变部分
交流
M
•整流电路: 交流直流
•直流中间电路:滤波\(平滑电流\斩波\制动\输助电路)
•逆变电路:直流交流 •控制电路:实现主电路与控制电路隔离\检测\接口
核心部分!
实现主电路各开关器件的通断控制
软件集成
以操作系统为核心构建软件平台;
已有应用软件和将要开发的应用软件的集成;
对应用软件开发商进行约束,使集成时可取得对应用软 件系统的控制权和维护权;
通过预留接口对应用子系统进行适当的调整,以实现各
个应用子系统的可互联、可互操作、可运行。
工具集成
使用开发工具进行系统开发,建立系统原型, 使系统的可维护性增强,提高系统开发的质量; 开发工具要尽可能开放,独立于硬件平台、软
调压调速
转子串电阻调速
变频调速
交流异步电动机 交流同步电动机

变频调速原理:n=60 f(1-s)/p 调压调速:通过异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。
2 变频器的作用和功能
变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术,得到 广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值, 因而改变其运动磁场的周期,达到平滑控制电动机转速的目 的。变频器的出现,使得复杂的调速控制简单化,用变频器+ 交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电 机完成的工作,缩小了体积,降低了维修率,使传动技术发 展到新阶段。 变频器可以优化电机运行,所以也能够起 到增效节能的作用。根据全球著名变频器生产企业ABB的测 算,单单该集团全球范围内已经生产并且安装的变频器每年 就能够节省1150亿千瓦时电力,相应减少9,700万吨二氧化碳 排放,这已经超过芬兰一年的二氧化碳排放量。
3) 启动时需要的功率更低。 电机功率与电流和电压的乘积成 正比, 那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变 频启动所需要的功率。在一些工况下其配电系统已经达到了 最高极限,其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上 的其他用户产生严重的影响, 从而将受到电网运行商的警 告, 甚至罚款。如果采用变频器进行电机起停, 就不会产生类 似的问题。
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